CN104811197A - 一种同步鉴相方法及原子频标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步鉴相方法及原子频标，属于原子频标领域。方法包括：以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N；将D1～D4N分为N组；每一组包括4个连续的电平值；当每组均有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至VCXO；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1～D4N均相等时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压；当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时，不输出纠偏电压信号。

Description

一种同步鉴相方法及原子频标

技术领域

本发明涉及原子频标领域，特别涉及一种同步鉴相方法及原子频标。

背景技术

被动型铷原子频标系统包括物理系统和电子线路两大部分。电子线路包括，压控晶体振荡器(英文：Voltage Controlled X'tal Oscillator，简称：VCXO)、综合调制电路、倍、混频电路、及伺服锁相放大电路。VCXO的输出信号一方面作为原子钟的输出信号输出，另一方面分别输入至综合调制电路和倍、混频电路；倍、混频电路在VCXO的输出信号和综合调制电路输出的调制信号作用下，输出微波探测信号到物理系统中，使物理系统实现量子鉴频；伺服锁相放大电路对物理系统输出的量子鉴频信号进行同步鉴相，产生作用于VCXO的纠偏电压，最终将原子钟的输出信号频率锁定在铷原子的基态超精细0－0跃迁频率上。

其中，当微波探测信号的中心频率高于原子跃迁频率时，量子鉴频信号和调制信号同频反相；当微波探测信号的中心频率低于原子跃迁频率时，量子鉴频信号和调制信号同频同相；当微波探测信号的中心频率等于原子跃迁频率时，量子鉴频信号频率是调制频率的2倍。伺服锁相放大电路正是利用这一特性，采用同步鉴相方案实现整机的闭环锁定。现有的同步鉴相方案包括，当量子鉴频信号和调制信号同频反相时，输出第一纠偏电压至VCXO，降低VCXO的输出信号频率；当量子鉴频信号和调制信号同频同相时，输出第二纠偏电压至VCXO，提高VCXO的输出信号频率；当量子鉴频信号频率是调制频率的2倍时，判定原子频标处于锁定状态，保持VCXO当前的输出信号频率。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

量子鉴频信号和调制信号同频同相或同频反相，是基于微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内。当微波探测信号未进入有效的量子鉴频吸收带宽之内时，即微波探测信号的中心频率大范围地偏离原子跃迁频率，量子鉴频信号经处理后将是一个持续的电平，原子频标处于脱锁状态。这时，现有的同步鉴相方案不能对量子鉴频信号进行识别，导致原子频标无法正常工作。

发明内容

本发明实施例提供了一种同步鉴相方法及原子频标，可以解决在原子频标处于脱锁状态时原子频标无法正常工作的技术问题。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种同步鉴相方法，适用于原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，所述方法包括：

对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N，N为整数且N≥2；

将D1～D4N分为N组；每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同；

分别比较每组中的电平值；

当每组均有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对所述方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO，其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；

当D1～D4N均相等时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频；

当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率。

可选地，在以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样之前，所述方法还包括：

测量所述原子频标的环路响应时间；

根据所述原子频标的环路响应时间，计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽；

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为w为量子鉴频吸收带宽，Δt为环路响应时间，3≤K≤5；

根据所述量子鉴频吸收带宽，确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率，其中ν>w，v为所述同步参考信号频率，所述检测信号频率为4v。

可选地，所述测量所述原子频标的环路响应时间，包括：

测量振荡环路的振荡周期；其中，所述振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成，所述快门Shutter设置在所述物理系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间；所述环形振荡器的输入端与所述原子频标的伺服环路的输出端电连接，所述环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接，所述环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个；

根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期，计算所述原子频标的环路响应时间；

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为T₁为所述振荡环路的振荡周期，T₀为所述环形振荡器的振荡周期；T₀＝2Nt，N为所述环形振荡器中非门的个数，t为每个非门的延迟时间。

可选地，所述方法还包括：

获取全球定位系统GPS信号，其中所述GPS信号为秒脉冲信号；

以所述GPS信号为参考，测量所述VCXO的输出信号频率；

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差；

根据获得的误差，对所述VCXO的输出信号频率进行修正。

第二方面，提供了一种同步鉴相方法，适用于原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，所述方法包括：

对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4；

比较D1～D4；

当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；

当D1＝D3且D2＝D4时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率；

当D1＝D2＝D3＝D4时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频。

第三方面，提供了一种原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，所述原子频标还包括：

第一整形模块，用于对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

第一采样模块，用于以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N，N为整数且N≥2；

分组模块，用于将D1～D4N分为N组，每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同；

第一比较模块，用于分别比较每组中的电平值；

第一同步鉴相模块，用于当每组均有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对所述方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO，其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1～D4N均相等时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频；当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率。

可选地，所述原子频标还包括测量模块和确定模块，

所述测量模块用于，测量所述原子频标的环路响应时间；

所述确定模块用于，根据所述原子频标的环路响应时间，计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽；

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为w为量子鉴频吸收带宽，Δt为环路响应时间，3≤K≤5；

根据所述量子鉴频吸收带宽，确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率，其中ν>w，v为所述同步参考信号频率，所述检测信号频率为4v。

可选地，所述测量模块包括：

测量单元，用于测量振荡环路的振荡周期；其中，所述振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成，所述快门Shutter设置在所述物理系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间；所述环形振荡器的输入端与所述原子频标的伺服环路的输出端电连接，所述环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接，所述环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个；

计算单元，用于根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期，计算所述原子频标的环路响应时间；

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为T₁为所述振荡环路的振荡周期，T₀为所述环形振荡器的振荡周期；T₀＝2Nt，N为所述环形振荡器中非门的个数，t为每个非门的延迟时间。

可选地，所述原子频标还包括修正模块，所述修正模块用于，获取全球定位系统GPS信号，其中所述GPS信号为秒脉冲信号；

以所述GPS信号为参考，测量所述VCXO的输出信号频率；

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差；

根据获得的误差，对所述VCXO的输出信号频率进行修正。

第四方面，提供了一种原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，所述原子频标还包括：

第二整形模块，用于对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

第二采样模块，用于以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4；

第二比较模块，用于比较D1～D4；

第二同步鉴相模块，用于当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1＝D3且D2＝D4时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率；当D1＝D2＝D3＝D4时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；将依次得到的第一电平值至第4N电平值D1～D4N分为N组；当每组均有3个低电平和1个高电平时，判定原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当每一组中4个电平值两两相等时，判定原子频标为锁定状态，保持VCXO的当前输出信号频率；当各个组之间的电平值无规律时，判定物理系统的光谱灯处于张弛振荡过程，保持VCXO的当前输出信号频率；这样，可以实现光谱灯处于张弛振荡过程时的同步鉴相，维持原子频标的正常工作。当D1～D4N均相等时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的原子频标的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种同步鉴相方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的测量VCXO的输出信号频率的示意图；

图4是本发明实施例提供的同步鉴相的原理示意图；

图5是本发明实施例提供的全球定位系统修正与同步鉴相的工作时序示意图；

图6和图7是本发明实施例提供的又一种同步鉴相方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的振荡环路的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的振荡环路的又一结构示意图；

图10-12是本发明实施例提供的一种原子频标的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为便于对本发明实施例提供的技术方案的理解，首先介绍一下原子频标的结构。参见图1，原子频标100包括压控晶体VCXO1、综合器2、倍、混频电路3、伺服环路4和物理系统5。物理系统5至少包括光谱灯5a和集成滤光共振泡5b。该原子频标100的工作过程如下。VCXO1的输出信号经隔离放大器1a处理后一方面作为原子频标100的输出信号输出，另一方面分别输入至综合器2和倍、混频电路3；综合器2输出调制信号A和同步参考信号B；倍、混频电路3在VCXO1的输出信号和调制信号A作用下，输出微波探测信号C到物理系统5中，使物理系统5实现量子鉴频；伺服环路4在同步参考信号B作用下对物理系统5输出的量子鉴频信号D进行同步鉴相，产生作用于VCXO1的纠偏电压，最终将原子频标100的输出信号频率锁定在铷原子的基态超精细0－0跃迁频率上。其中，调制信号与同步参考信号同频且具有固定相位差。前述工作过程与传统原子频标的工作过程相同，此为本领域技术人员熟知，故在此省略详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种同步鉴相方法，适用于图1示出的原子频标，该原子频标包括物理系统和VCXO。参见图2，方法流程包括：

步骤101、获取全球定位系统(英文名：Global Positioning System，简称：GPS)信号，其中GPS信号为秒脉冲信号。

其中，可以采用接收机获得GPS信号。

步骤102、以GPS信号为参考，测量VCXO的输出信号频率。

本步骤102包括如下步骤A1～步骤C1。

步骤A1、在GPS信号的一个周期内，当GPS信号进入高电平后且VCXO输出信号出现第一个上升沿时，开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数；当GPS信号进入低电平后且VCXO输出信号出现第一个上升沿时，停止对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数，得到VCXO输出信号中的脉冲个数N。

其中GPS信号为闸门信号。参见图3，在执行步骤A1时，使能GPS信号的宽度T恰好等于VCXO的输出信号的完整周期数。

步骤B1、在开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之前，测量从GPS信号进入高电平开始到VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t1；在开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之后，测量从GPS信号进入低电平开始到VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t2。

步骤C1、根据GPS信号的宽度T、N、t1、以及t2，计算出VCXO的输出信号频率f。

其中f＝N/(T+t2-t1)。

步骤103、获得VCXO的输出信号频率与原子频标的设定输出频率的误差。

步骤104、根据获得的误差，对VCXO的输出信号频率进行修正。

具体地，根据获得的误差，计算压控修正电压并输出到VCXO上。

步骤105、对物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形。

步骤106、以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4。

本步骤106包括，以检测信号的连续4个上升沿中第一个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第一电平值D1；以检测信号的连续4个上升沿中第二个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第二电平值D2；以检测信号的连续4个上升沿中第三个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第三电平值D3；以检测信号的连续4个上升沿中第四个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第四电平值D4。

步骤107、比较第一至第四电平值D1～D4。

参见图4，当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，判定微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内，但原子频标处于未锁定状态，执行步骤108；当D1＝D3且D2＝D4时，判定微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内且原子频标处于锁定状态，执行步骤109；当D1＝D2＝D3＝D4时，判定微波探测信号未进入有效的量子鉴频吸收带宽之内，原子频标处于脱锁状态，执行步骤110。

步骤108、在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至VCXO。

其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍。

步骤109、不输出纠偏电压信号，以保持VCXO的当前输出信号频率。

步骤110、以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频。

需要说明的是，步骤101-104实现了对原子频标的输出信号频率进行GPS修正，步骤105-步骤110实现了原子频标的同步鉴相，如图5所示，GPS修正与同步鉴相(检测修正)可以同步执行，修正VCXO使能示出的信号中，高电平表示修正使能，低电平表示停止修正。

本发明实施例通过以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，判断原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当D1＝D3且D2＝D4时，判定原子频标为锁定状态，保持VCXO的当前输出信号频率；当D1＝D2＝D3＝D4时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

实施例二

本发明实施例提供了一种同步鉴相方法，适用于原子频标，该原子频标包括物理系统和VCXO。参见图6，方法流程包括：

步骤201、对物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形。

步骤202、以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N。

其中，N为整数且N≥2。

假设N＝4，本步骤202包括，以检测信号的连续16个上升沿中第一个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第一电平值D1；以检测信号的连续16个上升沿中第二个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第二电平值D2；以检测信号的连续16个上升沿中第三个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第三电平值D3；以检测信号的连续16个上升沿中第四个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第四电平值D4，以此类推，最终得到第一电平值至第十六电平值D1～D16。

步骤203、将D1～D4N分为N组。

其中，每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同。

例如N＝4时，可以将步骤202中依次得到的第一电平值至第十六电平值D1～D16分为四组，第一组包括D1～D4，第二组包括D5～D8，第二组包括D9～D12，第二组包括D13～D16。

步骤204、分别比较每组中的电平值。

当每组均有3个低电平和1个高电平时，判定微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内，但原子频标处于未锁定状态，执行步骤205；当D1～D16均相等时，判定微波探测信号未进入有效的量子鉴频吸收带宽之内，原子频标处于脱锁状态，执行步骤206；当比较结果不属于前述两种情形中任何一种情形时，执行步骤207。

其中，除前述两种情形之外的其他比较结果可以分为两种情况。

第一种情况是每一组中4个电平值两两相等。例如N＝4时，第一组中D1＝D3且D2＝D4，第二组中D5＝D7且D6＝D8，第三组中D9＝D11且D10＝D12，第四组中D13＝D15且D14＝D16，这时，判定微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内且原子频标处于锁定状态，执行步骤207。

第二种情况是各个组之间的电平值无规律可言。比如说，4个组中，有2个组均包含3个低电平和1个高电平，有1个组中电平值均相等，有1个组中电平值各不相同，这时，判定物理系统中的光谱灯处于张弛振荡过程，执行步骤207。

其中，在原子频标整机刚上电时(包含整机完全冷态上电与整机热态重新启动上电)，物理系统中的光谱灯有一个张驰振荡的过程，此时物理系统输出的量子鉴频信号将是一个高频无规律的信号波形，直至光谱灯进入正常工作状态。而整个张弛振荡过程持续的时间由具体的整机冷、热态决定，有可能持续时间会比较长。

步骤205、在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至VCXO。

其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍。

步骤206、以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频。

步骤207、不输出纠偏电压信号，以保持VCXO的当前输出信号频率。

本发明实施例通过以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；将依次得到的第一电平值至第4N电平值D1～D4N分为N组；当每组均有3个低电平和1个高电平时，判断原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当D1～D4N均相等时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作；当比较结果不属于前述两种情形中任何一种情形时，判定原子频标在锁定状态或物理系统的光谱灯处于张弛振荡过程，保持VCXO的当前输出信号频率；这样，可以实现光谱灯处于张弛振荡过程时的同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

实施例三

本发明实施例提供了一种同步鉴相方法，适用于图1示出的原子频标，该原子频标包括物理系统和VCXO。参见图7，方法流程包括：

步骤301、获取GPS信号，其中GPS信号为秒脉冲信号。

其中，可以采用接收机获得GPS信号。

步骤302、以GPS信号为参考，测量VCXO的输出信号频率。

本步骤302与实施例一中步骤102同，在此不再赘述。

步骤303、获得VCXO的输出信号频率与原子频标的设定输出频率的误差。

步骤304、根据获得的误差，对VCXO的输出信号频率进行修正。

具体地，根据获得的误差，计算压控修正电压并输出到VCXO上。

步骤305、测量原子频标的环路响应时间。

本步骤305包括如下步骤A2和步骤B2。

步骤A2、测量振荡环路的振荡周期。

其中参见图8，该振荡环路由快门Shutter26、环形振荡器27和原子频标200构成。参见图9，快门Shutter26设置在物理系统25中光谱灯25a与集成滤光共振泡25b之间。环形振荡器27的输入端与原子频标200的伺服环路24的输出端电连接，环形振荡器27的输出端与快门Shutter26的控制端电连接。其中环形振荡器27由奇数级个非门构成且非门至少为3个。

快门Shutter26用于，在控制信号作用下，控制物理系统25能否完成量子鉴频。

伺服环路24用于，接收物理系统25输出的量子鉴频信号，对量子鉴频信号进行方波整形后输出。需要说明的是，伺服环路24的结构可以与图1示出的伺服环路4的结构相同。伺服环路4进行同步鉴相之前，需要对量子鉴频信号进行方波整形。可以看出，伺服环路24的结构可以采取伺服环路4中实现方波整形的那部分结构。

环形振荡器27用于，将伺服环路24的输出信号反相后输出。作为可选的实施方式，该环形振荡器27可以是伺服环路24的一部分。

该振荡环路的振荡周期的测量方式包括，可以采用计数器对环形振荡器输出的信号进行计数，得到振荡环路的振荡周期；或者可以采用示波器对环形振荡器输出的信号进行显示，根据显示的波形获得振荡环路的振荡周期。

步骤B2、根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期，计算原子频标的环路响应时间。

其中原子频标的环路响应时间T₁为振荡环路的振荡周期，T₀为环形振荡器的振荡周期。

其中T₀＝2Nt，N为环形振荡器中非门的个数，t为每个非门的延迟时间。

可以得到 $\mathrm{\Δt}=\frac{T_1-2\mathrm{Nt}}{2}.$

步骤306、根据原子频标的环路响应时间，计算原子频标的量子鉴频吸收带宽。

其中原子频标的量子鉴频吸收带宽Δt为原子频标的环路响应时间，其中3≤K≤5。

经过实验证明，当3≤K≤5时，计算出的量子鉴频吸收带宽w精确度非常高。

步骤307、根据量子鉴频吸收带宽w，确定同步参考信号频率和检测信号频率。

其中，同步参考信号频率ν>w，检测信号频率为4v。

根据前述计算量子鉴频吸收带宽w的公式，可以得到

其中，在现有的原子频标中，同步参考信号频率一般是预设值，比如取79Hz或115Hz。并且，不同的原子频标设定的同步参考信号频率都是统一的。在本实施例中，考虑到不同的原子频标的硬件差异，在确定同步参考信号频率之前，先计算原子频标本身的量子鉴频吸收带宽，再根据原子频标本身的量子鉴频吸收带宽，确定同步参考信号频率。相比于传统的伺服电路，有明显的改善，一方面，为同步参考信号频率的取值给出了新的取值依据；另一方面，对不同的原子频标系统，依据各自本身的量子鉴频吸收带宽，设定不同的同步参考信号频率，这相比传统的技术统一用一个频率而言更为合理。

步骤308、对物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形。

其中，方波整形后的量子鉴频信号为方波信号。

步骤309、以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N。

其中，N为整数且N≥2。假设N＝4，本步骤309包括，以检测信号的连续16个上升沿中第一个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第一电平值D1；以检测信号的连续16个上升沿中第二个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第二电平值D2；以检测信号的连续16个上升沿中第三个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第三电平值D3；以检测信号的连续16个上升沿中第四个上升沿作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，得到第四电平值D4，以此类推，最终得到第一电平值至第十六电平值D1～D16。

步骤310、将D1～D4N分为N组。

其中，每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同。

例如N＝4时，可以将步骤309中依次得到的第一电平值至第十六电平值D1～D16分为四组，第一组包括D1～D4，第二组包括D5～D8，第二组包括D9～D12，第二组包括D13～D16。

步骤311、分别比较每组中的电平值。

当每组均有3个低电平和1个高电平时，判定微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内，但原子频标处于未锁定状态，执行步骤312；当D1～D4N均相等时，判定微波探测信号未进入有效的量子鉴频吸收带宽之内，原子频标处于脱锁状态，执行步骤313；当比较结果不属于前述两种情形中任何一种情形时，执行步骤314。

其中，除前述两种情形之外的其他比较结果可以分为两种情况。

第一种情况是每一组中4个电平值两两相等。例如N＝4时，第一组中D1＝D3且D2＝D4，第二组中D5＝D7且D6＝D8，第三组中D9＝D11且D10＝D12，第四组中D13＝D15且D14＝D16，这时，判定微波探测信号进入有效的量子鉴频吸收带宽之内且原子频标处于锁定状态，执行步骤314。

第二种情况是各个组之间的电平值无规律可言。比如说，4个组中，有2个组均包含3个低电平和1个高电平，有1个组中电平值均相等，有1个组中电平值各不相同，这时，判定物理系统中的光谱灯处于张弛振荡过程，执行步骤314。

步骤312、在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至VCXO。

其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍。同步鉴相的工作过程与传统原子频标的同步鉴相的工作过程相同，在此不再赘述。

步骤313、以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频。

其中，当原子频标处于脱锁状态时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，这样VCXO的输出信号频率也会相应线性变化，实现对VCXO的扫频。

步骤314、不输出纠偏电压信号，以保持VCXO的当前输出信号频率。

其中，当原子频标处于锁定状态时，意味着VCXO的当前输出信号频率已锁定在铷原子的基态超精细0－0跃迁频率上，这时保持VCXO的当前输出信号频率。或者，当物理系统中的光谱灯处于张弛振荡过程时，意味着原子频标整机刚上电，这时保持VCXO的当前输出信号频率，直至光谱灯进入正常工作状态。

需要说明的是，步骤301-304实现了对原子频标的输出信号频率进行GPS修正，步骤308-步骤314实现了原子频标的同步鉴相，GPS修正与同步鉴相(检测修正)可以同步执行，修正VCXO使能示出的信号中，高电平表示修正使能，低电平表示停止修正。

本发明实施例通过以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；将依次得到的第一电平值至第4N电平值D1～D4N分为N组；当每组均有3个低电平和1个高电平时，判断原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当D1～D4N均相等时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作；当比较结果不属于前述两种情形中任何一种情形时，判定原子频标在锁定状态或物理系统的光谱灯处于张弛振荡过程，保持VCXO的当前输出信号频率；这样，可以实现光谱灯处于张弛振荡过程时的同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

实施例四

本发明实施例提供了一种原子频标，参见图10，该原子频标包括物理系统40和压控晶体VCXO41，该原子频标还包括第二整形模块401、第二采样模块402、第二比较模块403、以及第二同步鉴相模块404。

第二整形模块401用于，对物理系统40输出的量子鉴频信号进行方波整形。

第二采样模块402用于，以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第二电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4。

第二比较模块403用于，比较D1～D4。

第二同步鉴相模块404用于，当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至VCXO41；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1＝D3且D2＝D4时，不输出纠偏电压信号，以保持VCXO41的当前输出信号频率；当D1＝D2＝D3＝D4时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO41，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO41的纠偏电压，以实现对VCXO41的扫频。

本发明实施例通过以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，判断原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当D1＝D3且D2＝D4时，判定原子频标为锁定状态，保持VCXO的当前输出信号频率；当D1＝D2＝D3＝D4时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

实施例五

本发明实施例提供了一种原子频标，参见图11，该原子频标包括物理系统50和压控晶体VCXO51，该原子频标还包括第一整形模块501、第一采样模块502、分组模块503、第一比较模块504、以及第一同步鉴相模块505。

第一整形模块501用于，对物理系统50输出的量子鉴频信号进行方波整形.

第一采样模块502用于，以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N，N为整数且N≥2。

分组模块503用于，将D1～D4N分为N组，每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同。

第一比较模块504用于，分别比较每组中的电平值。

第一同步鉴相模块505用于，当每组均有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至VCXO51，其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1～D4N均相等时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO51，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO51的纠偏电压，以实现对VCXO51的扫频；当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率。

本发明实施例通过以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；将依次得到的第一电平值至第4N电平值D1～D4N分为N组；当每组均有3个低电平和1个高电平时，判断原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当D1～D4N均相等时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作；当比较结果不属于前述两种情形中任何一种情形时，判定原子频标在锁定状态或物理系统的光谱灯处于张弛振荡过程，保持VCXO的当前输出信号频率；这样，可以实现光谱灯处于张弛振荡过程时的同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

实施例六

本发明实施例提供了一种原子频标，参见图12，该原子频标包括物理系统60和压控晶体VCXO61，还包括第一整形模块601、第一采样模块602、分组模块603、第一比较模块604、以及第一同步鉴相模块605。

其中第一整形模块601、第一采样模块602、分组模块603、第一比较模块604、以及第一同步鉴相模块605的结构同实施例五中提供的第一整形模块501、第一采样模块502、分组模块503、第一比较模块504、以及第一同步鉴相模块505的结构相同，在此不再赘述。本实施例提供的原子频标的结构与实施例五提供的原子频标的结构的不同之处如下。

该原子频标还包括测量模块606。

测量模块606用于，测量原子频标的环路响应时间。

其中，测量模块606包括：

测量单元6061，用于测量振荡环路的振荡周期；其中，振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成，快门Shutter设置在物理系统60中光谱灯与集成滤光共振泡之间；环形振荡器的输入端与原子频标的伺服环路的输出端电连接，环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接，环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个。

计算单元6062，用于根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期，计算原子频标的环路响应时间。

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为T₁为振荡环路的振荡周期，T₀为环形振荡器的振荡周期；T₀＝2Nt，N为环形振荡器中非门的个数，t为每个非门的延迟时间。

该原子频标还包括确定模块607。

确定模块607用于，根据原子频标的环路响应时间，计算原子频标的量子鉴频吸收带宽；根据量子鉴频吸收带宽，确定同步参考信号频率和检测信号频率。

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为w为量子鉴频吸收带宽，Δt为环路响应时间，3≤K≤5。ν>w，v为同步参考信号频率，检测信号频率为4v。

该原子频标还包括修正模块608，修正模块608用于，获取GPS信号，其中GPS信号为秒脉冲信号；以GPS信号为参考，测量VCXO61的输出信号频率；获得VCXO61的输出信号频率与原子频标的设定输出频率的误差；根据获得的误差，对VCXO61的输出信号频率进行修正。

本发明实施例通过以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；将依次得到的第一电平值至第4N电平值D1～D4N分为N组；当每组均有3个低电平和1个高电平时，判断原子频标处于未锁定状态，进行传统的同步鉴相；当D1～D4N均相等时，判定原子频标处于脱锁状态，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于VCXO的纠偏电压，以实现对VCXO的扫频；这样，可以在原子频标处于脱锁状态时实现同步鉴相，维持原子频标的正常工作；当比较结果不属于前述两种情形中任何一种情形时，判定原子频标在锁定状态或物理系统的光谱灯处于张弛振荡过程，保持VCXO的当前输出信号频率；这样，可以实现光谱灯处于张弛振荡过程时的同步鉴相，维持原子频标的正常工作。

需要说明的是：上述实施例提供的原子频标在同步鉴相时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将原子频标的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的原子频标与同步鉴相方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步鉴相方法，适用于原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，其特征在于，所述方法包括：

对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N，N为整数且N≥2；

将D1～D4N分为N组；每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同；

分别比较每组中的电平值；

当每组均有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对所述方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO，其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；

当D1～D4N均相等时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频；

当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样之前，所述方法还包括：

测量所述原子频标的环路响应时间；

根据所述原子频标的环路响应时间，计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽；

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为w为量子鉴频吸收带宽，Δt为环路响应时间，3≤K≤5；

根据所述量子鉴频吸收带宽，确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率，其中ν>w，v为所述同步参考信号频率，所述检测信号频率为4v。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量所述原子频标的环路响应时间，包括：

测量振荡环路的振荡周期；其中，所述振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成，所述快门Shutter设置在所述物理系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间；所述环形振荡器的输入端与所述原子频标的伺服环路的输出端电连接，所述环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接，所述环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个；

根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期，计算所述原子频标的环路响应时间；

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为T₁为所述振荡环路的振荡周期，T₀为所述环形振荡器的振荡周期；T₀＝2Nt，N为所述环形振荡器中非门的个数，t为每个非门的延迟时间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取全球定位系统GPS信号，其中所述GPS信号为秒脉冲信号；

以所述GPS信号为参考，测量所述VCXO的输出信号频率；

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差；

根据获得的误差，对所述VCXO的输出信号频率进行修正。

5.一种同步鉴相方法，适用于原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，其特征在于，所述方法包括：

对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4；

比较D1～D4；

当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；

当D1＝D3且D2＝D4时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率；

当D1＝D2＝D3＝D4时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频。

6.一种原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，其特征在于，所述原子频标还包括：

第一整形模块，用于对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

第一采样模块，用于以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值至第4N电平值D1～D4N，N为整数且N≥2；

分组模块，用于将D1～D4N分为N组，每一组包括4个连续的电平值，每一组包括的电平值不同；

第一比较模块，用于分别比较每组中的电平值；

第一同步鉴相模块，用于当每组均有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对所述方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO，其中，检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1～D4N均相等时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频；当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率。

7.根据权利要求6所述的原子频标，其特征在于，所述原子频标还包括测量模块和确定模块，

所述测量模块用于，测量所述原子频标的环路响应时间；

所述确定模块用于，根据所述原子频标的环路响应时间，计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽；

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为w为量子鉴频吸收带宽，Δt为环路响应时间，3≤K≤5；

根据所述量子鉴频吸收带宽，确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率，其中ν>w，v为所述同步参考信号频率，所述检测信号频率为4v。

8.根据权利要求7所述的原子频标，其特征在于，所述测量模块包括：

测量单元，用于测量振荡环路的振荡周期；其中，所述振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成，所述快门Shutter设置在所述物理系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间；所述环形振荡器的输入端与所述原子频标的伺服环路的输出端电连接，所述环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接，所述环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个；

计算单元，用于根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期，计算所述原子频标的环路响应时间；

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为T₁为所述振荡环路的振荡周期，T₀为所述环形振荡器的振荡周期；T₀＝2Nt，N为所述环形振荡器中非门的个数，t为每个非门的延迟时间。

9.根据权利要求6-8任一项所述的原子频标，其特征在于，所述原子频标还包括修正模块，

所述修正模块用于，

获取全球定位系统GPS信号，其中所述GPS信号为秒脉冲信号；

以所述GPS信号为参考，测量所述VCXO的输出信号频率；

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差；

根据获得的误差，对所述VCXO的输出信号频率进行修正。

10.一种原子频标，所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO，其特征在于，所述原子频标还包括：

第二整形模块，用于对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形；

第二采样模块，用于以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲，对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样，依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4；

第二比较模块，用于比较D1～D4；

第二同步鉴相模块，用于当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时，在同步参考信号的作用下，对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相，根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO；其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍；当D1＝D3且D2＝D4时，不输出纠偏电压信号，以保持所述VCXO的当前输出信号频率；当D1＝D2＝D3＝D4时，以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO，并按照预置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压，以实现对所述VCXO的扫频。