CN108063619B - 原子频标频率修正装置及原子频标 - Google Patents

原子频标频率修正装置及原子频标 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原子频标频率修正装置及原子频标，属于原子钟领域。所述装置包括：本地参考源；GPS模块，用于获取GPS信号；接收模块，用于获取本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；分频模块，用于对频率信号进行N分频，得到分频信号；计数模块，用于在分频信号的N1个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到N0；以及在分频信号的N2个脉冲时间内对中本地参考信号的脉冲个数进行计数，得到N3；处理模块，用于根据N0和N1计算压控晶振的第一频率值；根据N2和N3计算压控晶振的第二频率值；根据第一频率值、第二频率值和原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。

Description

原子频标频率修正装置及原子频标
技术领域
本发明涉及原子钟领域，特别涉及一种原子频标频率修正装置及原子频标。
背景技术
被动型原子频标主要包括压控晶振、电子线路和量子系统三大部分；其中，压控晶振输出的信号经电子线路的处理产生微波探询信号，该微波探询信号作用于量子系统后，产生量子鉴频信号；电子线路将该量子鉴频信号与本地参考信号进行同步鉴相，产生纠偏电压作用于压控晶振，从而改变压控晶振的输出，进而将压控晶振输出锁定于原子基态超精细0-0中心频率上。
而随着原子频标技术的发展，如何同时保证原子频标输出频率的长期稳定度和短期稳定度成了当前研究的重点问题。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种原子频标频率修正装置及原子频标。所述技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种原子频标频率修正装置，所述装置包括：
本地参考源，用于提供本地参考信号；
GPS模块，用于获取GPS信号，所述GPS信号为秒脉冲信号；
接收模块，用于获取所述本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；
分频模块，用于对所述频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1 的整数；
计数模块，用于在所述分频信号的N1个脉冲时间内对所述GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到所述GPS信号中的脉冲个数N0；以及在所述分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N3，N1、N2和N3均大于0；
处理模块，用于根据所述GPS信号的脉冲个数N0和所述分频信号中的脉冲个数N1计算所述压控晶振的第一频率值；根据所述本地参考信号的脉冲个数 N2和所述分频信号中的脉冲个数N3计算所述压控晶振的第二频率值；
根据所述压控晶振的第一频率值、所述压控晶振的第二频率值和所述原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述计数模块用于在两个时间段内分别对所述GPS信号和所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述N0 和所述N3。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述计数模块包括：
第一计数器，用于当所述GPS信号第一次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS 信号第二次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N1，所述GPS 信号两次进入的高电平为所述GPS信号上两个相邻的高电平；
与非门阵列，所述与非门阵列的每一列包括M个非门和一个与门，且每一列非门个数不等，M大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于将所述GPS信号和所述分频信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号第一次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P1；当所述GPS 信号第二次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P2，P1、P2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数P1和P2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值t1和停止计数时间偏差值t2，t、t1和t2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述GPS信号中一个脉冲的时间长度，将所述 t1和t2转化为所述GPS信号中的脉冲个数N01和N02，N01和N02均大于0；
所述处理模块，还用于采用1-N01+N02计算出N0。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一计数器，还用于当所述GPS 信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N2；
所述计数模块还包括：第二计数器，用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N30，N30为正整数；
所述处理模块，还用于将所述分频信号和所述本地参考信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M1；当所述GPS信号进入低电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M2，M1、M2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数M1和M2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值Δt1和停止计数时间偏差值Δt2，Δt1和Δ t2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述本地参考信号中一个脉冲的时间长度，将所述Δt1和Δt2转化为所述本地参考信号中的脉冲个数N31和N32，N31和N32 均大于0；
所述处理模块，还用于采用N30+N31-N32计算出N3。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述处理模块，用于采用以下公式计算所述压控晶振的第一频率值：
Figure GDA0003083181820000031
采用以下公式计算所述压控晶振的第二频率值：
Figure GDA0003083181820000032
fx1为所述压控晶振的第一频率值，fx2为所述压控晶振的第二频率值，f0为所述本地参考信号的频率值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种原子频标，包括：压控晶振、电子线路和物理单元，所述原子频标还包括原子频标频率修正装置，所述原子频标频率修正装置包括：
本地参考源，用于提供本地参考信号；
GPS模块，用于获取GPS信号，所述GPS信号为秒脉冲信号；
接收模块，用于获取所述本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；
分频模块，用于对所述频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1 的整数；
计数模块，用于在所述分频信号的N1个脉冲时间内对所述GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到所述GPS信号中的脉冲个数N0；以及在所述分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N3，N1、N2和N3均大于0；
处理模块，用于根据所述GPS信号的脉冲个数N0和所述分频信号中的脉冲个数N1计算所述压控晶振的第一频率值；根据所述本地参考信号的脉冲个数 N2和所述分频信号中的脉冲个数N3计算所述压控晶振的第二频率值；
根据所述压控晶振的第一频率值、所述压控晶振的第二频率值和所述原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述计数模块用于在两个时间段内分别对所述GPS信号和所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述N0 和所述N3。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述计数模块包括：
第一计数器，用于当所述GPS信号第一次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS 信号第二次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N1，所述GPS 信号两次进入的高电平为所述GPS信号上两个相邻的高电平；
与非门阵列，所述与非门阵列的每一列包括M个非门和一个与门，且每一列非门个数不等，M大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于将所述GPS信号和所述分频信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号第一次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P1；当所述GPS 信号第二次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P2，P1、P2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数P1和P2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值t1和停止计数时间偏差值t2，t、t1和t2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述GPS信号中一个脉冲的时间长度，将所述 t1和t2转化为所述GPS信号中的脉冲个数N01和N02，N01和N02均大于0；
所述处理模块，还用于采用1-N01+N02计算出N0。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一计数器，还用于当所述GPS 信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N2；
所述计数模块还包括：第二计数器，用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N30，N30为正整数；
所述处理模块，还用于将所述分频信号和所述本地参考信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M1；当所述GPS信号进入低电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M2，M1、M2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数M1和M2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值Δt1和停止计数时间偏差值Δt2，Δt1和Δ t2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述本地参考信号中一个脉冲的时间长度，将所述Δt1和Δt2转化为所述本地参考信号中的脉冲个数N31和N32，N31和N32 均大于0；
所述处理模块，还用于采用N30+N31-N32计算出N3。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述处理模块，用于采用以下公式计算所述压控晶振的第一频率值：
Figure GDA0003083181820000051
采用以下公式计算所述压控晶振的第二频率值：
Figure GDA0003083181820000061
fx1为所述压控晶振的第一频率值，fx2为所述压控晶振的第二频率值，f0为所述本地参考信号的频率值。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过先获取GPS信号、本地参考信号和原子频标的压控晶振的频率信号，然后对频率信号进行分频得到分频信号，再分别在分频信号的N1个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，在分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，然后根据相同时间内GPS信号与分频信号的脉冲个数比确定频率信号的第一频率值，根据相同时间内本地参考信号与分频信号之间的脉冲个数比驱动频率信号的第二频率值，综合考虑第一频率值和第二频率值来对原子频标的输出频率进行修正，使其达到设定输出。在上述修正过程中，由于同时采用了具有长期稳定度的GPS信号和具有短期稳定度的本地参考信号进行压控晶振的频率计算，使得修正后的原子频标的长期稳定度和短期稳定度都得到了保证。
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频率修正装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的计数模块的结构示意图；
图3A和图3B是本发明实施例提供的信号时序图；
图4是本发明实施例提供的与非门阵列的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的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。
图1是本发明实施例提供的一种原子频标频率修正装置的结构示意图，参见图1，该装置包括：
本地参考源101，用于提供本地参考信号；
全球定位系统(英文：Global Positioning System，简称：GPS)模块102，用于获取GPS信号，GPS信号为秒脉冲信号；
接收模块103，用于获取本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；
分频模块104，用于对频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1的整数；
计数模块105，用于在所述分频信号的N1个脉冲时间内对所述GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到所述GPS信号中的脉冲个数N0；以及在所述分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N3，N1、N2和N3均大于0；
处理模块106，用于根据所述GPS信号的脉冲个数N0和所述分频信号中的脉冲个数N1计算所述压控晶振的第一频率值；根据所述本地参考信号的脉冲个数N2和所述分频信号中的脉冲个数N3计算所述压控晶振的第二频率值；
根据所述压控晶振的第一频率值、所述压控晶振的第二频率值和所述原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。
具体地，GPS模块102接收GPS卫星发送的信号，并转换为我们需要的GPS 信号，该GPS信号为秒脉冲信号，秒脉冲信号中的一个高电平和一个低电平长度均为1S。
其中，原子频标的压控晶振输出的频率信号为现有技术中原子频标整机的输出，而不是单个压控晶振的输出，因为单个压控晶振的精度较低，即使采用本实施例中的修正技术，也难以得到精度较高的输出频率。
本地参考源可以采用H钟，具体可以选择频率与原子频标中压控晶振的预设输出频率相等的H钟，如原子频标中压控晶振的预设输出频率为10MHz，则可以选择10MHz的H钟作为本地参考源。
具体地，分频模块104可以对频率信号进行10分频。
在本发明实施例中，计数模块105在对分频信号和本地参考信号进行计数时，包括下述两种实现方式：第一种，采用两套独立的用于计数的单元分别对GPS信号和本地参考信号进行计数；第二种，采用一套用于计数的单元分时对 GPS信号和本地参考信号进行计数。由于第二种方式计数模块结构更简单，下面对第二种方式进行详细说明。其中，两个时间段的时间长度可以相当，且两个时间段为连续的两个时间长度。
具体地，计数模块105用于在两个时间段内分别对所述GPS信号和所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述N0和所述N3。为了实现分时计数，处理模块105同时与GPS模块102、接收模块103、分频模块104和计数模块105连接，从而可以控制不同时间段不同的信号输入到计数模块对应的输入端，实现计数。
参见图2，在本实施例中，计数模块105可以包括：
第一计数器1051，用于当所述GPS信号第一次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述 GPS信号第二次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N1，所述 GPS信号两次进入的高电平为所述GPS信号上两个相邻的高电平。
如图3A所示，当GPS信号进入高电平后，在分频信号出现第一个上升沿 A处，开始对分频信号中的脉冲个数进行计数，当GPS信号进入低电平后，在分频信号出现第一个上升沿B处，停止对分频信号中的脉冲个数进行计数。
其中，t1表示对于GPS信号中第一个上升沿的实际时间与分频信号中脉冲个数开始计数的时间的偏差值，t2表示对于GPS信号中第二个上升沿的实际时间与分频信号中脉冲个数停止计数的时间的偏差值。从图3A中可以看出，实际上对分频信号中脉冲个数进行计数的开始和结束时间，比对GPS信号的第一个上升沿和第二个上升沿分别晚了t1和t2，因此为了保证本实施例提供的方法计算出的修正值的精度，需要将这里的t1和t2转化为GPS信号中脉冲个数。
具体地，t1和t2需要借助与非门阵列进行测量。
在本实施例中，计数模块105还可以包括：
与非门阵列1052，与非门阵列的每一列包括M个非门和一个与门，且每一列非门个数不等，M大于0且为偶数，如图4所示；
所述处理模块106，还用于将所述GPS信号和所述分频信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号第一次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P1；当所述 GPS信号第二次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P2，P1、P2大于0且为偶数；
所述处理模块106，还用于根据检测到的非门个数P1和P2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值t1和停止计数时间偏差值t2，t、t1和 t2均大于0；
所述处理模块106，还用于根据所述GPS信号中一个脉冲的时间长度，将所述t1和t2转化为所述GPS信号中的脉冲个数N01和N02，N01和N02均大于0；
所述处理模块106，还用于采用1-N01+N02计算出N0。其中，1-N01+N02 式子中的1表示GPS信号中的一个脉冲(包括高电平和低电平)，其时间长度为 2秒，前述N01＝t1/2，N02＝t2/2。
上述内容记载了计数模块105和处理模块106，如何在一个时间段内实现对 GPS信号的计数。下面继续说明，如何在另一个时间段内对本地参考信号进行计数。
所述第一计数器1051，还用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述 GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N2；
所述计数模块105还包括：第二计数器1053，用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N30，N30为正整数；
所述处理模块106，还用于将所述分频信号和所述本地参考信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M1；当所述GPS 信号进入低电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M2，M1、M2大于0且为偶数；
所述处理模块106，还用于根据检测到的非门个数M1和M2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值Δt1和停止计数时间偏差值Δt2，Δt1 和Δt2均大于0；
所述处理模块106，还用于根据所述本地参考信号中一个脉冲的时间长度，将所述Δt1和Δt2转化为所述本地参考信号中的脉冲个数N31和N32，N31和 N32均大于0；由于本地参考信号为频率已知的信号，因而可以确定其一个脉冲的时间长度，进而计算N31和N32。
所述处理模块106，还用于采用N30+N31-N32计算出N3。
如图3B所示，当GPS信号进入高电平后，在分频信号出现第一个上升沿 A处，开始对本地参考信号中的脉冲个数进行计数。当GPS信号进入高电平后，在分频信号出现第一个上升沿B处，停止对本地参考信号中的脉冲个数进行计数。图3B中，本地参考信号中的每个脉冲包括高电平和低电平两个部分，图3B 中N30为11。
其中，Δt1表示对于本地参考信号中脉冲个数开始计数的实际时间与分频信号中脉冲个数开始计数的时间的偏差值，Δt1表示对于本地参考信号中脉冲个数停止计数的实际时间与分频信号中脉冲个数停止计数的时间的偏差值。从图3B中可以看出，实际上对本地参考信号中脉冲个数进行计数的开始和结束时间，比对分频信号中脉冲个数进行计数的开始和结束时间分别晚了Δt1和Δt2，因此为了保证本实施例提供的方法计算出的修正值的精度，需要将这里的Δt1和Δt2转化为本地参考信号中脉冲个数。
具体地，Δt1和Δt2需要借助与非门阵列进行测量。
下面以对本地参考信号的计数为例，对与非门阵列的工作原理进行说明：当分频信号出现高电平后，本地参考信号也出现高电平时，此时与门输出为1。每个非门所代表时间是固定的，因此得到的M1和M2的值就能转化为Δt1和Δ t2。
为了确保每次都能得到M1和M2的值，设计与非门阵列时，每一列的非门个数可以依次为2，4，…B，其中B的值满足B×t与本地参考信号一个脉冲的时间相近，B为大于0的偶数。
具体地，根据本地参考信号的频率可以计算其每个脉冲所代表的时间长度，将Δt1和Δt2除以该时间长度可得到N31和N32。
另外，为了确保每次都能得到M1和M2的值，设计与非门阵列时，每一列的非门个数可以依次为2，4，…B，其中B的值满足B×t与本地参考信号一个脉冲的时间相近，B为大于0的偶数。
在本实施例中，处理模块106，用于采用以下公式计算所述压控晶振的第一频率值：
Figure GDA0003083181820000111
采用以下公式计算所述压控晶振的第二频率值：
Figure GDA0003083181820000112
fx1为所述压控晶振的第一频率值，fx2为所述压控晶振的第二频率值，f0为所述本地参考信号的频率值。
在本发明实施例中，处理模块106用于对第一频率值和第二频率值进行平均作为当前原子频标的输出频率，并根据该输出频率和设定输出间的差值确定压控修正电压。在确定出压控修正电压后，将压控修正电压通过数字模拟转换器输出到原子频标的压控晶振上，从而实现原子频标输出频率修正。
本发明实施例通过先获取GPS信号、本地参考信号和原子频标的压控晶振的频率信号，然后对频率信号进行分频得到分频信号，再分别在分频信号的N1 个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，在分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，然后根据相同时间内GPS信号与分频信号的脉冲个数比确定频率信号的第一频率值，根据相同时间内本地参考信号与分频信号之间的脉冲个数比驱动频率信号的第二频率值，综合考虑第一频率值和第二频率值来对原子频标的输出频率进行修正，使其达到设定输出。在上述修正过程中，由于同时采用了具有长期稳定度的GPS信号和具有短期稳定度的本地参考信号进行压控晶振的频率计算，使得修正后的原子频标的长期稳定度和短期稳定度都得到了保证。
本发明实施例还提供了一种原子频标，参见图5，该原子频标包括：压控晶振201、电子线路202、物理单元203及如图1所示的原子频标频率修正装置 204。
本发明实施例通过先获取GPS信号、本地参考信号和原子频标的压控晶振的频率信号，然后对频率信号进行分频得到分频信号，再分别在分频信号的N1 个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，在分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，然后根据相同时间内GPS信号与分频信号的脉冲个数比确定频率信号的第一频率值，根据相同时间内本地参考信号与分频信号之间的脉冲个数比驱动频率信号的第二频率值，综合考虑第一频率值和第二频率值来对原子频标的输出频率进行修正，使其达到设定输出。在上述修正过程中，由于同时采用了具有长期稳定度的GPS信号和具有短期稳定度的本地参考信号进行压控晶振的频率计算，使得修正后的原子频标的长期稳定度和短期稳定度都得到了保证。
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 (8)

1.一种原子频标频率修正装置，其特征在于，所述装置包括：
本地参考源，用于提供本地参考信号；
GPS模块，用于获取GPS信号，所述GPS信号为秒脉冲信号；
接收模块，用于获取所述本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；
分频模块，用于对所述频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1的整数；
计数模块，用于在所述分频信号的N1个脉冲时间内对所述GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到所述GPS信号中的脉冲个数N0；以及在所述分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N3，N1、N2和N3均大于0；
处理模块，用于采用以下公式计算所述压控晶振的第一频率值：
Figure FDA0003083181810000011
采用以下公式计算所述压控晶振的第二频率值：
Figure FDA0003083181810000012
fx1为所述压控晶振的第一频率值，fx2为所述压控晶振的第二频率值，f0为所述本地参考信号的频率值；
对所述第一频率值和所述第二频率值进行平均作为当前所述原子频标的输出频率，根据所述输出频率和所述原子频标的设定输出间的差值确定压控修正电压，并输出到压控晶振上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计数模块用于在两个时间段内分别对所述GPS信号和所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述N0和所述N3。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述计数模块包括：
第一计数器，用于当所述GPS信号第一次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号第二次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N1，所述GPS信号两次进入的高电平为所述GPS信号上两个相邻的高电平；
与非门阵列，所述与非门阵列的每一列包括M个非门和一个与门，且每一列非门个数不等，M大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于将所述GPS信号和所述分频信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号第一次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P1；当所述GPS信号第二次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P2，P1、P2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数P1和P2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值t1和停止计数时间偏差值t2，t、t1和t2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述GPS信号中一个脉冲的时间长度，将所述t1和t2转化为所述GPS信号中的脉冲个数N01和N02，N01和N02均大于0；
所述处理模块，还用于采用1-N01+N02计算出N0。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一计数器，还用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N2；
所述计数模块还包括：第二计数器，用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N30，N30为正整数；
所述处理模块，还用于将所述分频信号和所述本地参考信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M1；当所述GPS信号进入低电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M2，M1、M2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数M1和M2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值Δt1和停止计数时间偏差值Δt2，Δt1和Δt2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述本地参考信号中一个脉冲的时间长度，将所述Δt1和Δt2转化为所述本地参考信号中的脉冲个数N31和N32，N31和N32均大于0；
所述处理模块，还用于采用N30+N31-N32计算出N3。
5.一种原子频标，包括：压控晶振、电子线路和物理单元，其特征在于，所述原子频标还包括原子频标频率修正装置，所述原子频标频率修正装置包括：
本地参考源，用于提供本地参考信号；
GPS模块，用于获取GPS信号，所述GPS信号为秒脉冲信号；
接收模块，用于获取所述本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；
分频模块，用于对所述频率信号进行N分频，得到分频信号，N为大于1的整数；
计数模块，用于在所述分频信号的N1个脉冲时间内对所述GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到所述GPS信号中的脉冲个数N0；以及在所述分频信号的N2个脉冲时间内对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N3，N1、N2和N3均大于0；
处理模块，用于采用以下公式计算所述压控晶振的第一频率值：
Figure FDA0003083181810000031
采用以下公式计算所述压控晶振的第二频率值：
Figure FDA0003083181810000032
fx1为所述压控晶振的第一频率值，fx2为所述压控晶振的第二频率值，f0为所述本地参考信号的频率值；
对所述第一频率值和所述第二频率值进行平均作为当前所述原子频标的输出频率，根据所述输出频率和所述原子频标的设定输出间的差值确定压控修正电压，并输出到压控晶振上。
6.根据权利要求5所述的原子频标，其特征在于，所述计数模块用于在两个时间段内分别对所述GPS信号和所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述N0和所述N3。
7.根据权利要求6所述的原子频标，其特征在于，所述计数模块包括：
第一计数器，用于当所述GPS信号第一次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号第二次进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N1，所述GPS信号两次进入的高电平为所述GPS信号上两个相邻的高电平；
与非门阵列，所述与非门阵列的每一列包括M个非门和一个与门，且每一列非门个数不等，M大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于将所述GPS信号和所述分频信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号第一次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P1；当所述GPS信号第二次进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数P2，P1、P2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数P1和P2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值t1和停止计数时间偏差值t2，t、t1和t2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述GPS信号中一个脉冲的时间长度，将所述t1和t2转化为所述GPS信号中的脉冲个数N01和N02，N01和N02均大于0；
所述处理模块，还用于采用1-N01+N02计算出N0。
8.根据权利要求7所述的原子频标，其特征在于，所述第一计数器，还用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述分频信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述分频信号中的脉冲个数进行计数，得到所述分频信号中的脉冲个数N2；
所述计数模块还包括：第二计数器，用于当所述GPS信号进入高电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，开始对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数；当所述GPS信号进入低电平后且所述分频信号出现第一个上升沿时，停止对所述本地参考信号中的脉冲个数进行计数，得到所述本地参考信号中的脉冲个数N30，N30为正整数；
所述处理模块，还用于将所述分频信号和所述本地参考信号分别送入与非门阵列的非门和与门中，当所述GPS信号进入高电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M1；当所述GPS信号进入低电平且所述分频信号出现第一个上升沿后，记录第一个输出为1的与门所在列的非门个数M2，M1、M2大于0且为偶数；
所述处理模块，还用于根据检测到的非门个数M1和M2以及每个非门代表的时间t，计算开始计数时间偏差值Δt1和停止计数时间偏差值Δt2，Δt1和Δt2均大于0；
所述处理模块，还用于根据所述本地参考信号中一个脉冲的时间长度，将所述Δt1和Δt2转化为所述本地参考信号中的脉冲个数N31和N32，N31和N32均大于0；
所述处理模块，还用于采用N30+N31-N32计算出N3。
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