CN109709789B - 一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法，本发明通过对被动型原子钟内部的晶体振荡器的压控电压进行实时采集，根据该压控电压的变化，计算出相位的漂移量，并使用移相器对被动型原子钟输出的频率信号进行相位补偿，弥补传统的被动型原子钟由于频率锁定存在的滞后现象引入的相位漂移的影响，达到了类相位锁定的效果，改善被动型原子钟的长期稳定度，最终使被动型原子钟的长期稳定度接近主动型原子钟的水平。
Description
技术领域
本发明属于高精度原子频标领域，具体涉及一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法。
背景技术
在精确导航、精密守时、高速通信等领域，对原子钟的稳定度提出了很高的要求。原子钟的长期稳定度是其最重要的性能指标之一，很大程度上决定了原子钟的守时能力和频率不确定度。目前，被动型原子钟包括被动型氢钟、被动型铯钟和被动型铷钟，基本都是采用频率锁定的方式使被动型原子钟内部的晶体振荡器的频率与原子跃迁频率相关。基于了频率锁定的方式，当被动型原子钟内部的晶体振荡器频率由于温度变化或者老化等因素的影响产生频率变化时，频率的锁定存在滞后现象，从而导致被动型原子钟输出频率信号的相位发生累积漂移，最终影响了被动型原子钟的长期稳定度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法及其装置，减小由于频率锁定存在的滞后现象引入的相位漂移的影响，改善被动型原子钟的长期稳定度。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一，被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号，经过移相器后作为被动型原子钟最终的输出信号；
步骤二，通过AD转换器对被动型原子钟内部晶体振荡器的压控电压进行采集；
步骤三，根据AD转换器输出数据的变化，运算控制器计算出相位的漂移量Ps；
步骤四，根据运算控制器计算出相位的漂移量Ps，控制移相器的移相控制值的变化量Pc；
步骤五，重复步骤二到步骤四，持续对被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号进行补偿。
步骤一中，移相器采用DDS。
步骤二中，AD转换器采用16-bit低噪声AD转换器。
步骤三中，漂移量Ps的计算公式如下：
Ps＝Ts×ΔAD×K
其中，Ts为AD转换器的采样周期，ΔAD为当前AD转换器的输出数据与上一次AD转换器的输出数据的差值，K为AD转换器的输出数据变化时对应的相位漂移速度，K的值由被动型原子钟的特性以及AD转换器的特性决定。
步骤四中，变化量Pc的计算公式如下：
Pc＝-Ps。
与现有技术相比，本发明采用AD转换器对被动型原子钟内部的晶体振荡器的压控电压进行实时采集，根据该压控电压的变化，计算出相位的漂移量，并使用移相器对被动型原子钟输出的频率信号进行相位补偿，弥补传统的被动型原子钟由于频率锁定存在的滞后现象引入的相位漂移的影响，达到了类相位锁定的效果，改善被动型原子钟的长期稳定度，最终使被动型原子钟的长期稳定度接近主动型原子钟的水平。
附图说明
图1为本发明的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明包括以下步骤：
步骤一，被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号，经过移相器后作为被动型原子钟最终的输出信号，移相器采用噪声较低的DDS；
步骤二，通过AD转换器对被动型原子钟内部晶体振荡器的压控电压进行采集，AD转换器采用16-bit低噪声AD转换器；
步骤三，根据AD转换器输出数据的变化，运算控制器计算出相位的漂移量Ps；
Ps＝Ts×ΔAD×K
其中，Ts为AD转换器的采样周期，ΔAD为当前AD转换器的输出数据与上一次AD转换器的输出数据的差值，K为AD转换器的输出数据变化时对应的相位漂移速度，K的值由被动型原子钟的特性以及AD转换器的特性决定；
步骤四，根据运算控制器计算出相位的漂移量Ps，控制移相器的移相控制值的变化量Pc；
Pc＝-Ps
步骤五，重复步骤二到步骤四，持续对被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号进行补偿。
实施例：
1)原子钟内部晶体振荡器经过噪声较低的DDS移相器后输出10MHz频率信号，该信号作为被动型原子钟最终的输出信号；
2)用16位分辨率的AD转换器对被动型原子钟内部晶体振荡器的压控电压Vc进行采样；
3)根据AD转换器输出数据的变化，运算控制器计算出相位的漂移量Ps；
Ps的计算公式为：Ps＝Ts×ΔAD×K
此处Ts为AD转换器的采样周期，在实施例中为125ms，ΔAD为当前AD转换器的输出数据与上一次AD转换器的输出数据的差值，这个与实际系统相关，K为AD转换器的输出数据变化时对应的相位漂移速度，在实施例中为860/s。
假定此时ΔAD＝5，则Ps＝537.5，取整后为537。
4)移相器的移相控制值的变化量Pc＝-Ps，即为-537，DDS移相器输出变化-537；
5)重复步骤2)到步骤4)，持续对被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号进行补偿。
实验测试表明，经过相位补偿后，铷钟的1万秒稳定度由原来的7E-14提高到了1E-14，10万秒稳定度由原来的5E-14提高到了7E-15。
Claims (3)
1.一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号，经过移相器后作为被动型原子钟最终的输出信号；
步骤二，通过AD转换器对被动型原子钟内部晶体振荡器的压控电压进行采集；
步骤三，根据AD转换器输出数据的变化，运算控制器计算出相位的漂移量Ps；漂移量Ps的计算公式如下：
Ps＝Ts×ΔAD×K
其中，Ts为AD转换器的采样周期，ΔAD为当前AD转换器的输出数据与上一次AD转换器的输出数据的差值，K为AD转换器的输出数据变化时对应的相位漂移速度，K的值由被动型原子钟的特性以及AD转换器的特性决定；
步骤四，根据运算控制器计算出相位的漂移量Ps，控制移相器的移相控制值的变化量Pc；变化量Pc的计算公式如下：
Pc＝-Ps；
步骤五，重复步骤二到步骤四，持续对被动型原子钟内部晶体振荡器输出的频率信号进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法，其特征在于，步骤一中，移相器采用DDS。
3.根据权利要求1所述的一种改善被动型原子钟长期稳定度的相位补偿方法，其特征在于，步骤二中，AD转换器采用16-bit低噪声AD转换器。
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