CN110784218B - 一种快速识别铷钟类型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速识别铷钟类型的方法，所述识别铷钟类型的方法包括：S1：完成铷钟系统上电预热；S2：基于铷钟系统通信协议写入初始控制值Offset＝0，并完成对铷钟系统的鉴相器进行鉴相值数据采集，实现对采集数据进行斜率计算，记为K1；S3：基于步骤S2，再依次输入控制值为+N、‑N、+10N、‑10N和0，分别完成各控制值下鉴相值斜率计算分别得到斜率值为：K2、K3、K4、K5和K6；S4：当2*|N1|>|N2|时，本铷钟系统为相对调整控制方式，否则铷钟系统为绝对控制方式；其中，N1＝K1‑K6，N2＝K3‑K5；S5：所述铷钟系统的控制精度为(K2‑K1)/N。从而采用本发明的识别铷钟类型的方法，能够通过鉴相值分析快速识别铷钟初始频偏和控制方式。
Description
技术领域
本发明属于计时仪器技术领域，尤其涉及一种快速识别铷钟类型的方法。
背景技术
传统设备通常采用卫星导航系统或外部输入的时钟信号驯服铷原子钟，实现设备的守时功能。
目前国内有多种铷原子钟厂家，各种型号的铷原子钟参数不同，对应的控制算法也不同。从而，在铷原子钟使用过程中，需要根据厂商提供的铷钟资料，每一种铷原子钟采用一套专用的控制算法。更换不同型号的铷原子钟时，需重新加载不同的控制算法。
根据铷钟技术协议，铷原子钟控制方式分为绝对频偏调整和相对频偏调整。相对调整表示每次调整值由铷钟内部自己累加，当前的调整值和历史调整值相加后为此时的铷钟控制值，绝对频偏调整表示每次调整值将覆盖上一次的调整值，当前写入值就是铷钟的控制值。
在生产过程中，由于供货原因经常会采购不同型号的铷原子钟替代使用，为了让多种铷原子钟在同一设备内可以使用，亟需一种快速确定铷钟类型和基本参数方法。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，公开了一种快速识别铷钟类型的方法，实现在铷钟类型和环境不确定的情况下，快速确定铷钟的基本参数。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种快速识别铷钟类型的方法，所述识别铷钟类型的方法包括：
S1：完成铷钟系统上电预热；
S2：基于铷钟系统通信协议写入初始控制值Offset＝0，并完成对铷钟系统的鉴相器进行鉴相值数据采集，实现对采集数据进行斜率计算，记为K1；
S3：基于步骤S2，再依次输入控制值为+N、-N、+10N、-10N和0，分别完成各控制值下鉴相值斜率计算分别得到斜率值为：K2、K3、K4、K5和K6；
S4：当2*|N1|>|N2|时，本铷钟系统为相对调整控制方式，否则铷钟系统为绝对控制方式；其中，N1＝K1-K6，N2＝K3-K5；
S5：所述铷钟系统的控制精度为(K2-K1)/N。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S2和步骤S3中，斜率值的计算方式采用最小二乘法计算获得。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S2和步骤S3中，针对每个输入的控制值，采集的鉴相值的数量为40个。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S2和步骤S3中，针对每个输入的控制值，采集的鉴相值中舍弃前5个数据，将剩下的35个数据用于进行鉴相值斜率计算。
根据一个优选的实施方式，所述铷钟系统的控制精度为对(K2-K1)/N、(K4-K1)/10N和(K4-K2)/(10N-N)取平均值。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：从而采用本发明的识别铷钟类型的方法，能够通过鉴相值分析快速识别铷钟初始频偏和控制方式。并且本方法适用性高，不需要额外的硬件，通过收集多组数据的分别计算斜率，即可识别铷钟的基本参数。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
本发明公开了一种快速识别铷钟类型的方法，所述识别铷钟类型的方法包括如下步骤。
步骤S1：完成铷钟系统上电预热。通过对铷钟系统上电完成预热，以保证在后续数据测量过程中的数据稳定性。
步骤S2：基于铷钟系统通信协议写入初始控制值Offset＝0，并完成对铷钟系统的鉴相器进行鉴相值数据采集，实现对采集数据进行斜率计算，记为K1。
步骤S3：基于步骤S2，再依次输入控制值为+N、-N、+10N、-10N和0，分别完成各控制值下鉴相值斜率计算分别得到斜率值为：K2、K3、K4、K5和K6。所述斜率的含义为在规定的时间周期内，时钟的频偏量，表征频率稳定度。
优选地，所述步骤S2和步骤S3中，斜率值的计算方式采用最小二乘法计算获得。通过最小二乘法进行数据处理，能够实现异常数据滤出，提高测量准确度。
优选地，所述步骤S2和步骤S3中，针对每个输入的控制值，采集的鉴相值的数量为40个。进一步地，所述步骤S2和步骤S3中，为保证测量准确性，针对每个输入的控制值，采集的鉴相值中舍弃前5个数据，将剩下的35个数据用于进行鉴相值斜率计算。
通过测得到40个鉴相数据数据或者更多，计算出来的斜率值，用于后面计算控制精度，能够避免部分误差的引入而取得斜率值。
步骤S4：当2*|N1|>|N2|时，本铷钟系统为相对调整控制方式，否则铷钟系统为绝对控制方式；其中，N1＝K1-K6，N2＝K3-K5。
进一步地，为判断铷钟系统的控制方式，可以多次重复步骤S2、S3和S4，以实现控制方式的判断确认。
本步骤S4的原理即是：写入正负相同值的方式，站在钟内部实际值的角度看，如果是相对调整写入的+-1000以后，这一次的-1000其实内部实际就是0，因为相对调整方式内部自加就是+1000-1000＝0。如果是绝对调整方式+1000就是实际的+1000，-1000就是实际的-1000。
识别铷钟控制方式，根据铷钟技术协议，控制方式分为绝对频偏调整和相对频偏调整，相对调整表示每次调整值由铷钟内部自己累加，当前的调整值和历史调整值相加后为此时的铷钟控制值，绝对频偏调整表示每次调整值将覆盖上一次的调整值，当前写入值就是铷钟的控制值。
步骤S5：所述铷钟系统的控制精度为(K2-K1)/N。
进一步地，所述铷钟系统的控制精度还可以表示为对(K2-K1)/N、(K4-K1)/10N和(K4-K2)/(10N-N)取平均值。通过平均值来表示铷钟系统的控制精度更具有准确性。铷钟的控制精度是钟本身材料、温湿度和工艺决定的，是铷钟的一个固有属性。
从而采用本发明的识别铷钟类型的方法，能够通过鉴相值分析快速识别铷钟初始频偏和控制方式。并且本方法适用性高，不需要额外的硬件，通过收集多组数据的分别计算斜率，即可识别铷钟的基本参数。
应用案例：
以对N取1000为例，通过本方法实现铷钟控制方式和控制精度的识别验证。
系统上电五分钟后(用于热钟)，根据铷钟通用协议写入初始控制值，Offset＝0，开始记录鉴相器的鉴相值，收集一组数据40个并计算斜率。
然后依次输入控制值为：+1000，-1000，+10000，-10000和0，由此可得到5组数据,每组数据舍弃前5个将剩下的35个计算斜率，计算方式采用最小二乘法，如下表格所示
表中示出了，例如，在铷钟控制值为0时，其系统控制方式为相对调整时，斜率值为10.23；若其系统控制方式为绝对调整时，斜率值为9.56。以此类推其它控制值对应的斜率关系。
判断铷钟控制方式，由于K1和K6在两种控制方式下都应相等，由此可以得到计算的误差大小为N1，查看K3-K5＝N2的差值，如果2*|N1|>|N2|的绝对值，即为相对调整，否则即为绝对调整。此为一次判断，可进行两次或多次判断，如果判断均一致可认定成功。
识别铷钟调整控制值的精度，有表格可知，K2相对于K1，1000控制字对应(15.21-10.23)ns近似等于5ns，因此1000对应5ns表示控制精度大概在5E-12/bit，下一步，通过K4相对于K1可得到10000对应(21.59-10.23)近似等于10ns，因此10000控制字对应10ns，也即控制精度在1E-12/bit。然后通过K4相对于K2，可得到21.59-15.21＝7ns，由此得到9000控制字对应于7ns，也即精度在7.77E-13/bit.最后将三个控制精度取平均值，可得到最终控制精度为1E-12/bit左右。
上述铷钟控制值的精度识别过程中，各控制值对应斜率使用的为相对调整时的斜率值。同理，若使用绝对调整值的控制值计算，其控制精度仍旧相同。相对调整和绝对调整，对于钟本身来说没有任何影响，只是原子钟内部会不会自加我们写入的控制值，仅此而已。而铷钟的控制精度是钟本身材料，温湿度，工艺决定的，跟控制方式没有任何关系。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种快速识别铷钟类型的方法，其特征在于，所述识别铷钟类型的方法包括：
S1：完成铷钟系统上电预热；
S2：基于铷钟系统通信协议写入初始控制值Offset＝0，并完成对铷钟系统的鉴相器进行鉴相值数据采集，实现对采集数据进行斜率计算，记为K1；
S3：基于步骤S2，再依次输入控制值为+N、-N、+10N、-10N和0，分别完成各控制值下鉴相值斜率计算分别得到斜率值为：K2、K3、K4、K5和K6；
S4：当2*|N1|>|N2|时，本铷钟系统为相对调整控制方式，否则铷钟系统为绝对控制方式；其中，N1＝K1-K6，N2＝K3-K5；
S5：所述铷钟系统的控制精度为(K2-K1)/N。
2.如权利要求1所述的一种快速识别铷钟类型的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中，斜率值的计算方式采用最小二乘法计算获得。
3.如权利要求1所述的一种快速识别铷钟类型的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中，针对每个输入的控制值，采集的鉴相值的数量为40个。
4.如权利要求3所述的一种快速识别铷钟类型的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中，针对每个输入的控制值，采集的鉴相值中舍弃前5个数据，将剩下的35个数据用于进行鉴相值斜率计算。
5.如权利要求1所述的一种快速识别铷钟类型的方法，其特征在于，所述铷钟系统的控制精度为对(K2-K1)/N、(K4-K1)/10N和(K4-K2)/(10N-N)取平均值。
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