CN212207982U - 一种原子钟校频系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种原子钟校频系统包括：原子钟校频系统包括原子钟、时差修正模块、共视模块，时差修正模块包括相位微跃器，相位微跃器与原子钟通信连接，共视模块与时差修正模块通信连接。本实用新型提供的原子钟校频系统与现有的授时装置相比，将原子钟溯源至国家标准原子时UTC(k)，并对时差不断进行修正，可达到更高的时间精度、实现时间频率有效的统一，且以相位微跃器为中间载体，对原子钟产生的标准频率信号进行调整，不是直接调整原子钟，避免引起原子钟稳定度下降，使系统授时稳定度更高。

Description

一种原子钟校频系统

技术领域

本实用新型涉及原子钟技术领域，特别涉及一种原子钟校频系统。

背景技术

随着卫星导航、低时延大带宽通信、国防武器试验等领域的高速发展，准确的时间频率显得尤为重要，尤其对时间频率守时实验室的建设、时间频率的远程传递及时间频率的计量更显得突出。

目前，很多领域对时间频率的计量，均采用GPS(Global Positioning System)或北斗驯服原子钟的方式，不能实现时间频率的安全有效的统一，且市场上基于GNSS(GlobalNavigation Satellite System)卫星共视的铷钟较频系统装置或者基于GNSS单向授时装置，均不能达到较高的授时精度。

所以需要一种装置实现更高的授时精度和时间频率统一溯源的合法性。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种原子钟校频系统，以解决目前时间频率计量过程中，无法统一的、实时的，高精度地远程溯源至国家标准原子时UTC(k)(Coordinated Universal Time)。

本实用新型提供了原子钟校频系统，包括：原子钟；时差修正模块，包括相位微跃器，所述相位微跃器与所述原子钟通信连接；共视模块，与所述时差修正模块通信连接。

优选地，所述共视模块包括：共视对比处理器模块，与所述时差修正模块通信连接；共视获取模块，与所述共视对比处理器模块通信连接。

优选地，共视获取模块包括：本地共视模块，与所述时差修正模块通信连接，所述本地共视模块与所述共视对比处理器模块通信连接；通信模块，与基于国家标准原时UTC(k)的参考站通信连接，所述通信模块与所述共视对比处理器模块通信连接。

优选地，所述本地共视模块包括：天线，与导航卫星通信连接；共视接收机，与所述时差修正模块通信连接，所述共视接收机与所述天线通信连接，所述共视接收机与所述共视对比处理器模块通信连接。

优选地，所述时差修正模块还包括校准模块，所述校准模块与所述共视对比处理器模块通信连接，所述校准模块与所述相位微跃器通信连接，所述相位微跃器与所述共视接收机通信连接。

优选地，所述原子钟为铯钟。

优选地，所述原子钟为氢钟。

由上述方案可知，本实用新型提供的原子钟校频系统包括原子钟、时差修正模块、共视模块，时差修正模块包括相位微跃器。相位微跃器与原子钟通信连接，共视模块与时差修正模块通信连接。与现有的基于GNSS卫星共视的铷钟较频系统装置和基于GNSS单向授时装置相比，以相位微跃器为中间载体，对原子钟产生的标准频率信号进行调整，不是直接调整原子钟，避免引起原子钟稳定度下降，使系统授时稳定度更高，且将原子钟通过共视模块远程实时溯源至国家标准原子时UTC(k)，并通过时差修正模块对时差不断进行修正，可使系统的授时精度控制在5ns以内(99.9％)，快速、高精度地实现时间频率有效的统一，解决了国家标准原子时高精度远程传递的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型所提供的一种原子钟校频系统的结构框图。

图2为GNSS卫星共视原理图。

图3为PID较频控制算法图。

图4为本实用新型所提供的一种原子钟校频系统的原理框图。

图5为本实用新型所提供的另一种原子钟校频系统的结构框图。

附图标记：

1、原子钟；2、共视模块；21、共视对比处理器模块；22、共视获取模块；221、本地共视模块；222、通信模块；2211、天线；2212、共视接收机；3、时差修正模块；31、校准模块；32、相位微跃器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请一并参阅图1和图4，根据本实用新型提供的原子钟校频系统包括原子钟1、时差修正模块3、共视模块2，时差修正模块3包括相位微跃器32。原子钟1产生标准的频率信号并为相位微跃器32提供频率基准，相位微跃器32与原子钟1通过同轴射频线缆连接，共视模块2与时差修正模块3通信连接。

本实用新型提供的原子钟较频系统的工作原理如下：共视模块2计算通过同轴射频线缆向相位微跃器32获取的时间信号和频率信号，并计算获得信号与国家标准原子时UTC(k)之间的时差，并将计算获得的时差数据传输给时差修正模块3；时差修正模块3通过接收的的时差数据计算相位调整量、频差调整量和频漂调整量，相位微跃器32基于原子钟1提供的基准频率进行调整，并将调整后的时间信号和频率信号通过同轴射频线缆提供给共视模块2，然后本实用新型提供的原子钟较频系统重复上述工作过程。

本实用新型提供的原子钟较频系统，与现有技术相比：以相位微跃器32为中间载体，对原子钟1产生的标准频率信号进行调整，不是直接调整原子钟1，避免引起原子钟1稳定度下降，使系统授时稳定度更高。且本实用新型提供的原子钟较频系统通过共视模块2将原子钟1远程实时溯源至国家标准原子时UTC(k)，并通过时差修正模块3对时差不断进行修正，使系统的授时精度控制在5ns以内(99.9％)，快速、高精度地实现时间频率有效的统一，解决了国家标准原子时高精度远程传递的问题。

实施例1

请一并参阅图2和图5，共视模块2包括共视对比处理器模块21和共视获取模块22，两个模块通信连接，其中共视获取模块22包括本地共视模块221和通信模块222。

工作原理如下：本地共视模块221计算相位微跃器32输出的时间信号和频率信号与跟踪到的导航卫星的时差，记作ΔT_U＝T_USER-T_sat(i)，其中T_USER表示相位微跃器32输出的时间信号和频率信号、T_sat(i)表示本地共视模块221跟踪到的导航卫星的时间信号和频率信号；通信模块222通过Internet网络FTP(File Transfer Protocol)服务器或者北斗RDSS(radio determination satel-lite system)无线通讯的方式，下载基于国家标准原子时UTC(k)的共视数据，记作ΔT_K＝T_UTC(k)-T_sat(i)，其中T_UTC(k)表示国家标准原子时的时间信号和频率信号，T_sat(i)表示与国家标准原子时进行对比、且与本地共视模块221跟踪到的导航卫星相同的导航卫星的时间信号和频率信号；共视对比处理器模块21向共视获取模块22获取共视数据，并利用GNSS卫星共视原理计算得出相位微跃器32输出的时间信号和频率信号与国家标准原子时UTC(k)的时差，记作ΔT＝T_UTC(k)-T_USER，其中T_UTC(k)表示国家标准原子时的时间信号和频率信号，T_USER表示相位微跃器32输出的时间信号和频率信号，并将处理后的时差传输给时差修正模块3。

与现有技术相比，如此设计，通过共视对比处理器模块21将基于原子钟1基准频率的相位微跃器32输出的频率与国家标准原子时UTC(k)进行对比，实现了原子钟1与国家标准原子时UTC(k)的远程实时比对，可以解决把各计量装置、守时实验室及水煎同步装置均溯源至国家标准原子时UTC(k)的难题，实现了时间频率的安全有效的统一，且利用了比GNSS单向授时精度更高的GNSS卫星共视法，达到更高的授时精度和时间频率统一溯源的合法性。

实施例2

请参阅图5，本地共视模块221包括共视接收机2212和天线2211，两者通过同轴射频连接线缆连接。这里的天线2211可以是GNSS测量型天线，这里的共视接收机2212可以是GNSS卫星共视接收机。

工作原理如下：共视接收机2212获取天线2211提供的滤波放大后的射频信号，共视接收机2212通过同轴射频线缆获取相位微跃器32发出的时间信号1PPS和频率信号，共视接收机2212对接收到的射频信号进行变频、捕捉跟踪，并基于获取的相位微跃器32产生的时间和频率信号对跟踪的伪距、载波相位数据进行处理，获得基于相位微跃器32输出的频率的共视数据。

与现有技术相比，如此设计，以共视接收机2212为基础，计算出基于原子钟1基准频率的相位微跃器32输出的频率与导航卫星之间的钟差，比以往使用的GPS或北斗接收机覆盖卫星面积更广，更精确，保证本实用新型提供的原子钟较频系统有更高的授时精度。

实施例3

请一并参阅图3和图5，时差修正模块3还包括校准模块31，与共视对比处理器模块21通信连接，且与相位微跃器32通过串口线缆连接。

工作原理如下：校准模块31基于共视对比处理器模块21传输的共视对比结果，计算相位调整量、频差调整量和频漂调整量，并转换为相位微跃器32的控制指令，对相位微跃器32输出的时间和频率信号进行实时控制；相位微跃器32根据接受到的控制指令，基于PID(Proportion Integral Differential)较频控制算法对相位微跃器32接收的的基准频率进行相位、频差、频漂不断修正。

与现有技术相比，如此设置，利用校准模块31给相位微跃器32发送控制指令，将相位微跃器32作为中间载体，对原子钟1进行驯服，不直接调整原子钟1，避免了原子钟1稳定度下降，提高了系统授时的稳定度，且利用PID较频控制算法对相位微跃器32输出的频率进行控制，确保相位微跃器32输出的频率与国家标准原子时UTC(k)处于锁定状态，使相位微跃器32具有更加稳定的时间和频率输出，提高系统授时精度和稳定度。

实施例4

本实用新型的原子钟1为铯钟，与以往使用的铷钟相比，铯钟比铷钟稳定度更高，可使原子钟较频系统的授时精度达到更高的准确度和稳定度。

实施例5

本实用新型的原子钟1为氢钟，与实施例4同理，与以往使用的铷钟相比，氢钟比铷钟的稳定度更高，可使原子钟较频系统的授时精度达到更高的准确度和稳定度。

通过以上各实施例的说明，可以得出本实用新型提供的原子钟较频系统可将国家标准原子时进行异地复现，解决时间频率的远程溯源问题。与传统的计量方式对比，利用本装置可实时溯源，具有速度快、精度高等特点。随着5G通信、国防和空间技术的不断发展，各种类型的高精度时间频率产品推陈出新，精度越来越高，该装置既可满足高精度时间频率产品的计量需求，又可作为高精度时间频率源，满足国防领域日益增长的对时间精度和安全性的要求。

该装置的推广，以及应用技术的提高可推动诸多相关学科的发展，如：北斗导航数据采集与处理技术、铷钟驯服技术、时间频率传递比对技术等，使得过去无法计量或完成的任务成为可能，如应用于上千公里的雷达组网中，可有效解决时间同步问题等。所以，无论在民用还是在国防安全领域，本装置均具有广阔的发展前景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种原子钟校频系统，其特征在于，包括：

原子钟(1)；

时差修正模块(3)，包括相位微跃器(32)，所述相位微跃器(32)与所述原子钟(1)通信连接；

共视模块(2)，与所述时差修正模块(3)通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种原子钟校频系统，其特征在于，所述共视模块(2)包括：

共视获取模块(22)；

共视对比处理器模块(21)，与所述时差修正模块(3)通信连接，所述共视对比处理器模块(21)与所述共视获取模块(22)通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种原子钟校频系统，其特征在于，共视获取模块(22)包括：

本地共视模块(221)，与所述时差修正模块(3)通信连接，所述本地共视模块(221)与所述共视对比处理器模块(21)通信连接；

通信模块(222)，与基于国家标准原子时UTC(k)的参考站通信连接，所述通信模块(222)与所述共视对比处理器模块(21)通信连接。

4.根据权利要求3所述的一种原子钟校频系统，其特征在于，所述本地共视模块(221)包括：

天线(2211)，与导航卫星通信连接；

共视接收机(2212)，与所述时差修正模块(3)通信连接，所述共视接收机(2212)与所述天线(2211)通信连接，所述共视接收机(2212)与所述共视对比处理器模块(21)通信连接。

5.根据权利要求4所述的一种原子钟校频系统，其特征在于，所述时差修正模块(3)还包括校准模块(31)，所述校准模块(31)与所述共视对比处理器模块(21)通信连接，所述校准模块(31)与所述相位微跃器(32)通信连接，所述相位微跃器(32)与所述共视接收机(2212)通信连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种原子钟校频系统，其特征在于，所述原子钟(1)为铯钟。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种原子钟校频系统，其特征在于，所述原子钟(1)为氢钟。

Images