RU2730875C1 - Method for storage of electric oscillation frequency - Google Patents

Method for storage of electric oscillation frequency Download PDF

Info

Publication number
RU2730875C1
RU2730875C1 RU2020109616A RU2020109616A RU2730875C1 RU 2730875 C1 RU2730875 C1 RU 2730875C1 RU 2020109616 A RU2020109616 A RU 2020109616A RU 2020109616 A RU2020109616 A RU 2020109616A RU 2730875 C1 RU2730875 C1 RU 2730875C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
measure
signal
value
channel
Prior art date
Application number
RU2020109616A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Карелин
Александр Сергеевич Смельчаков
Александра Павловна Ярославцева
Original Assignee
Акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" filed Critical Акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени"
Priority to RU2020109616A priority Critical patent/RU2730875C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730875C1 publication Critical patent/RU2730875C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04GELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G3/00Producing timing pulses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of storing the frequency of electric oscillations with a frequency measure can be used when creating precision frequency and time standards. Method consists in measuring the initial deviation of the measure frequency from the reference frequency at a certain initial interval T0. At the end of interval T0, the measurement frequency is corrected by the value of the measured initial deviation, and further during a certain time interval T, the frequency of the measure signal is further divided, two-channel analogue-to-digital conversion of a measure signal in main frequency and divided frequency channels with a time sampling interval determined by the frequency of the sampling signal generated from the measure signal. Transformations of the obtained digital samples U1(k), U2(k) into quadrature components of complex signals of the fundamental frequency channel U1s(k), U1c(k) and the shared frequency channel U2s(k), U2c(k), where k=0, 1, 2, 3…, – current number of samples. Determining the phase ϕ1(k) of the fundamental frequency channel signal and ϕ2(k) of the divided frequency channel signal as complex number arguments in accordance with expressions ϕ1(k)=tg-1(U1s(k)/U1c(k)) and ϕ2(k)=tg-1(U2s(k)/U2c(k)). Phase difference is determined Δϕ1(k)-ϕ2(k) and calculating current value of measure frequency correction β(k)=-ƒ0Δϕ(k)/πjk. Values are compared β(k) with threshold βthr, where βthr is the resolver power of the measure frequency, and correction of the measure frequency is carried out by the value – β(kthr), where kthr is the value of current sample number, at which |β(k)|≥βthr.
EFFECT: technical result consists in reduction of frequency error due to frequency drift of frequency of frequency measure.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области метрологии и может использоваться при создании генераторов высокостабильных электрических колебаний и высокоточных часов на их основе - стандартов частоты и времени.The invention relates to the field of metrology and can be used to create generators of highly stable electrical oscillations and high-precision clocks based on them - frequency and time standards.

Известен способ хранения частоты электрических колебаний мерой частоты (см., например, [1] - Пихтелев А.И. и др./ Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов дискриминаторов // М., Сов. радио и связь, 1978, (с. 252-262), содержащий периодически повторяемые операции сличения частот меры и эталона и коррекции частоты меры на величину измеренного отклонения. Измерения отклонения частоты сигнала меры от частоты пространственно удаленного эталона проводится по радио сигналам точного времени или методом транспортируемых часов.A known method of storing the frequency of electrical oscillations as a measure of frequency (see, for example, [1] - Pikhtelev A.I. et al. / Frequency and time standards based on quantum generators discriminators // M., Sov. Radio and communication, 1978, ( p. 252-262), containing periodically repeated operations of comparing the frequencies of the measure and the standard and correcting the frequency of the measure by the value of the measured deviation Measurements of the deviation of the frequency of the measure signal from the frequency of a spatially distant standard is carried out by radio signals of exact time or by the method of transported clocks.

Недостатком этого способа [1] является большая погрешность по частоте, обусловленная наличием систематического дрейфа частоты квантовых стандартов частоты в межповерочный интервал, связанного со старением элементов, причем скорость процесса старения изменяется во времени.The disadvantage of this method [1] is a large frequency error due to the presence of a systematic drift of the frequency of quantum frequency standards in the intertesting interval associated with aging of elements, and the rate of the aging process changes over time.

Известен ряд способов хранения частоты электрических колебаний, представленных в патентах: [2] - RU 2178196 C1, G04F 5/00, G04G 5/00; [3] - RU 8167 U1, H01S 1/00, 16.10.1998; [4] - RU 70727 U1, H01S 1/00, 10.02.2008; содержащих операции измерения отклонения частоты меры от частоты эталона на интервале времени T0, коррекции частоты меры на величину измеренного отклонения и дополнительной периодической коррекции частоты меры на протяжении интервала времени Т автономной работы. Величину и моменты времени дополнительной периодической коррекции определяют исходя из прогнозируемой скорости систематического дрейфа частоты меры, причем прогнозируемая скорость систематического дрейфа частоты на интервале времени Т предполагается равной измеренной скорости систематического дрейфа частоты на интервале времени Т0, при этом изменение частоты предполагается линейным.There are a number of methods for storing the frequency of electrical oscillations presented in patents: [2] - RU 2178196 C1, G04F 5/00, G04G 5/00; [3] - RU 8167 U1, H01S 1/00, 16.10.1998; [4] - RU 70727 U1, H01S 1/00, 10.02.2008; containing the operation of measuring the deviation of the frequency of the measure from the frequency of the standard at the time interval T 0 , correcting the frequency of the measure by the value of the measured deviation and additional periodic correction of the frequency of the measure during the time interval T of autonomous operation. The value and time points of the additional periodic correction are determined based on the predicted rate of the systematic drift of the measure frequency, and the predicted rate of the systematic drift of the frequency over the time interval T is assumed to be equal to the measured rate of the systematic drift of the frequency over the time interval T 0 , while the frequency change is assumed to be linear.

Недостатком этих способов [2]-[4] является большая погрешность по частоте из-за неточности модели линейного прогноза изменения частоты меры, так как, во-первых, параметры этой модели включают параметры систематического дрейфа частоты сигнала эталона, а, во-вторых, скорость систематического дрейфа частоты меры не является постоянной, а изменяется во времени.The disadvantage of these methods [2] - [4] is a large frequency error due to the inaccuracy of the linear forecast model for the change in the frequency of the measure, since, firstly, the parameters of this model include the parameters of the systematic drift of the frequency of the reference signal, and, secondly, the rate of systematic drift of the measure frequency is not constant, but changes over time.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в патенте [5] - RU 2279115 С9, G04G 3/00, G04G 7/00, G04F 5/00, 27.06.2006, и принятый за прототип. Известный способ хранения частоты электрических колебаний мерой частоты содержит операции сличения частоты меры с частотой эталона ƒ0 на протяжении начального интервала времени Т0, определения по результатам этих сличений начального отклонения Δƒ0 частоты меры от частоты эталона и начальной скорости ν0 систематического дрейфа частоты меры относительно частоты эталона, коррекции частоты меры на величину измеренного начального отклонения Δƒ0 в конце интервала времени Т0 и последующей на протяжении интервала времени Т дополнительной периодической коррекции частоты меры в моменты kΔt, где k=1, 2, 3,

Figure 00000001
Дополнительную периодическую коррекцию частоты меры выполняют на величину β, которую уменьшают со временем на протяжении интервала времени Т в соответствии с прогнозируемым уменьшением скорости систематического дрейфа частоты меры. Начальную величину дополнительной периодической коррекции устанавливают в соответствии с неравенством
Figure 00000002
а ее знак - противоположным знаку ν0. Прогноз поведения частоты меры основывается на измерениях ее отклонения от частоты эталона на начальном интервале времени Т0 (достаточно большом, до нескольких месяцев), а также на исследованиях поведения частоты мер данного типа на длительных интервалах времени, много больших Т0 (на протяжении нескольких лет).The closest in technical essence to the claimed is the method described in the patent [5] - RU 2279115 C9, G04G 3/00, G04G 7/00, G04F 5/00, 06/27/2006, and adopted as a prototype. The known method of storing the frequency of electrical oscillations by a measure of frequency contains the operations of comparing the frequency of the measure with the frequency of the standard ƒ 0 during the initial time interval T 0 , determining the initial deviation Δƒ 0 of the frequency of the measure from the frequency of the standard and the initial speed ν 0 of the systematic drift of the frequency of the measure relative to standard frequency, correction of the measure frequency by the value of the measured initial deviation Δƒ 0 at the end of the time interval T 0 and subsequent additional periodic correction of the measure frequency during the time interval T at times kΔt, where k = 1, 2, 3,
Figure 00000001
An additional periodic correction of the measure frequency is performed by the value β, which decreases with time over the time interval T in accordance with the predicted decrease in the rate of the systematic drift of the measure frequency. The initial value of the additional periodic correction is set in accordance with the inequality
Figure 00000002
and its sign is opposite to the sign of ν 0 . The prediction of the behavior of the frequency of a measure is based on measurements of its deviation from the reference frequency at the initial time interval T 0 (rather large, up to several months), as well as on studies of the behavior of the frequency of measures of this type over long time intervals much larger than T 0 (over several years ).

К недостаткам способа [5] прототипа относятся:The disadvantages of the method [5] prototype include:

- достаточно большая погрешность по частоте из-за неточности прогнозирования скорости систематического дрейфа частоты меры, так как параметры модели дрейфа включают величину дрейфа частоты сигнала эталона и могут существенно отклониться от спрогнозированных величин на временном интервале Т автономного функционирования меры частоты в особенности в жестких условиях эксплуатации, например, на борту космического или подводного аппарата;- a sufficiently large frequency error due to inaccuracy in predicting the rate of the systematic drift of the measure frequency, since the parameters of the drift model include the drift of the frequency of the reference signal and can significantly deviate from the predicted values in the time interval T of the autonomous functioning of the frequency measure, especially in severe operating conditions, for example, on board a spacecraft or underwater vehicle;

- длительный процесс оценки скорости систематического дрейфа частоты меры (несколько месяцев), что существенно увеличивает стоимость изделия.- a long process of assessing the rate of the systematic drift of the measure frequency (several months), which significantly increases the cost of the product.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является уменьшение погрешности по частоте из-за систематического дрейфа частоты меры частоты.The technical result to which the invention is directed is to reduce the frequency error due to the systematic drift of the frequency of the frequency measure.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способ хранения частоты электрических колебаний мерой частоты, содержащий операции сличения частоты меры с частотой эталона ƒ0 на протяжении начального интервала времени Т0, определения по результатам этих сличений начального отклонения Δƒ0 частоты меры от частоты эталона, коррекции частоты меры на величину измеренного начального отклонения Δƒ0 в конце интервала времени Т0 и последующей, на протяжении интервала времени Т, дополнительной коррекции частоты меры на величину β. Дополнительно, на интервале времени Т, включают операции:The essence of the invention lies in the fact that in a method of storing the frequency of electrical oscillations by a measure of frequency, containing the operation of comparing the frequency of the measure with the frequency of the standard ƒ 0 during the initial time interval T 0 , determining, based on the results of these comparisons, the initial deviation Δƒ 0 of the frequency of the measure from the frequency of the standard, correction of the measure frequency by the value of the measured initial deviation Δƒ 0 at the end of the time interval T 0 and subsequent, during the time interval T, additional correction of the measure frequency by β. Additionally, on the time interval T, the following operations are included:

- деления частоты сигнала меры с коэффициентом kd=2j+1, где j=1, 2, 3, …;- dividing the frequency of the measure signal with the coefficient k d = 2j + 1, where j = 1, 2, 3,…;

- двухканального синхронного аналого-цифрового преобразования сигнала меры в каналах основной частоты и деленной частоты с интервалом временной дискретизации, определяемым частотой ƒs сигнала дискретизации, синтезируемым из сигнала меры в соответствии с выражением ƒs=4ƒ0/(2j+1);- two-channel synchronous analog-to-digital conversion of the measure signal in the channels of the fundamental frequency and the divided frequency with a time sampling interval determined by the sampling signal frequency ƒ s , synthesized from the measure signal in accordance with the expression ƒ s = 4ƒ 0 / (2j + 1);

- преобразования полученных цифровых выборок U1(k), U2(k) в квадратурные составляющие комплексных сигналов канала основной частоты U1s(k), U1c(k) и канала деленной частоты U2s(k), U2c(k), где k=0, 1, 2, 3…„ - текущий номер выборок;- transformation of the received digital samples U 1 (k), U 2 (k) into the quadrature components of the complex signals of the fundamental frequency channel U 1s (k), U 1c (k) and the channel of the divided frequency U 2s (k), U 2c (k) , where k = 0, 1, 2, 3… „is the current number of samples;

- определения фаз ϕ1(k) сигнала канала основной частоты и ϕ2(k) сигнала канала деленной частоты как аргументов комплексных чисел в соответствии с выражениями ϕ1(k)=tg-1(U1s(k)/U1c(k)) и ϕ2(k)=tg-1(U2s(k)/U2c(k)).- determination of the phases ϕ 1 (k) of the channel signal of the fundamental frequency and ϕ 2 (k) of the channel signal of the divided frequency as arguments of complex numbers in accordance with the expressions ϕ 1 (k) = tan -1 (U 1s (k) / U 1c (k )) and ϕ 2 (k) = tan -1 (U 2s (k) / U 2c (k)).

- определения разности фаз Δϕ(k)=ϕ1(k)-ϕ2(k);- determination of the phase difference Δϕ (k) = ϕ 1 (k) -ϕ 2 (k);

- вычисления текущей величины коррекции частоты меры- calculating the current value of the frequency correction

β(k)=-ƒ0Δϕ(k)/πjkβ (k) = - ƒ 0 Δϕ (k) / πjk

- сравнения значения β(k) с порогом βпор, где βпор - разрешающая способность управителя частотой меры;- comparison of the value β (k) with the threshold β pores , where β pores is the resolution of the governor of the measure frequency;

- коррекцию частоты меры проводят на величину -β(kпор), где knop - значение номера текущей выборки, при котором |β(k)|≥βпор.- the frequency of the measure is corrected by the value -β (k pores ), where k nop is the value of the number of the current sample, at which | β (k) | ≥ β pores .

Сущность заявляемого способа поясняется иллюстративными материалами, представленными на фиг. 1, 2, 3 и 4, где:The essence of the proposed method is illustrated by illustrative materials presented in Fig. 1, 2, 3 and 4, where:

на фиг. 1 представлен принцип стробоскопического преобразования сигнала меры частоты при временной дискретизации;in fig. 1 shows the principle of stroboscopic conversion of a frequency measure signal during time sampling;

на фиг. 2 условно изображено преобразование спектров дискретных сигналов в каналах основной и деленной частот;in fig. 2 schematically shows the transformation of the spectra of discrete signals in the channels of the fundamental and divided frequencies;

на фиг. 3 приведен пример структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, где:in fig. 3 shows an example of a block diagram of a device that implements the proposed method, where:

1 - мера частоты;1 - measure of frequency;

2 - делитель частоты;2 - frequency divider;

3, 4 - аналого-цифровые преобразователи;3, 4 - analog-to-digital converters;

5 - синтезатор частоты;5 - frequency synthesizer;

6 - процессор цифровой обработки сигнала;6 - digital signal processor;

на фиг. 4 пунктирной линией показан график зависимости частоты меры от времени без коррекции, а сплошной линией - график зависимости частоты меры с коррекцией по предлагаемому способу, начиная с интервала времени Т0.in fig. 4, the dotted line shows the graph of the frequency of the measure against time without correction, and the solid line shows the graph of the dependence of the frequency of the measure with correction according to the proposed method, starting from the time interval T 0 .

Работа предлагаемого способа осуществляется следующим образом. На начальном интервале времени Т0 проводят сличение частоты ƒ=ƒ0+Δƒ0 меры частоты с частотой ƒ0 эталона, измеряют величину Δƒ0 и осуществляют коррекцию частоты меры на измеренную величину Δƒ0 в конце интервала времени Т0. В этом случае, в начале интервала времени Т автономной работы, модель сигнала меры, учитывающая систематический дрейф частоты, представляется в виде:The proposed method works as follows. At the initial time interval T 0 , the frequency ƒ = ƒ 0 + Δƒ 0 of the frequency measure is compared with the frequency ƒ 0 of the standard, the value of Δƒ 0 is measured and the frequency of the measure is corrected by the measured value Δƒ 0 at the end of the time interval T 0 . In this case, at the beginning of the time interval T of autonomous operation, the model of the measure signal, which takes into account the systematic drift of the frequency, is represented as:

Figure 00000003
Figure 00000003

где: ƒ0 - номинальное значение частоты меры, измеренное на момент начала его автономной работы;where: ƒ 0 is the nominal value of the frequency of the measure, measured at the time of the beginning of its autonomous operation;

α - скорость дрейфа частоты (Гц/сек), который подлежит оценке с целью формирования управляющего параметра для схемы управления частотой меры.α is the frequency drift rate (Hz / sec), which is to be estimated in order to form a control parameter for the frequency control circuit of the measure.

Кроме сигнала (1) канала основной частоты формируется сигнал канала деленной частоты с помощью операции деления частоты, а именно:In addition to the signal (1) of the channel of the fundamental frequency, the signal of the channel of the divided frequency is formed using the frequency division operation, namely:

Figure 00000004
Figure 00000004

Сигналы u(t) и

Figure 00000005
синхронно подвергаются квантованию по уровню с интервалом временной дискретизации ts, длительность которого задается синхроимпульсами сигнала квантования us(t), формируемому из сигнала (1) с помощью операции синтеза частоты (см. [6] - Рыжков А.В., Попов В.Н. / Синтезаторы частот в технике радиосвязи. // М.: Радио и связь, 1991. (с. 67-74):The signals u (t) and
Figure 00000005
are synchronously subjected to level quantization with a time sampling interval t s , the duration of which is set by the sync pulses of the quantization signal u s (t), formed from signal (1) using the frequency synthesis operation (see [6] - Ryzhkov AV, Popov V .N. / Frequency synthesizers in radio communication technology. // M .: Radio and communication, 1991. (p. 67-74):

Figure 00000006
Figure 00000006

Пусть импульсы сигнала квантования формируются в моменты перехода сигнала (3) через нулевой уровень с положительной производной. Тогда моменты tk цифровых выборок сигналов (1) и (2) можно определить из уравнения:Let the pulses of the quantization signal be formed at the moments when the signal (3) passes through the zero level with a positive derivative. Then the moments t k of digital samples of signals (1) and (2) can be determined from the equation:

Figure 00000007
Figure 00000007

где k=0, 1, 2, 3,.. текущий номер выборок.where k = 0, 1, 2, 3, .. current number of samples.

Следовательно, для определения tk можно использовать квадратное уравнение:Therefore, to determine t k, you can use the quadratic equation:

Figure 00000008
Figure 00000008

решение которого, с учетом tk≥0, дает:the solution of which, taking into account t k ≥0, gives:

Figure 00000009
Figure 00000009

Так как, даже для достаточно большого числа к величинаSince, even for a sufficiently large number of k, the quantity

Figure 00000010
Figure 00000010

то радикал в (5) может быть разложен в ряд (см. [7] - Двайт Г.Б. / Таблицы интегралов и другие математические формулы. // М, 1973, (с. 8):then the radical in (5) can be expanded in a series (see [7] - Dwight GB / Tables of integrals and other mathematical formulas. // M, 1973, (p. 8):

Figure 00000011
Figure 00000011

Учитывая (6), достаточно ограничиться линейным приближением в (7). Поэтому окончательно получимTaking into account (6), it suffices to restrict ourselves to the linear approximation in (7). Therefore, we finally get

Figure 00000012
Figure 00000012

Выражение (8) показывает, что в первом приближении изменением длительности интервала квантования из-за линейного дрейфа частоты можно пренебречь.Expression (8) shows that, in the first approximation, the change in the duration of the quantization interval due to the linear frequency drift can be neglected.

Формулы для цифровых выборок в каналах сигнала основной частоты и сигнала деленной частоты можно записать, если в (1) и (2) вместо непрерывного времени t подставить дискретные моменты времени tk из (8):The formulas for digital samples in the channels of the fundamental frequency signal and the divided frequency signal can be written if discrete moments of time t k from (8) are substituted in (1) and (2) instead of continuous time t:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Без ограничения общности можно выбрать j=2, 4, 6,… - целое четное число. В этом случае выражение (9) может быть переписано в виде:Without loss of generality, you can choose j = 2, 4, 6,… - an even integer. In this case, expression (9) can be rewritten as:

Figure 00000015
Figure 00000015

При нечетном j функция sin в (11) будет со знаком минус.For odd j, the sin function in (11) will be with a minus sign.

Сравнение (10) и (11) показывает, что в обоих каналах формируются цифровые выборки сигналов с одинаковой относительной центральной частотой ω0=2πƒ0/f0=π/2 (см. [8] - Основы цифровой обработки сигналов. Курс лекций / А.И. Солонина и др. // Изд. 2-е испр. и перераб., СПб, БХВ-Петербург, 2005, с. 195-199). Разница заключается в том, что в канале основной частоты выборки являются результатом стробоскопического эффекта, а в канале сигнала деленной частоты - результатом непосредственного квантования сигнала с центральной частотой ƒ0/(2j+1) (см. [8] - Рис. 3а, Рис. 3б, Рис. 3в). При этом вторые слагаемые под знаками тригонометрических функций в (10) и (11) обусловлены наличием дрейфа частоты сигнала со скоростью α.Comparison of (10) and (11) shows that digital samples of signals with the same relative center frequency ω 0 = 2πƒ 0 / f 0 = π / 2 are formed in both channels (see [8] - Fundamentals of digital signal processing. Course of lectures / A.I.Solonina et al. // Publishing 2nd revision and revision, St. Petersburg, BHV-Petersburg, 2005, pp. 195-199). The difference is that in the channel of the fundamental sampling frequency is the result of the stroboscopic effect, and in the channel of the divided frequency signal - the result of direct quantization of the signal with the central frequency ƒ 0 / (2j + 1) (see [8] - Fig. 3a, Fig. 3b, Fig.3c). In this case, the second terms under the signs of trigonometric functions in (10) and (11) are due to the presence of a drift of the signal frequency with a velocity α.

Далее осуществляют формирование квадратурных составляющих комплексных сигналов. В канале основной частоты это - Us(k), Uc(k), а в канале деленной частоты -U0(k), U0(k). Такое формирование производится, например, путем умножения выборок u(k),

Figure 00000016
на значения
Figure 00000017
с последующей цифровой низкочастотной фильтрацией, то есть:Next, the formation of the quadrature components of the complex signals is carried out. The channel is the fundamental frequency - U s (k), U c (k), and the channel frequency divided -U 0 (k), U 0 (k). Such formation is performed, for example, by multiplying the samples u (k),
Figure 00000016
on values
Figure 00000017
followed by digital low-pass filtering, that is:

Figure 00000018
Figure 00000018

Определение фаз сигнала канала основной частоты ϕ1(k) и канала сигнала деленной частоты ϕ2(k) как аргументов комплексных чисел осуществляется в соответствии с выражениями:Determination of the signal phases of the fundamental frequency channel ϕ 1 (k) and the divided frequency signal channel ϕ 2 (k) as arguments of complex numbers is carried out in accordance with the expressions:

Figure 00000019
Figure 00000019

Далее производится вычисление разности фаз Δϕ(k) сигналов основного канала и канала деленной частоты, то есть:Next, the phase difference Δϕ (k) of the signals of the main channel and the channel of the divided frequency is calculated, that is:

Figure 00000020
Figure 00000020

Из (12) получим оценку скорости систематического дрейфа частоты:From (12) we obtain an estimate of the rate of the systematic frequency drift:

Figure 00000021
Figure 00000021

Следует отметить, что для уменьшения громоздкости выкладок при выводе (13) предполагалось Δϕ(0)=0, что допустимо, так как сигналы в каналах и квантующий сигнал синхронизированы. Реально, при практической реализации способа, возможен вариант

Figure 00000022
В этом случае в формуле (13) Δϕ(k)=ϕ(k)-ϕ2(0).It should be noted that, in order to reduce the bulkiness of the calculations, when deriving (13), it was assumed that Δϕ (0) = 0, which is permissible, since the signals in the channels and the quantizing signal are synchronized. In reality, with the practical implementation of the method, the option is possible
Figure 00000022
In this case, in formula (13) Δϕ (k) = ϕ (k) -ϕ 2 (0).

Далее оценивают текущее значение β(k) коррекции меры по частоте, которая с учетом (8) и (13) выражается в виде:Next, the current value β (k) of the correction of the frequency measure is estimated, which, taking into account (8) and (13), is expressed as:

Figure 00000023
Figure 00000023

На каждом k-ом шаге проводят сравнение значения β(k) с порогом βпор, где βпор - разрешающая способность управителя частотой меры.At each k-th step, the value β (k) is compared with the threshold β pores , where β pores is the resolution of the measure frequency governor.

При выполнении условия

Figure 00000024
осуществляют коррекцию частоты меры на величину -(β(kпор), где kпор - значение номера текущих выборок, при котором
Figure 00000025
После операции коррекции счетчик выборок обнуляется, то есть k=0, и начинается новый интервал Т оценки α.If the condition is met
Figure 00000024
the frequency of the measure is corrected by the value - (β (k pores ), where k pores is the value of the number of the current samples, at which
Figure 00000025
After the correction operation, the sample counter is reset to zero, that is, k = 0, and a new estimation interval T begins.

Таким образом, согласно заявляемому способу хранения частоты электрических колебаний осуществляется оценка скорости дрейфа частоты меры в реальном масштабе времени, что позволяет повысить точность хранения по сравнению с известным способом, который использует ранее полученные параметры модели дрейфа частоты меры, имеющие ограниченную точность и изменяющиеся в процессе автономной работы меры.Thus, according to the claimed method of storing the frequency of electrical oscillations, the speed of the measure frequency drift is estimated in real time, which makes it possible to increase the storage accuracy in comparison with the known method, which uses the previously obtained parameters of the measure frequency drift model, which have limited accuracy and vary during the autonomous process. work measures.

Кроме того применение заявляемого способа не требует длительной, до нескольких месяцев, процедуры оценки модели систематического дрейфа частоты меры, что позволяет существенно сократить время создания меры частоты и, следовательно, снизить ее стоимость. В самом деле, для измерения начального отклонения Δƒ0 частоты меры от частоты эталона в течение Т0 достаточно ограничиться интервалом времени 1000 сек≤Т0<3600 сек.In addition, the application of the proposed method does not require a long, up to several months, procedure for assessing the model of the systematic drift of the frequency of the measure, which can significantly reduce the time for creating the frequency measure and, therefore, reduce its cost. Indeed, to measure the initial deviation Δƒ 0 of the frequency of the measure from the frequency of the standard during T 0, it is sufficient to restrict oneself to the time interval 1000 sec≤T 0 <3600 sec.

Порядок величины интервала Т можно определить на примере квантового стандарта частоты на рубидиевой газовой ячейке (КСЧ-РГЯ), систематический дрейф частоты которого составляет α=5⋅1-12 1/месяц в относительных единицах (9⋅10-12 Гц/сек при номинальной частоте меры 5000000 Гц). Разрешающая способность цифрового управляющего синтезатора частоты КСЧ-РГЯ /βпор=5⋅10-8 Гц. Для этих исходных данных получим:The order of magnitude of the interval T can be determined using the example of a quantum frequency standard on a rubidium gas cell (KSCh-RGC), the systematic frequency drift of which is α = 5⋅1 -12 1 / month in relative units (9⋅10 -12 Hz / sec at nominal frequency measure 5,000,000 Hz). Resolution of the digital control frequency synthesizer KSCh-RGYa / β pore = 5⋅10 -8 Hz. For these initial data, we get:

Т=βпор/α=1,8⋅105 сек.=5 час.T = β pores / α = 1.8⋅10 5 sec. = 5 hours.

Рассмотренное показывает, что заявляемый способ формирования импульсов осуществим и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в уменьшении погрешности по частоте из-за систематического дрейфа частоты меры частоты.Considered shows that the claimed method of forming pulses is feasible and ensures the achievement of the technical result, which consists in reducing the frequency error due to the systematic drift of the frequency of the frequency measure.

Источники информацииSources of information

1. Пихтелев А.И. и др. / Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов дискриминаторов // М., Сов. радио и связь, 1978, (с. 252-262).1. Pikhtelev A.I. et al. / Frequency and time standards based on quantum generators of discriminators // M., Sov. radio and communication, 1978, (p. 252-262).

2. RU 2178196, G04F 5/00, G04G 5/00, опубл. 10.01.2002.2. RU 2178196, G04F 5/00, G04G 5/00, publ. 10.01.2002.

3. RU 8167 U1, H01S 1/00, опубл. 16.10.1998.3. RU 8167 U1, H01S 1/00, publ. 16.10.1998.

4. RU 70727 U1, H01S 1/00, опубл. 10.02.2008.4. RU 70727 U1, H01S 1/00, publ. 10.02.2008.

5. RU 2279115 С9, G04G 3/00, G04G 7/00, G04 F 5/00, опубл. 27.06.2006.5. RU 2279115 C9, G04G 3/00, G04G 7/00, G04 F 5/00, publ. June 27, 2006.

6. Рыжков А.В., Попов В.Н. / Синтезаторы частот в технике радиосвязи. // М: Радио и связь, 1991, (с. 67-74).6. Ryzhkov A.V., Popov V.N. / Frequency synthesizers in radio communication technology. // M: Radio and communication, 1991, (p. 67-74).

7. Двайт Г.Б. / Таблицы интегралов и другие математические формулы. // М., 1973, (с. 8)7. Dwight G.B. / Tables of integrals and other mathematical formulas. // M., 1973, (p. 8)

8. Основы цифровой обработки сигналов. Курс лекций / А.И. Солонина и др. // Изд. 2-е испр. и перераб., СПб, БХВ-Петербург, 2005, (с. 195-199, Рис. 3а, Рис. 3б, Рис. 3в).8. Basics of digital signal processing. Course of lectures / A.I. Solonina and others // Ed. 2nd rev. and revised., St. Petersburg, BHV-Petersburg, 2005, (p. 195-199, Fig.3a, Fig.3b, Fig.3c).

Claims (1)

Способ хранения частоты электрических колебаний мерой частоты, содержащий операции сличения частоты меры с частотой эталона ƒ0 на протяжении начального интервала времени T0, определения по результатам этих сличений начального отклонения Δƒ0 частоты меры от частоты эталона, коррекции частоты меры на величину измеренного начального отклонения Δƒ0 в конце интервала времени Т0 и последующей дополнительной коррекции частоты меры на величину β на протяжении интервала времени Т, отличающийся тем, что дополнительно, на интервале времени Т, сигнал меры подвергают операциям деления частоты с коэффициентом kd=2j+1, где j=1, 2, 3, …, двухканального синхронного аналого-цифрового преобразования в каналах основной частоты и деленной частоты с интервалом временной дискретизации, определяемым частотой ƒs сигнала дискретизации, синтезируемым из сигнала меры в соответствии с выражением ƒs=4ƒ0/(2j+1), преобразования полученных цифровых выборок U1(k), U2(k) в квадратурные составляющие комплексных сигналов канала основной частоты Uls(k), Ulc(k) и канала деленной частоты U2s(k), U2c(k), где k=0, 1, 2, 3..., - текущий номер выборок, определения фаз ϕ1(k) сигнала канала основной частоты и ϕ2(k) сигнала канала деленной частоты как аргументов комплексных чисел в соответствии с выражениями ϕ1(k)=tg-1(U1s(k)/U1c(k)) и ϕ2(k)=tg-1(U2s(k)/U2c(k)), определения разности фаз Δϕ(k)=ϕ1(k)-ϕ2(k), вычисления текущей величины коррекции частоты меры β(k)=-ƒ0Δϕ(k)/πjk, сравнения значения β(k) с порогом βпор, где βпор - разрешающая способность управителя частотой меры, а коррекцию частоты меры проводят на величину -β(kпор), где kпор - значение номера текущей выборки, при котором |β(k)|≥βпор.A method of storing the frequency of electrical oscillations by a frequency measure, containing the operations of comparing the frequency of the measure with the frequency of the standard ƒ 0 during the initial time interval T 0 , determining, based on the results of these comparisons, the initial deviation Δƒ 0 of the frequency of the measure from the frequency of the standard, correcting the frequency of the measure by the value of the measured initial deviation Δƒ 0 at the end of the time interval T 0 and the subsequent additional correction of the measure frequency by the value β during the time interval T, characterized in that, in addition, on the time interval T, the measure signal is subjected to frequency division operations with the coefficient k d = 2j + 1, where j = 1, 2, 3, ..., two-channel synchronous analog-to-digital conversion in the channels of the fundamental frequency and the divided frequency with a time sampling interval determined by the frequency ƒ s of the sampling signal, synthesized from the measure signal in accordance with the expression ƒ s = 4ƒ 0 / (2j +1), transforming the obtained digital samples U 1 (k), U 2 (k) into the quadrature components of the lex signals of the channel of the fundamental frequency U ls (k), U lc (k) and the channel of divided frequency U 2s (k), U 2c (k), where k = 0, 1, 2, 3 ..., is the current number of samples , determining the phases ϕ 1 (k) of the channel signal of the fundamental frequency and ϕ 2 (k) of the channel signal of the divided frequency as arguments of complex numbers in accordance with the expressions ϕ 1 (k) = tan -1 (U 1s (k) / U 1c (k )) and ϕ 2 (k) = tan -1 (U 2s (k) / U 2c (k)), determining the phase difference Δϕ (k) = ϕ 1 (k) -ϕ 2 (k), calculating the current correction value the frequency of the measure β (k) = - ƒ 0 Δϕ (k) / πjk, comparing the value β (k) with the threshold β pores , where β pores is the resolution of the governor of the frequency of the measure, and the frequency of the measure is corrected by the value -β (k pores ), where k pores is the value of the number of the current sample at which | β (k) | ≥ β pores .
RU2020109616A 2020-03-04 2020-03-04 Method for storage of electric oscillation frequency RU2730875C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109616A RU2730875C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Method for storage of electric oscillation frequency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109616A RU2730875C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Method for storage of electric oscillation frequency

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730875C1 true RU2730875C1 (en) 2020-08-26

Family

ID=72237908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109616A RU2730875C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Method for storage of electric oscillation frequency

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730875C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4125307C2 (en) * 1990-07-31 1993-07-01 Goldstar Co., Ltd., Seoul/Soul, Kr
US5471402A (en) * 1991-05-31 1995-11-28 Optoelectronics, Inc. Frequency counter
RU8167U1 (en) * 1997-12-09 1998-10-16 Владислав Геннадьевич Воронцов QUANTUM STANDARD OF FREQUENCY AND TIME
RU2178196C1 (en) * 2000-11-20 2002-01-10 Логачев Валерий Александрович Oscillation frequency storage technique
RU2279115C9 (en) * 2004-09-29 2006-09-27 Валерий Александрович Логачев Method for storing frequency of electric oscillations
US9098227B2 (en) * 2007-10-31 2015-08-04 Echostar Technologies L.L.C. System and method for employing a controlled modification current time value

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4125307C2 (en) * 1990-07-31 1993-07-01 Goldstar Co., Ltd., Seoul/Soul, Kr
US5471402A (en) * 1991-05-31 1995-11-28 Optoelectronics, Inc. Frequency counter
RU8167U1 (en) * 1997-12-09 1998-10-16 Владислав Геннадьевич Воронцов QUANTUM STANDARD OF FREQUENCY AND TIME
RU2178196C1 (en) * 2000-11-20 2002-01-10 Логачев Валерий Александрович Oscillation frequency storage technique
RU2279115C9 (en) * 2004-09-29 2006-09-27 Валерий Александрович Логачев Method for storing frequency of electric oscillations
US9098227B2 (en) * 2007-10-31 2015-08-04 Echostar Technologies L.L.C. System and method for employing a controlled modification current time value

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108710026B (en) Frequency stability measuring method and system based on high-precision phase frequency analysis
US10033390B2 (en) Systems and methods for clock synchronization in a data acquisition system
JPS61155782A (en) Spectrum diffusion signal receiver
CA2863993A1 (en) Power measurement device
Kokuyama et al. Simple digital phase-measuring algorithm for low-noise heterodyne interferometry
RU2730875C1 (en) Method for storage of electric oscillation frequency
EP3567726A1 (en) Frequency-tunable frequency source and system, method and electronic apparatus related thereto
JP2008502199A (en) Clock jitter measurement
CN107153352A (en) A kind of pulse generation method based on digital frequency synthesis technology
US9383726B2 (en) Physical quantity measuring apparatus and physical quantity measuring method
US9116511B2 (en) Self temperature-compensated high precision event timer using standard time reference frequency and its method
JPH0132692B2 (en)
CN103095297B (en) Method for generating accurate frequency by direct digital frequency synthesizer
RU2591742C1 (en) Method of measuring frequency of harmonic signal and device therefor
CN110989326B (en) Local high-precision time frequency real-time comprehensive device
RU2617172C1 (en) Precision digital cymometer
RU109577U1 (en) HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME
RU163513U1 (en) TIME INTERVAL SHAPER
RU2703614C1 (en) Method of measuring phase fluctuations of a harmonic signal and a device for realizing said signal
RU2534929C2 (en) Method for discrete setting of phase shift between two monochromatic harmonic initially synchronous signals, and device for its implementation
RU2519810C1 (en) Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation
CN103809425B (en) The on-line calibration device of atomic frequency standard and calibration steps
CN108414841B (en) Pulse per second stability measuring device
RU17666U1 (en) FREQUENCY COMPARATOR
Zhmud et al. Modern ways of high-precision frequency measurements