提高铷原子频标频率准确度的方法技术

本发明专利技术公开一种提高铷原子频标频率准确度的方法包括：（１）交替输出第一设定频率值和第二设定频率值作为综合调制信号，时序信号控制射频倍频单元工作；（２）压控晶体振荡器的输出频率和综合调制信号倍、混频得微波探询信号；（３）获得物理系统的线宽值，判断线宽值是否达到设定值，达到，则对量子鉴频信号鉴相得电压控制信号发送给压控晶体振荡器，否则进入步骤（４）；（４）重复依次输出第一设定频率值与线宽值的差值、第二设定频率值、第一设定频率值与线宽值的和以及第二设定频率值作为综合调制信号，时序信号控制射频倍频单元工作，返回步骤（２）。本发明专利技术能压缩物理系统的线宽，使相干微波探询信号对准实际的铷原子跃迁普线的标准频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及被动型铷原子频标领域，尤其涉及一种提高铷原子频标频率准确度的 方法。
技术介绍
原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源，已广泛应用于卫星的定位、 导航和通信、仪器仪表以及天文等领域。而铷原子频标因其具有体积小、重量轻、功耗低、成 本低等优势而成为目前应用最为广泛的原子频标。铷原子频标主要包括压控晶体振荡器、物理系统和电子线路。物理系统具体包括 产生抽运光的光谱灯、存储铷原子的集成滤光共振泡、存储微波场的微波腔、产生平行于所 述微波腔轴线的静磁场的C场线圈(即均勻磁场线圈)、检测光信号的光电池、将微波耦合 进所述微波腔的耦合环以及防止静磁场穿透的磁屏。电子线路具体包括射频倍频模块和综 合伺服模块。综合伺服模块包括用于产生频率合成指令、键控调频信号、同步鉴相参考信号 的微处理器、用于根据微处理器产生的频率合成指令产生综合调制信号的数字频率合成器 以及用于进行同步鉴相的同步鉴相模块。射频倍、混频模块包括用于将压控晶体振荡器的 输出频率进行倍频的射频倍频单元和用于将经过所述射频倍频单元倍频后的压控晶体振 荡器的输出频率和数字频率合成器产生的综合调制信号进行倍频和混频的微波倍、混频单兀。工作时，射频倍频单元将压控晶体振荡器的输出频率倍频到铷原子跃迁频率附 近，微波倍、混频单元将数字频率合成器产生的综合调制信号和倍频后的压控晶体振荡器 的输出频率进行倍频和混频后产生微波探询信号，微波探询信号经耦合环耦合进所述微波 腔中去探询铷原子的跃迁。同时，存储在集成滤光共振泡中的铷原子被光谱灯照射后，铷原 子基态的两个超精细能级之间发生粒子反转。当微波探询信号的频率与两个超精细能级的 频率差相同时，铷原子则从上能级跃迁至下能级即发生原子跃迁。原子跃迁发生时，光电池 将探测到光强信号的变化，而产生光检信号即量子鉴频信号。同步鉴相模块将量子鉴频信 号和微处理器产生的同步鉴相参考信号进行同步鉴相得到电压控制信号去锁定压控晶体 振荡器，使压控晶体振荡器的输出频率与铷原子跃迁普线频率相同，从而得到标准频率输 出ο然而，由于C场线圈实际产生的磁场并不均勻，因而铷原子跃迁谱线不可能是绝 对对称的。这样，经过射频倍频单元的压控晶体振荡器的输出频率和由数字频率合成器调 制生成的综合调制信号经过微波倍、混频单元的倍频和混频后产生的微波探询信号的频率 不能对准铷原子跃迁普线的标准频率，从而光电池产生的量子鉴频信号通过同步鉴相处理 后得到的电压控制信号不准确，进而由电压控制信号锁定的压控晶体振荡器的输出频率不 是标准频率输出。因此，有必要提供一种来克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，能压缩铷原子频标 中物理系统的自然线宽，从而使相干微波探询信号对准实际的铷原子跃迁普线的标准频 率，进而提高铷原子频标输出频率的准确度。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种，包括 如下步骤(1)数字频率合成器根据微处理器发送的键控调频信号交替输出第一设定频率 值和第二设定频率值作为综合调制信号，同时，所述微处理器发送与所述键控调频信号同 频同相的工作时序信号控制射频倍频单元的工作状态；(2)所述射频倍频单元和微波倍、 混频单元将压控晶体振荡器的输出频率信号和所述综合调制信号进行倍频和混频得到脉 冲式相干微波探询信号；(3)所述微处理器根据物理系统对所述相干微波探询信号进行鉴 频得到的量子鉴频信号获得所述物理系统的线宽值，并判断所述线宽值是否达到线宽设定 值，若达到，则发送同步鉴相参考信号对所述量子鉴频信号鉴相，并得到电压控制信号，以 调整所述压控晶体振荡器的输出频率，否则进入步骤(4) ； (4)所述数字频率合成器根据所 述微处理器发送的键控调频信号重复依次输出所述第一设定频率值与所述物理系统的线 宽值的差值、所述第二设定频率值、所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的和以 及所述第二设定频率值作为所述综合调制信号，同时，所述微处理器发送与所述键控调频 信号同频同相的工作时序信号控制所述射频倍频单元的工作状态，再返回步骤(2)。具体地，所述步骤(1)之前，还包括步骤所述微处理器将第一设定频率值和第二 设定频率值通过控制字命令分别写入所述数字频率合成器中。具体地，所述步骤(4)之前，还包括步骤所述微处理器将所述第一设定频率值与 所述物理系统的线宽值的差值、所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的和以及所 述第二设定频率值写入所述数字频率合成器中。具体地，所述步骤(2)具体为所述射频倍频单元将所述压控晶体振荡器的输出 频率信号进行倍频；所述微波倍、混频单元将经过所述射频倍频单元倍频后的所述压控晶 体振荡器的输出频率信号再次倍频后与所述综合调制信号进行混频得到脉冲式相干微波 探询信号。具体地，所述键控调频信号和所述工作时序信号均为占空比为1 1的方波信号。具体地，所述第一设定频率值由所述由所述微处理器发送给所述数字频率合成器 的分频数值、所述数字频率合成器的外部参考时钟信号频率和所述数字频率合成器的频率 控制寄存器的位数决定，所述第二设定频率值为0。与现有技术相比，本专利技术通过微处理器产生的键控调频信号控制数字频率合成器 交替输出两个设定频率值作为综合调制信号，并通过微处理器产生的与键控调频信号同频 同相的工作时序信号控制射频倍频单元的工作状态即禁止射频倍频单元工作或使射频倍 频单元工作，从而产生脉冲式相干微波探询信号，这相当于产生了脉冲式的微波辐射场，当 所述脉冲式相干微波探询信号作用于物理系统时，物理系统中的铷原子与所述脉冲式的微 波辐射场发生相干作用，因而有效延长了铷原子频标的驰豫时间，进而压缩了铷原子频标 中物理系统的自然线宽，使相干微波探询信号对准了实际的铷原子跃迁普线的标准频率， 而提高了铷原子频标输出频率的准确度。通过以下的描述并结合附图，本专利技术将变得更加清晰，这些附图用于解释本专利技术的实施例。 附图说明图1为采用本专利技术的铷原子频标的结构示意 图。图2为本专利技术的主流程图。图3为本专利技术的步骤S2中键控调频信号、综合 调制信号以及控制射频倍频单元工作状态的工作时序信号的波形图。图4为本专利技术的步骤S8中键控调频信号、综合 调制信号以及控制射频倍频单元工作状态的工作时序信号的波形图。图5为采用本专利技术后，得到的量子鉴频信号的 强度与相干微波探询信号的关系示意图。具体实施例方式现在参考附图描述本专利技术的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如图1所示，采用本实施例的铷原子频标包 括微控制器10、数字频率合成器11、压控晶体振荡器12、隔离放大器13、射频倍频单元 14、微波倍、混频单元15、物理系统16以及同步鉴相模块17。所述物理系统16包括产生抽 运光的光谱灯161、存储铷原子的集成滤光共振泡162、存储微波场的微波腔163、产生平行 于所述微波腔轴线的静磁场的C场线圈164、检测光信号即量子鉴频信号的光电池165、将 微波探询信号耦合进所述微波腔的耦合环166、防止静磁场穿透的磁屏167、使所述光谱灯 161和所述微波腔163保持恒温状态的所述温度控制模块168以及为所述C场线圈164提 供电流的恒流源169。如图2所示，本实施例包括如下步骤步骤Sl，所述微处理器10将第一设定频率值Fl和第二设定频率值FO通过控制字 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铷原子频标频率准确度的方法，包括：（１）数字频率合成器根据微处理器发送的键控调频信号交替输出第一设定频率值和第二设定频率值作为综合调制信号，同时，所述微处理器发送与所述键控调频信号同频同相的工作时序信号控制射频倍频单元的工作状态；（２）所述射频倍频单元和微波倍、混频单元将压控晶体振荡器的输出频率信号和所述综合调制信号进行倍频和混频得到脉冲式相干微波探询信号；（３）所述微处理器根据物理系统对所述相干微波探询信号进行鉴频得到的量子鉴频信号获得所述物理系统的线宽值，并判断所述线宽值是否达到线宽设定值，若达到，则发送同步鉴相参考信号对所述量子鉴频信号鉴相，并得到电压控制信号，以调整所述压控晶体振荡器的输出频率，否则进入步骤（４）；（４）所述数字频率合成器根据所述微处理器发送的键控调频信号重复依次输出所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的差值、所述第二设定频率值、所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的和以及所述第二设定频率值作为所述综合调制信号，同时，所述微处理器发送与所述键控调频信号同频同相的工作时序信号控制所述射频倍频单元的工作状态，再返回步骤（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷海东，管桦，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]