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专利号: 2015101435132
申请人: 江汉大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种同步鉴相方法,适用于原子频标,所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO,其特征在于,所述方法包括:对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形;

以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲,对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样,依次得到第一电平值至第4N电平值D1~D4N,N为整数且N≥2;

将D1~D4N分为N组;每一组包括4个连续的电平值,每一组包括的电平值不同;

分别比较每组中的电平值;

当每组均有3个低电平和1个高电平时,在同步参考信号的作用下,对所述方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相,根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO,其中,检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍;

当D1~D4N均相等时,以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO,并按照预置幅度,逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压,以实现对所述VCXO的扫频;

当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时,不输出纠偏电压信号,以保持所述VCXO的当前输出信号频率;

所述方法还包括:

获取全球定位系统GPS信号,其中所述GPS信号为秒脉冲信号;

以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率;

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差;

根据获得的误差,对所述VCXO的输出信号频率进行修正;

所述以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率,包括:在所述GPS信号的一个周期内,当所述GPS信号进入高电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数;当所述GPS信号进入低电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,停止对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数,得到所述VCXO输出信号中的脉冲个数N;

在所述开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之前,测量从所述GPS信号进入高电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t1;在开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之后,测量从所述GPS信号进入低电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t2;

根据所述GPS信号的宽度T、N、t1、以及t2,计算出所述VCXO的输出信号频率f,其中f=N/(T+t2-t1);

在以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲,对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样之前,所述方法还包括:测量所述原子频标的环路响应时间;

根据所述原子频标的环路响应时间,计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽;

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为 w为量子鉴频吸收带宽,△t为环路响应时间,3≤K≤5;

根据所述量子鉴频吸收带宽,确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率,其中ν>w,v为所述同步参考信号频率,所述检测信号频率为4v。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述测量所述原子频标的环路响应时间,包括:测量振荡环路的振荡周期;其中,所述振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成,所述快门Shutter设置在所述物理系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间;所述环形振荡器的输入端与所述原子频标的伺服环路的输出端电连接,所述环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接,所述环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个;

根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期,计算所述原子频标的环路响应时间;

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为 T1为所述振荡环路的振荡周期,T0为所述环形振荡器的振荡周期;T0=2Nt,N为所述环形振荡器中非门的个数,t为每个非门的延迟时间。

3.一种同步鉴相方法,适用于原子频标,所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO,其特征在于,所述方法包括:对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形;

以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲,对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样,依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4;

比较D1~D4;

当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时,在同步参考信号的作用下,对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相,根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO;其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍;

当D1=D3且D2=D4时,不输出纠偏电压信号,以保持所述VCXO的当前输出信号频率;

当D1=D2=D3=D4时,以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO,并按照预置幅度,逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压,以实现对所述VCXO的扫频;

所述方法还包括:

获取全球定位系统GPS信号,其中所述GPS信号为秒脉冲信号;

以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率;

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差;

根据获得的误差,对所述VCXO的输出信号频率进行修正;

所述以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率,包括:在所述GPS信号的一个周期内,当所述GPS信号进入高电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数;当所述GPS信号进入低电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,停止对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数,得到所述VCXO输出信号中的脉冲个数N;

在所述开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之前,测量从所述GPS信号进入高电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t1;在开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之后,测量从所述GPS信号进入低电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t2;

根据所述GPS信号的宽度T、N、t1、以及t2,计算出所述VCXO的输出信号频率f,其中f=N/(T+t2-t1);

在以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲,对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样之前,所述方法还包括:测量所述原子频标的环路响应时间;

根据所述原子频标的环路响应时间,计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽;

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为 w为量子鉴频吸收带宽,△t为环路响应时间,3≤K≤5;

根据所述量子鉴频吸收带宽,确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率,其中ν>w,v为所述同步参考信号频率,所述检测信号频率为4v。

4.一种原子频标,所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO,其特征在于,所述原子频标还包括:第一整形模块,用于对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形;

第一采样模块,用于以检测信号的连续4N个上升沿分别作为触发脉冲,对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样,依次得到第一电平值至第4N电平值D1~D4N,N为整数且N≥

2;

分组模块,用于将D1~D4N分为N组,每一组包括4个连续的电平值,每一组包括的电平值不同;

第一比较模块,用于分别比较每组中的电平值;

第一同步鉴相模块,用于当每组均有3个低电平和1个高电平时,在同步参考信号的作用下,对所述方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相,根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO,其中,检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍;当D1~D4N均相等时,以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO,并按照预置幅度,逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压,以实现对所述VCXO的扫频;当每一组中4个电平值两两相等时、或者当N组之间的电平值无规律时,不输出纠偏电压信号,以保持所述VCXO的当前输出信号频率;

所述原子频标还包括修正模块,

所述修正模块用于,

获取全球定位系统GPS信号,其中所述GPS信号为秒脉冲信号;

以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率;

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差;

根据获得的误差,对所述VCXO的输出信号频率进行修正;

所述以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率,包括:在所述GPS信号的一个周期内,当所述GPS信号进入高电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数;当所述GPS信号进入低电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,停止对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数,得到所述VCXO输出信号中的脉冲个数N;

在所述开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之前,测量从所述GPS信号进入高电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t1;在开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之后,测量从所述GPS信号进入低电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t2;

根据所述GPS信号的宽度T、N、t1、以及t2,计算出所述VCXO的输出信号频率f,其中f=N/(T+t2-t1);

所述原子频标还包括测量模块和确定模块,

所述测量模块用于,测量所述原子频标的环路响应时间;

所述确定模块用于,根据所述原子频标的环路响应时间,计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽;

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为 w为量子鉴频吸收带宽,△t为环路响应时间,3≤K≤5;

根据所述量子鉴频吸收带宽,确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率,其中ν>w,v为所述同步参考信号频率,所述检测信号频率为4v。

5.根据权利要求4所述的原子频标,其特征在于,所述测量模块包括:测量单元,用于测量振荡环路的振荡周期;其中,所述振荡环路由快门Shutter、环形振荡器和原子频标构成,所述快门Shutter设置在所述物理系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间;所述环形振荡器的输入端与所述原子频标的伺服环路的输出端电连接,所述环形振荡器的输出端与快门Shutter的控制端电连接,所述环形振荡器由奇数级个非门构成且非门至少为3个;

计算单元,用于根据测得的振荡环路的振荡周期、及环形振荡器的振荡周期,计算所述原子频标的环路响应时间;

其中原子频标的环路响应时间的计算公式为 T1为所述振荡环路的振荡周期,T0为所述环形振荡器的振荡周期;T0=2Nt,N为所述环形振荡器中非门的个数,t为每个非门的延迟时间。

6.一种原子频标,所述原子频标包括物理系统和压控晶体VCXO,其特征在于,所述原子频标还包括:第二整形模块,用于对所述物理系统输出的量子鉴频信号进行方波整形;

第二采样模块,用于以检测信号的连续4个上升沿分别作为触发脉冲,对方波整形后的量子鉴频信号进行电平采样,依次得到第一电平值D1、第二电平值D2、第三电平值D3和第四电平值D4;

第二比较模块,用于比较D1~D4;

第二同步鉴相模块,用于当D1、D2、D3和D4中有3个低电平和1个高电平时,在同步参考信号的作用下,对方波整形后的量子鉴频信号进行同步鉴相,根据同步鉴相结果输出纠偏电压信号至所述VCXO;其中检测信号频率等于同步参考信号频率的4倍;当D1=D3且D2=D4时,不输出纠偏电压信号,以保持所述VCXO的当前输出信号频率;当D1=D2=D3=D4时,以预置纠偏电压为初始纠偏电压作用于所述VCXO,并按照预置幅度,逐次增大作用于所述VCXO的纠偏电压,以实现对所述VCXO的扫频;

所述原子频标还包括修正模块,

所述修正模块用于,

获取全球定位系统GPS信号,其中所述GPS信号为秒脉冲信号;

以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率;

获得所述VCXO的输出信号频率与所述原子频标的设定输出频率的误差;

根据获得的误差,对所述VCXO的输出信号频率进行修正;

所述以所述GPS信号为参考,测量所述VCXO的输出信号频率,包括:在所述GPS信号的一个周期内,当所述GPS信号进入高电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数;当所述GPS信号进入低电平后且所述VCXO输出信号出现第一个上升沿时,停止对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数,得到所述VCXO输出信号中的脉冲个数N;

在所述开始对VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之前,测量从所述GPS信号进入高电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t1;在开始对所述VCXO输出信号中的脉冲个数进行计数之后,测量从所述GPS信号进入低电平开始到所述VCXO输出信号出现第一个上升沿经过的时间t2;

根据所述GPS信号的宽度T、N、t1、以及t2,计算出所述VCXO的输出信号频率f,其中f=N/(T+t2-t1);

所述原子频标还包括测量模块和确定模块,

所述测量模块用于,测量所述原子频标的环路响应时间;

所述确定模块用于,根据所述原子频标的环路响应时间,计算所述原子频标的量子鉴频吸收带宽;

其中量子鉴频吸收带宽的计算公式为 w为量子鉴频吸收带宽,△t为环路响应时间,3≤K≤5;

根据所述量子鉴频吸收带宽,确定所述同步参考信号频率和所述检测信号频率,其中ν>w,v为所述同步参考信号频率,所述检测信号频率为4v。