一种智能整定氢原子频标PID控制系统参数的方法

氢原子频标的稳定运行是其发挥重要作用的前提,而比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制系统的作用是调整氢原子频标晶振部分的输出频率尽可能接近其标称值,是保障氢原子频标稳定运行的重要组成部分。尽管PID控制系统的参数不会随时间的推移而更改,但是目前仍主要采用手动方式来调整其值或根据累积知识与大量的试验数据做出决策。因此,采用了以反向传播(Back Propagation,BP)神经网络为基础的一种新型智能化技术。这种算法的核心是基于PID控制系统输出与期望输出之间的偏差进行的反馈调节,即在反向传播过程中,利用反馈函数以便更好地适应实际应用中的情况,并将它们用作学习的对象,使得在没有外部干扰下达到最佳性能表现并且能够有效地减少偏离预期的可能性和影响范围,通过信号正向传播和误差反向传递实现PID控制系统中参数的最优化,最终仿真结果为氢原子频标的天频率稳定度为1.51E-15,经过试验对比,该方法获得了最优的仿真结果,从而提高了氢原子频标运行的稳定度。

相干布居数囚禁原子频标的实现及相关实验参数研究

原子频标要求高信噪比和窄线宽的鉴频信号,但对于被动型相干囚禁态原子频标(CPT频标),改善鉴频信号信噪比以增加线宽为代价,因此选择合适的信噪比和线宽组合是研制CPT原子频标频标的重要环节。文章介绍了用桌面CPT频标系统地研究了鉴频信号与温度、光强等参数的关系所获得的研究结果,由此获得了合适选取的信噪比与线宽组合的依据。文章还给出了关于光源非理想偏振导致的消相干效应对CPT频标的影响所开展的实验结果。文章所提供的研究结果不仅帮助我们研制成功了CPT频标,而且对于CPT物理现象研究和其他CPT频标的研制也有参考价值。

一种小型化铷原子频标腔泡系统及其频移特性

介绍一种新的小型铷频标腔泡系统的结构特点和频移特性。研究了腔牵引效应、微波功率频移、光频移和缓冲气体温度系数对铷频标输出频率的影响。结果表明,上述因素影响都在可以接受的范围内。此腔泡系统体积小、信噪比高、参数优化方便。利用此腔泡系统可以制成小型化、高性能的铷原子频标。

铷原子频标数字伺服系统

分析了铷频标内锁频环路相敏检波基本原理和数字伺服的基本方法.采用单片机(MCU)、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)设计了一种数字伺服系统.利用该数字伺服系统,实现了铷原子频标的闭环锁定,短期稳定度指标达到一般商品铷钟水平.

铷原子频标物理系统小型化设计

介绍了一种用于铷原子频标的小型化物理系统。该物理系统采用了开槽管式微波腔和分离滤光设计方案，体积为30cm^3。对该物理系统进行了初步测试，短期频率稳定度为3．8×10^-12／r^1/2，表明该物理系统同时具备了小型化和高信噪比特点，可以应用于高性能小型化铷原子频标。

基于原子频标的守时与远程时间比对虚拟实验设计与应用

守时系统由时频标准、时频信号产生、时差测量、稳定度检测和远程时间频率比对等分系统组成。实验数据均来自国家级守时中心的实测数据,数据处理算法采用国际计量局推荐的自由原子时算法ALGOS。远程时间比对系统采用卫星共视法对本地虚拟原子钟、远程国家级守时中心原子钟时间测量结果进行比对,以确定本地虚拟原子钟的时间计量准确度。整个虚拟实验在Unity实时3D平台上采用微软C#语言开发而成。经过在“检测技术”课程中实际应用,效果良好,达到了让学生理解SI基本单位的量子计量原理,锻炼学生实验动手操作能力,提高复杂测量数据的处理和分析能力的目的。

星载铷原子频标的可靠性强化试验

针对影响星载铷原子频标可靠性的环境因素进行了分析,确定了影响星载铷原子频标可靠性的主要环境敏感应力,根据可靠性强化试验理论和星载铷原子频标的技术特点,设计了可靠性强化试验方案。依据此方案对新研制的某型星载铷原子频标工程样机实施了可靠性强化试验。试验结果表明,该方案对确定该型号铷原子频标样机工作极限、激发其潜在缺陷,均有较好的效果,从而为实现星载铷原子频标的可靠性增长提供了新的思路。同时本研究对同类高可靠航天产品的可靠性增长可提供借鉴。

一种新型铷原子频标腔泡系统的光频移研究

在自行研制的一种小型化微波腔的基础上,新近研制出采用分离滤光技术的气泡型铷频标腔泡系统。研究该种腔泡系统的光频移特性,确定了该腔泡系统的零光频移和零温度系数点。系统的光频移系数为7.2×10^(-12)/10％。零光频移温度为68℃,比传统的腔泡系统低5～10℃。它不依赖于吸收泡参数,可以通过改变滤光泡参数进行调整,从而简化了参数优化过程。

铷原子频标物理部分改进

本文对星载铷原子频标物理部分进行技术改进。改善磁控管微波腔的结构,使信噪比得到了提高;优化了物理部分光路系统,使光电探测信号强度提高了25%。此外,通过Ansoft HFSS仿真软件建立了微波腔的模型,对腔内场型分布和谐振频率进行了仿真,数字仿真和性能测试显示这种微波腔的谐振模式为TE011模式,且拥有较大的质量因子。最后,对改进后的铷原子频标系统进行了初步测试,发现短期稳定度达到了6.0×10^(-13)τ^(-1/2)(τ为取样时间)。研究结果表明,改进后的物理部分满足铷原子频标的研制需求,适合应用于高性能的星载铷原子频标。

铷原子频标中微波腔HE_(111)模的谐振特性

采用模匹配法对铷原子频标中圆柱谐振腔HE_(111)模的谐振特性进行了理论分析。通过计算几种填充复杂结构介质的圆柱谐振腔的TE_(011)模的谐振频率,并与仿真结果相对照,验证了该方法的正确性。在此基础上,对腔泡位置、长度对HE_(111)模的谐振频率的影响进行了分析。其结论对于原子频标中谐振腔的设计及介质加载谐振腔理论的完善具有一定的理论指导价值。

相干布居囚禁现象用于原子频标

在Λ型三能级原子系统模型的基础上,采用半经典的密度矩阵方法分析了87Rb气体的相干布居囚禁现象。数值模拟结果显示,当两束相干激光频率差等于87Rb原子的两个基态超精细结构子能级频率差时,87Rb气体具有相干暗线和相干微波辐射的特性。它们可以作为相干布居囚禁原子频标的鉴频物理基础。最后简要分析了两种相干布居囚禁原子频标的各自特点和实验装置结构。

基于异频相位处理的新型氢原子频标锁相系统

在等效鉴相频率的基础上,提出了一种新型氢原子频标锁相系统的设计方案.利用频率信号间相位差变化的规律性,无需频率归一化便可完成相互间的线性相位比对即异频鉴相.将异频鉴相应用于主动型氢原子频标的锁相环路中,通过参考信号和被锁信号间等效鉴相频率的合理选择,可以做到异频率信号间的直接鉴相并能获得很高的锁相精度.实验结果表明了该设计方案的科学性和先进性,其锁相精度可达10-12/s量级,与传统氢原子频标锁相系统相比具有电路简单,锁相精度高,附加噪声小,可以异频直接锁相等特点,因而在导航定位、空间技术、通讯、计量、精密时频测控等领域获得广泛应用.

哈达玛方差在铷原子频标长稳测量中的应用

在国内阿仑方差(Allan Variance)通常用来表征原子频标的频率稳定度。在国外,通常运用哈达玛方差(Adamard Variance)测量铷原子频标长期频率稳定度。简要介绍了哈达玛方差在铷原子频标日频率稳定度测试中的具体应用,并对测量结果进行了分析。

铷原子频标低噪声9次倍频链设计

铷原子频标短期频率稳定度由物理系统和电路系统共同决定.微波链的相位噪声是电路系统影响铷频标短期频率稳定度的主要因素.本文分析了传统铷频标微波链的结构和工作原理,指出9次倍频器和调制器是微波链相噪的主要来源.为抑制微波链噪声,采用肖特基二极管倍频和提高载波频率的调制方案,设计出一种低噪声9次倍频链.实验结果表明,该倍频链输出90MHz信号的相噪比传统方案降低了12dB以上,可将微波链噪声对铷频标1s频率稳定度的贡献控制在1.9E-13.将该倍频链应用于铷频标,测得铷频标短稳为3.53E-13(1s)、1.27E-13(10s)和3.97E-14(100s).

一种小型化铷原子频标TE_(111)微波腔研究

在理论分析的基础上,选择加载铷泡的TE111模式微波腔。设计一种小型化铷原子频标微波腔。容积24.5mL,重量120g。并初步实现一种腔内倍频的方案。通过与铷频标整机进行联调,能够实现闭环锁定并给出了整机的短期稳定度测试指标。为小型化铷原子频标研制创造了条件。

改进铷原子频标中微波功率频移的试验研究

微波功率频移是影响铷原子频标中长期稳定度的重要因素之一。本文对形成铷原子频标中微波功率频移的机理进行分析研究,对铷原子频标的C场场强、光强和微波场强的均匀性进行优化改进,以减小铷原子频标的微波功率频移敏感性。通过试验测试,进一步验证了形成铷原子频标微波功率频移的机理;总结了铷原子频标微波功率频移的主要特点;并得出在铷原子频标信噪比最大处,铷原子频标的微波功率频移系数优于3.5×10-12 dB-1。

一种高信噪比铷原子频标物理系统

物理系统是铷原子频标的核心部件，通过分析物理系统原子鉴频信号信噪比对频标频率稳定度的影响机理，对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用了优化的开槽管微波腔，用Xe气作为起辉气体的铷光谱灯，采用分离滤光的三泡设计方案。对改进后的系统进行了初步测试，秒稳定度约为8×10^-13。此结果表明铷原子频标的稳定度可以突破1×10^-12／万，铷原子频标的长期稳定度还有进一步提高的潜力。

一种铷原子频标射频倍频单元的实现

讨论了射频倍频单元对汽泡型铷原子频标频率稳定度的影响,介绍了一种我们新研制的用于小型汽泡型铷原子频标的数字锁相倍频电路。将该数字锁相倍频电路接入铷原子频标系统后,闭环测得该频标系统的稳定度为σy(τ=1s)≤3×10-11,达到商用小型铷原子频标性能指标,而该倍频电路板的面积仅为原倍频电路板面积的1/2,功耗仅为原倍频电路的1/3。

铷原子频标中微波功率频移的实验研究

测量了铷原子频标中的微波功率频移,结果表明,微波功率频移主要来源于微波跃迁的二级微扰。

不同原子频标的物理工作原理对比

本文主要介绍了氢钟、铷钟、铯钟等几种主要原子频标的物理工作原理、性能、工作与应用领域与研究进展;并将介绍了基于CPT(coherentpopulationtrapping)现象研制的芯片级原子钟;最后简述了原子钟的主要应用需求与发展趋势。