原子钟时域频率稳定度评估方法

在对原子钟基本运行原理阐述的基础上,针对当前原子钟时域频率稳定度评估方法研究不全面、不具体的问题,作全面、系统的研究,包括阿伦方差、重叠阿伦方差、修正阿伦方差、时间方差、哈达玛方差、重叠哈达玛方差、总方差和理论方差等8种计算评估类型,给出了标准公式,描述了适用范围,总结了特点规律。重点利用上述8种方法对某实验室的原子钟进行实例计算和验证,根据得到的不同类型原子钟的稳定度评估结果,分析了每种方法的评估效果,归纳了不同评估方法的应用特点、规律及适用范围,得到了哈达玛方差可明显去除氢钟频率漂移的影响,修正阿伦方差能更好区分调相白噪声和调相闪烁噪声类型等具体结论。

激光陀螺仪频率稳定度高精度测量系统的研制

以碘稳定激光器为频率标准,根据拍频检测的原理,建立了一套高精度的激光陀螺仪频率稳定度测量系统。经过实验验证,该系统实现了可用光功率仅为0.1μw量级的微弱激光陀螺仪频率稳定度的测量,测量精度达到了10-11量级。该系统的研制成功为深入开展激光陀螺仪的稳频研究奠定了基础。

一种原子钟频率稳定度的估计方法

为了更合理地评估处于相同实验条件下原子钟的绝对频率稳定度,以理论视角分析了算法模型及求解过程,研究了噪声相关条件下绝对频率稳定度的估计方法。用3台原子钟仿真数据对该方法进行了评定,假设噪声独立条件下随着噪声相关性的增强测试结果不断偏离频率稳定度真值;考虑噪声相关条件下测试结果与频率稳定度真值相对误差不超过1.7%。该方法被进一步应用到中国计量科学研究院实验室4台铯原子钟,360天实际测量数据验证了其有效性。

正弦振动条件下原子钟的频率稳定度分析

振动对原子钟(原子频标)的影响可分为对原子谐振的影响、对伺服环路的影响和对晶体振荡器(晶振)的影响.在振动频率范围内,晶振的输出相位噪声只与晶振的加速度灵敏度、峰值加速度和振动频率有关,与静态相位噪声没有关系,但在振动频率范围之外,晶振的输出相位噪声就是其静态相位噪声.由原子钟的稳定性传递到输出晶振的频率稳定度公式,就可通过伺服环路把晶振的振动分析融入到原子钟的振动分析之中.利用相位噪声转换为阿仑方差的积分公式,根据留数定理推导出直接计算阿仑方差的解析表达式,得到增加伺服环路带宽可以有效抑制振动对原子钟频率稳定度影响的结论;分析了通过减振和选择加速度灵敏度较小的晶振这2种方法改善原子钟振动性能的问题.

一种新型高频率稳定度的SAW振荡器

作为声表面波(SAW)气体传感器的关键元件,SAW振荡器的频率稳定度直接影响到传感器的灵敏度和检测下限。因此,提高SAW振荡器的频率稳定度是传感器研究的关键。该文在ST石英基片上研制了一种具有低插入损耗(10 dB内)、单一模式控制的SAW双延迟线及振荡器,其频率稳定度达0.1×10-6量级,同时还分析了作为频控元件的延迟线品质因数及振荡电路温度对振荡器频率稳定度的影响。

关于小波分解原子时算法的频率稳定度

介绍了原子时的ALGOS算法、Kalman算法及小波分解算法的原理。分析了这 3种算法的特点 ,并比较了 3种算法计算的原子时的稳定度。实验结果表明 ,小波分解原子时在取样时间大于 15 0天的稳定度不比ALGOS算法和Kalman算法差的前提下 ,取样时间小于 15 0天的稳定度明显优于前两者。

晶体振荡器的频率稳定度和老化特性研究

晶体振荡器频率稳定度从其瞬态一直到接近于1s都是按照1/τ的规律变化,表现出典型的相位控制特征,但由于老化和低频噪声等影响,其频率稳定度在较长的取样时间内不会改进甚至变坏。原子钟输出信号是被锁定的晶体振荡器的信号,被动型原子钟采用锁频机制,其频率稳定度随着取样时间按照1/τ^(1/2)的规律变化。原子频标和晶体振荡器作为装置的频率稳定度实现的基础,形成了1/τ变化规律的频率稳定度的本底基础线。用精度更高的相位控制代替频率控制,可以使原子钟稳定度变化保持1/τ的规律。谐振器两端相移特性反映了晶体谐振参数的变化。晶体振荡器长期指标的改进,需要利用包括伴随着振荡器频率变化而发生的相关谐振参数与频率变化的相关性,发展数字化、等效晶体谐振参数检测、反馈控制以及老化补偿结合的方法。

用总方差进行频率稳定度的估计

总方差 (Totvar)是一种用于频率稳定度分析的一种较新的统计工具。从介绍总方差的发展过程及其定义入手 ,用模拟数据对传统的阿仑方差和总方差的估计值及其等效自由度 (EDF)进行比较 ,给出总方差在平均因子较大的情况下能够有效地提高方差估计值的置信度的结论。

伽利略EPTS中原子钟频率稳定度与噪声类型分析

本文对伽利略系统实验精确授时中心(EPTS)中四台原子钟的主要特性进行了分析。首先基于原子钟的信号模型和时域上的实验测量数据,用Allan方差对各原子钟的频率稳定度进行了计算与分析。其次运用最小二乘算法对短期和长期的时域稳定度数据进行线性拟合,根据拟合斜率鉴别了影响EPTS中各原子钟的主要噪声类型。实验结果表明,EPTS中具有高短期稳定度的氢原子钟和三台高长期稳定度的铯原子钟满足在GSTB-V1阶段产生实验伽利略系统时间(EGST)的设计要求。

原子钟频率稳定度分析方法及频率漂移影响分析

阐述了Allan方差与Hadamard系列方差的定义，分析了原子钟频率漂移对分析结果的影响，讨论明确了二者在频率稳定度分析中的适用性，并将重叠Hadamard方差应用于GPS卫星钟稳定度分析。将Allan方差、Hadamard方差及重叠Hadamard方差用于PRN2铷钟稳定度计算表明：Allan方差估值受频率漂移影响很大，而重叠Hadamard方差对于GPS铷钟稳定度分析具有更好的适用性。

频率稳定度与守时钟组配置关系研究

通过对中小型守时实验室对时间尺度稳定度的需求分析,以目前主流守时钟5071A为例,利用国际权度局公布的原子钟数据,研究不同钟组配置与时间尺度稳定度的关系,为中小时间实验室守时钟组的优化配置提供参考依据;权重确定是原子时算法的关键之一,通过对不同数量、不同取权规则的原子时计算结果进行统计分析与比较,提出中小时间实验室原子时尺度算法中的取权原则。

频率稳定度实时评估系统的设计与实现

为了实时计算原子钟的频率稳定度,设计了一种频率稳定度实时评估系统。利用现有理论基础(稳定度测量原理及其算法等)以及软件技术开发了一种实时计算并以图形显示原子钟稳定度的测量分析软件。该软件使用VC++的多媒体定时器实现数据的实时不间断采集及计算,同时采用双缓存绘图技术显示计算结果。测试结果表明该软件工作稳定,计算结果可靠、可信。

被动型氢钟流量变化对长期频率稳定度的影响分析

为提高系统的长期频率稳定度(它是被动型氢钟的一个重要指标),设计了一种实验,用以分析在不同微波腔谐振频率下,氢气流量变化对输出频率的影响。通过实验发现微波腔的控制电压存在一个调谐点,在调谐点附近,流量变化对输出频率的影响变小。但是对于单频系统,如何将微波腔锁定在调谐点附近以及如何减小流量的影响和提高系统的长期频率稳定度还需要进一步探索。

环形激光器频率稳定度的高精度测量

以633nm 碘吸收稳定激光器作为标准,通过将待测的环形激光器与之进行拍频,建立了一套检测灵敏度很高的高精度激光频率稳定度检测系统。该系统采用宽带雪崩光电二极管接收拍频信号中的差频信号,经过信号处理后利用高精度频率计实现拍频频率的测量,试验结果表明:该系统的检测频宽可达到800 MHz,频率稳定度的测量精度达到10^(-11)量级,最小可检测激光功率为0.1μW量级,为进行环形激光器高精度稳频回路的研究提供了重要的检测手段.

谐振式力传感器对其晶振频率稳定度的要求

为了寻找石英晶振频率稳定度对传感器影响的判据,根据石英谐振式力传感器的灵敏度阈值和量程与晶体的相关常数及结构参数间的关系,导出了反映谐振式力传感器研究水平的指标参数与晶体结构参数及晶振频率稳定度之间的关系式,为传感器的研究提供了依据。例如,欲制作量程阈值比达到105量级的传感器,所用晶振的频率稳定度必须优于108。

调制函数对被动型氢原子频标频率稳定度影响分析

提高被动型原子频标的频率稳定度是原子频标设计中最重要的目标,文中分别详细推导了正弦波相位(频率)调制、方波相位(频率脉冲)调制、三角波相位(方波频率)调制时对频率稳定度有影响的Bn(m)值的计算公式;在此基础上分别计算为获得最佳频率稳定度时三种调制函数对应的调制指数,并得到正弦波调制时频率稳定度最好的结果,这对原子频标伺服电路的设计提供了理论依据。

铷原子频率标准频率稳定度测量方法及不确定度评定

介绍了利用时差法测量铷原子频率标准的频率稳定度,通过对测得的数据研究和分析,给出了频率稳定度测量结果的不确定度。

晶体振荡器频率稳定度的矩阵分析

分析石英振荡器因电路元件或晶体管参量变化所引起的频率变化,就参量变化与频率漂移彼此之间的关系作了计算。推导有关电路参量变化所引起频率变化的一般方程,晶体管的y参量和振荡器电路元件都是已知的情况下,此方程也适用于任何其它振荡器的工作频率。

一种正弦波频率稳定度测量的数字实现方法

本文实现了利用数字方法计算正弦波的频率稳定度。与传统的借助于硬件测量频率稳定度的方法相比 ,此方法灵活简单 ,可达到较高的测量准确度 ,容易实现。

被动型氢钟频率稳定度与频率漂移特性分析

原子钟存在频率的漂移,这种漂移主要由内部器件造成,包括由量子结构造成的频率漂移、相检及运放造成的漂移等。分析被动型氢钟的频率漂移首先需要判断其主要噪声类型,其次选择合适的拟合方法计算漂移率,再用实验验证该拟合方法的可行性。