主动型氢原子钟数字电路控制系统研究

主动型氢钟在频率稳定度和漂移率等方面优于目前在轨的星载被动型氢钟,但是存在体积重量较大的缺点。为进一步降低电路部分重量,本文提出一种基于数字电路的系统控制方法。该方法通过分析影响主动型氢原子钟频率稳定度的因素,使用数字检波、数字下变频、数字锁相环等数字化方式进行腔自动调谐和晶振锁相,提高了电路系统集成度和灵活度,降低了电路体积和重量。实验结果显示,设计的数字电路控制系统实现了恒温晶振频率的锁定和谐振腔谐振频率的锁定,其秒频率稳定度为2.6×10^(-13),较模拟电路控制系统提升了30%,万秒频率稳定度指标接近,具有一定的工程实用价值。该方案可用于下一代北斗导航卫星星载氢钟设计,也可用于深空探测和脉冲星计时等应用场景。

氢原子钟的设计改进与性能

氢原子钟是至今为止除极短时间测量间隔之外最稳定的频率标准 ,由于环境温度的变化及谐振腔老化而引起谐振腔频率的变化 ,导致氢原子钟长期性能降低。为了减小这些影响需借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,改善氢原子钟的长期性能 ,日稳定度可达到 1.0× 10 - 1 4 。这篇文章描述了上海天文台研制的氢原子钟的技术改造与性能。

上海天文台近年来氢脉泽的技术改进与性能评价

氢脉泽具有优秀的中长期频率稳定度 ,由于环境温度的变化及谐振腔老化会引起谐振腔频率的变化 ,导致氢脉泽长期性能降低。通过采用自动调谐器可确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,从而改善了氢脉泽的长期性能 ,日稳定度可达到 1.0～ 10 - 14 。

腔体自动调谐氢脉泽的研究

氢脉泽是迄今为止除极短时间测量间隔之外最稳定的频率标准 ,但对于 1 0 4秒或更长的测量时间间隔 ,它的性能由于高Q值谐振腔而引起频率漂移而变坏。由于环境温度的变化及谐振腔老化而引起谐振腔频率的变化 ,导致氢脉泽长期频率稳定度的降低。为了减小这种影响需借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,以改善氢脉泽的长期频率稳定度 ,其日稳定度可达 1 0×1 0 - 1 4 。

SOHM-4型氢原子钟的设计改进与初步性能

氢原子钟是一种最稳定的 (除极短测量时间间隔之外 )频率标准 ,但是环境温度变化及微波谐振腔老化会引起原子钟输出频率的变化 ,从而导致氢原子钟长期性能变差。为了减小这些影响 ,可借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,并采用新的温度控制系统来改善氢原子钟的长期性能。针对这些年来许多氢钟出现的有关问题 ,上海天文台在借鉴国外氢钟实验室经验的基础之上 ,对原有氢钟进行了技术改造 ,并为国家授时中心研制了SOHM - 4型氢原子钟。对该型氢原子钟技术改造特点作了介绍 。

氢脉泽调制技术和研究

对于氢原子钟,由于微波谐振腔的腔牵引效应以及外部环境温度的变化,影响谐振腔的振荡频率,导致氢原子钟长期频率稳定度降低。为了修正这种情况,使用腔自动调谐方式实现谐振腔的频率稳定在工作频率上。目前国内外主要采用的腔自动调谐技术包括3种:外部探测信号调谐方式、微波腔频率开关调谐方式和Qa调制方式。对外部探测信号调谐方式和微波腔频率开关调谐方式进行分析,并在上海天文台SOHM-4型外部探测信号调谐方式的基础上进一步探索微波腔频率开关调谐方式。基于数字信号处理器进行电路设计与程序开发,最终在SOHM-4型氢原子钟上实现腔自动调谐。

DSP并行引导方法在氢钟自动调谐系统中的应用

介绍了TMS320VC5402外挂程序存储器的在线编程技术,给出创建系统引导表的具体步骤并在此基础上重点讨论了16位并行引导装载方法,并在以DSP为核心的氢钟自动调谐系统中得以仿真实现。