Analysis and Design of an Improved Servo System for Rubidium Atomic Frequency Standard

In this paper, we analyze and design a new type of servo system with noninteger voltage controlled crystal oscillator （VCXO） for rubidium atomic frequency standard （RAFS）, which does not require fractional frequency synthesizer. By the estab- lishment of the loop equations with noises and drifts, we prove that all the components of the loop can affect its performance in- dex, and in which, RAFS long-term frequency stability is mainly determined by frequency multiplier, quantum system, and servo amplifier; the short-term one is mostly decided by VCXO. Owing to the elimination of the frequency synthesizer and its additive mixing unit, we can reduce phase noise and stray of the servo sys- tem, and it is favorable for miniaturizing the RAFS system. In addition, we adopt some targeted optimization measures to im- prove the frequency stability index. The good short-term fre- quency stability index is also validated by the test results.

提高铷原子频标短期稳定度的研究

对影响铷原子频标短期稳定度的三个因素进行了分析,在此基础上提出了改善短期稳定度的方法和措施,并通过试验进行了验证,获得改进后的铷原子频标的短期稳定度指标,短期稳定度从7×10-12/1s提高到1.20×10-12/1s。

多直流馈入受端电网短期频率稳定性的实时协调控制方法

近年来,直流闭锁事故频发,严重威胁受端电网的安全运行。目前,我国虽然投运了多直流馈入受端电网频率紧急协调控制系统,但仍采用离线控制方法,难以适应电网运行方式的时变性,往往增加不必要的控制成本,且存在欠控并导致电网短期频率失稳的风险。针对该问题,该文提出一种应对大容量直流故障引发的短期频率稳定性风险的实时协调控制方法,基于在线更新的频率响应模型,将电网受扰后包括紧急需求响应、直流调制和储能在内的多种频率控制手段的协调规范为一个约束优化问题,并实时求解而得到确保电网频率高于稳定阈值且成本最优的协调控制方案。算例分析表明,与离线控制方法相比,该方法更能适应电网参数的实时变化和可再生能源出力波动的场景,在保证电网短期频率动态稳定性和降低控制成本方面更具优势。

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).

二灰砂砾高温快速养生试验研究

二灰砂砾是公路路面基层、底基层常用的无机结合料稳定材料,根据现行规范有关规定,路面结构设计的重要参数劈裂强度和抗压回弹模量需要进行长龄期养生,二灰砂砾养生时间为180 d。由于目前设计周期很短,规范要求的设计参数很难在设计周期内试验出来,直接影响了对设计方案的及时论证。目前,国内外对无机结合料稳定材料高温快速养生研究主要是建立温度和时间的换算公式,从而在实际施工中提高养生温度而在较短的时间内测定材料的强度。该方法是根据经验公式确定材料的强度,存在适用范围小等缺点,实用性有待进一步研究。通过试验研究找出高温养生条件下二灰砂砾的强度增长规律(适宜的曲线形式),基于这种规律确定二灰砂砾标养长龄期(180 d)强度对应的快速养生短龄期大约需要7 d,该方法是对养生条件改变后实测强度,而不是根据经验公式由短龄期强度推算长龄期的结果,所以试验结果的真实性与正常养生相比没有任何区别。在此基础上,通过电镜扫描对二灰砂砾高温养生快速养生短龄期7 d与标准养生180 d龄期时的微结构进行对比分析,发现两种养生条件下试样微结构基本一致,进一步验证高温养生缩短二灰砂砾养生龄期是可行的。

三频载波多普勒组合的北斗星载钟短稳评估方法

针对北斗系统目前尚无公开的精密钟差产品,一般用户无法获取精确的卫星钟短期稳定度参数的问题,提出一种适用于北斗系统的较容易实现的星载钟短稳评估方法。该方法基于单站接收机的观测数据,构建三频无电离层载波多普勒组合量,估算星载钟的相对频偏,并以此评估其稳定度特性。利用北斗观测数据对该方法进行有效性验证,并与通常的精密定轨与时间同步算法(ODTS法)以及平滑广播星历方法(SBE法)进行对比,最后,给出利用该方法对目前在轨的所有14颗北斗卫星(截止至2012-12)星载钟短稳的评估结果:6×10-12(τ=1 s),1×10-12(τ=10 s),4×10-13(τ=100 s)和2×10-13(τ=1 000 s)。该方法与这2种算法的结果一致,10 000 s平滑间隔内相对误差小于10%,三频组合相比单频评估精度大幅度提高,以较简单的方法实现了与复杂算法相当的精度。

提高短期频率稳定性的紧急需求响应分散协调控制方法

短期频率稳定问题是多(特)高压直流馈入受端电网面临的重大安全隐患,紧急需求响应(emergency demand response,EDR)为解决该问题提供了一种思路。针对此前集中式EDR控制依赖高速专网、实现成本高而分散式EDR控制精度低的问题,提出一种多EDR资源的分散协调控制方法,将分散决策与集中决策通过慢速通信互联起来,利用全网惯性中心频率变化率的一致性,解决了无高速专用信道条件下多EDR控制的协同优化问题。在典型受端电网仿真模型上应用该方法,验证了其在馈入直流双极闭锁等场景下提高系统短期频率稳定性的良好控制性能。

铷频标温度系数影响因素分析与改进方法研究

高性能的被动型铷原子频率标准(以下简称铷频标)主要用于恶劣工作环境等特殊领域,铷频标的准确度和稳定度是卫星定位的两项关键技术,铷频标的稳定度包括短期稳定度和中长期稳定度,而中长期稳定度主要由温度系数决定。本文从改善铷频标温度系数的目的出发,全面梳理和分析了影响铷频标温度系数的主要因素,提出零温度系数等高线图优化法和零光频移灯激励电压优化法,并通过改进物理部分结构热设计等措施,优化了铷频标物理部分的温度系数。经试验验证,结果表明整机温度系数约为-2E-14/℃,铷频标的10^5s稳定度5. 52E-15,改善物理部分温度系数的方法和措施是有效的。

相参高频雷达发射信号的相位噪声测量

叙述了短期频率稳定度、相位噪声的基本概念和重要性、在时域和频域中的表达方法以及各种相位噪声的测量方法,并且分别比较了各种方法间的优缺点。指出了在高频雷达发射信号相位噪声的测量,特别是近载频低相位噪声的测量。指出在高频雷达发射信号相位噪声测量中应注意的问题,并对影响高频雷达发射信号相位噪声测量的因素进行了分析。

滤光对被动式铷钟稳定性影响的研究

为了抑制被动式铷钟除抽运光外杂散光的干扰,降低光谱灯的光噪声对信噪比的影响,设计制作了带宽30 nm的带通滤光片。测试结果显示,铷钟的短期频率稳定度有了明显的提高。分析了千秒以上稳定度变差的原因并给出了进一步改进的措施。

铯原子钟优化算法中微波幅度控制方法的研究

在铯原子钟内部,由于铯束管内存在Rabi牵引、Ramsey牵引、微波腔体牵引等因素,导致铯频标频率对微波幅度敏感。在研究微波幅度对频率影响的机理和微波幅度与跃迁几率关系的基础上,提出了一种降低频率对微波幅度变化敏感度的控制方法,试验结果表明,此方法能有效降低微波幅度的波动对频率准确度和长期稳定度的影响。

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。

相位噪声分析及对电路系统的影响

详细分析频率稳定度的频域和时域描述 ,并阐明物理意义 。

测控系统中振荡器短稳对测速精度的影响

本文采用时域分析方法得到了测速误差与测控系统中各振荡器短稳的关系式,分析与工程实践的结果说明,测速误差不仅与频标源的短稳有关,而且与系统中各相干本振的附加相位噪声有关,在工程研制中,必须合理地分配各振荡器的短稳指标并减小其短稳损失,才能获得高的测速精度。

基于单片机的锁相程控频率合成技术应用于铷频标的研究

介绍了频率合成技术的基本原理及发展趋势 ,阐述了由单片机、定时计数器和集成锁相环组成的数字程控锁相电路 ,提出了基于单片机的锁相程控频率合成技术应用于铷频标的方案。通过对铷频标量子系统激励信号频率带宽的在线调节 。

一种汽泡型铷原子频标伺服电路中的相位稳定性问题

着重讨论了汽泡型铷原子频标伺服电路中T型选频电路和RC移相电路的相位稳定性,分析了它们的附加相移波动影响整机频率稳定度的机理。为改进原子频标的性能,提出了一种用现场可编程门阵列(FPGA)实现对同步检测参考信号进行数字移相的技术。该基于FPGA的伺服电路的温度附加不稳定度为1×10-12/℃。

中国盐度标准海水稳定性研究

为确保中国盐度标准海水产品质量,保证量值传递的准确性,定期监控其稳定性是十分必要的。文中研究了中国盐度标准海水稳定性所需考察的因素。对于短期稳定性主要考察高温、低温、低压、冲击、碰撞和振动等6个因素对其特性量值的影响,对于长期稳定性考察其特性量值在3 a内是否随时间发生显著变化。结果表明,中国盐度标准海水的特性量值在非正常存贮环境条件下不发生显著变化,并在其标称的3年有效期内是稳定的。

深空测距信号短稳对测距精度的影响

文章用时域法简要分析了测距信号短稳对测距精度的影响,给出了数学表达式,并用频域法分析了采样平滑滤波对测距精度的影响。分析结果说明,短稳对测距精度的影响随测距距离的加长而加大。

一种低功耗低相位噪声的压控振荡器设计

就压控振荡器设计中如何实现低功耗和低相位噪声的问题,提出了一种改进型自开关偏置设计方法,在减小尾部偏置晶体管闪烁噪声的同时,抑制了负阻管1/f噪声的变频转化,有效地改善了带内相位噪声;同时采用线性区偏置和电流复用,实现低电源电压供电和低功耗,电路采用0.18μm标准CMOS工艺实现。通过对线性度、噪声和功耗的仿真测试,结果显示了设计的正确性。

微机控制短期频稳度自动测量系统

我们利用实验室的现有设备，研制成功了利用荔枝－Ⅱ微机作为数据采集和处理系统的短期频稳度自动测量系统。本文介绍该系统与该系统的测量原理以及硬件电路和软件的设计，并给出采用该系统对XG－13型超高频信号发生器所进行的测量结果。本方法可推广到其它型式的微机上。