应用于被动氢钟的简单滤波器实现

在被动型氢原子钟数字伺服电路中,使用FPGA对误差信号进行数字信号处理。设计了一种简单的低通滤波器,与传统的FIR滤波器相比,节省了FPGA的使用资源,并且性能优于传统滤波器,能够很好地应用于被动型氢钟。     

氢原子钟的数字温控设计

为了实现氢原子钟的数字温度控制,基于温度检测和控制的基本原理设计一套有两级控温(包括氢钟内炉和外炉)的恒温控制系统,温度控制系统主要由电桥电路、模数转换电路、温度计算和比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative, PID)控制系统,脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)输出电路、加热丝组成。在环境温度21℃到25℃时,实现了数字温控系统0.002℃的温度稳定度,证明了数字电路对氢钟控温的可行性。     

被动型氢钟波谱信号观测装置的设计

简单介绍了被动型氢钟的量子系统,阐述了波谱信号观测装置的设计。该装置采用标准10MHz晶振产生被动型氢钟的微波激射信号(1.420406GHz),然后将该信号输入氢钟的脉泽振荡器中。脉泽振荡器输出的信号经过低噪声放大、两次混频及滤波后所得的谱线包含了量子系统的信息,通过分析最终的谱线即可得知量子系统的优劣。该装置已用于对两台被动型氢钟的测试,并根据测试结果对量子系统进行了改进。     

数字边带分离校准研究

边带分离(Sideband-separating, 2SB)接收可实现上边带(Upper Sideband, USB)和下边带(Lower Sideband, LSB)信号同时观测,观测效率高且上、下两边带不会出现混叠.因此在射电天文观测应用中越来越受到重视.由于全模拟边带分离接收机存在难以克服的幅度和相位误差,导致了边带抑制率较低,影响了系统的性能.数字边带分离接收机可通过数字信号处理方法,有效改善系统边带抑制率.在3–18 GHz频段构建数字边带分离接收机原理实验,并基于边带分离理论和数字校准方法,实现实验系统的边带不平衡度校准,大大改善了系统的边带抑制率.     

基于DSP与FPGA的被动型氢钟数字伺服系统的研究

基于DSP和FPGA的特点,设计了被动型氢钟数字化伺服系统,实现了对误差信号的处理。采用先进的DSP和FPGA芯片,提出了新的解决方案,整个系统由FPGA控制DSP工作并实现最后的信号输出,文中对其硬件结构和软件流程进行了阐述。     

基于CPLD的数字移相分频钟

设计了一种数字移相分频钟 ,其中利用了先进的复杂可编程逻辑器件(CPLD -ComplexProgrammableLogicDevice)技术 ,将硬件电路模块化 ,把各功能模块集成在一个芯片中。与以往用分立元件设计硬件电路相比 ,具有电路简单 ,可靠性高 ,便于调试的特点     

基于计算机仿真的被动型氢钟磁屏蔽系统磁场分析

磁屏蔽系统是被动型氢原子钟的重要组成部分,它的好坏直接影响到物理系统输出信号的具体数值,表现为氢钟抵御外界磁场干扰的能力。通过仿真较为直观地展示并分析了特定磁屏蔽系统在特定外界磁场环境中的工作情况,并且通过原理分析,仿真了在使用特定退磁工艺时磁场在磁屏蔽上的分布情况。根据仿真结果建立了模型,探索了适应于被动型氢原子钟的退磁方法,及相应的结构设计。该方法贴合被动型氢钟磁屏蔽材料的特性,使得退磁工艺的设计有针对性。     

星载氢钟VLBI观测实验及分析

中国计划于2025年左右建立月球轨道VLBI (Very Long Baseline Interferometer)测站,将会搭载被动型星载氢钟作为时间频率标准.由于是首次在VLBI观测中使用星载氢钟,需要研究和验证其可行性.因此,利用星载氢钟作为频率基准开展了VLBI观测.实验时,分别使用主动型地面氢钟和被动型星载氢钟作为频率基准,利用上海天文台佘山25 m射电望远镜和其他测站对我国火星探测器天问一号进行了交替VLBI观测.数据处理分析结果表明,基于地面氢钟与星载氢钟的VLBI残余群时延标准差均在0.5 ns以内,表明星载氢钟可满足深空探测VLBI测定轨的精度要求,验证了其作为月球VLBI测站频率基准的可行性.     

VLBI数字基带转换器测试进展

叙述了中国科学院上海天文台正在研发的VLBI数字基带转换器的最新测试进展。首先介绍了VLBI数字基带转换器的项目背景。接着介绍了VLBI数字基带转换器的设计指标和系统组成。然后介绍了利用VLBI长基线方法测试分析VLBI数字基带转换器性能的具体过程,并且通过在VLBI观测中与传统模拟VLBI基带转换器进行了性能对比,得出结论:目前VLBI数字基带转换器在以射电源为信号源的VLBI观测中,射电源流量高时条纹信噪比优于模拟VLBI基带转换器,射电源流量低时条纹信噪比与模拟VLBI基带转换器相当,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。     

基于数字锁相环的GPS可驯钟系统研究

介绍了可驯钟系统的基本原理及实现的一般方法,在分析GPS可驯钟一般实现方法的不足的基础上设计了一种全数字锁相环的实现方案,并使用该方法研制了GPS可驯钟系统.实际测量结果表明,使用该方法后本地1 PPS输出稳定度优于常规方法.     

The Experiment and Analysis on VLBI Observations of Space Passive Hydrogen Maser

China plans to establish a lunar orbital VLBI (Very Long Baseline Interferometer) station around 2025, which will carry a space passive hydrogen maser as the time and frequency reference. Since it is the first time to use a space passive hydrogen maser for VLBI observation, its feasibility needs to be studied and verified. Therefore, we carried out VLBI observations using the space passive hydrogen maser as the frequency reference. In the experiment, the active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser were used as the frequency standard, and the alternate VLBI observations of China’s Mars probe TW1 (Tianwen 1) were carried out using the 25 m radio telescope at Sheshan, Shanghai, and other VLBI stations. The results of data processing and analysis show that the standard deviation of VLBI residual group delay based on both active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser are within 0.5 ns, which indicates that the space passive hydrogen maser can meet the accuracy requirements of VLBI measurement for deep space exploration, and verify its feasibility as the frequency standard of lunar orbital VLBI stations.     

Research on the Methods of Performance Monitoring and Evaluation for Active Hydrogen Maserstwo

Active hydrogen maser is the main frequency standard for establishing and maintaining the time scale. It has the characteristics of high short-term stability and low phase noise. At present, it plays an increasingly important role in the international atomic time (TAI) and various local time scales. Firstly, in combination with the internal state parameters of an active hydrogen maser, the correlation between the internal state parameters and the comparison data of a hydrogen maser is analyzed, and a method for the performance monitoring of a hydrogen maser is proposed. Secondly, according to the characteristics of hydrogen maser performance, a method for evaluating the performance of a hydrogen maser is given. The hydrogen maser performance includes mainly two aspects, namely the frequency stability and predictability. The performances of two types of active hydrogen masers (CH1-75 and MHM-2010) are evaluated by this method. The correlation analysis of the atomic clock state parameters and comparison data shows that the state parameter monitoring can effectively predict the variation of the hydrogen maser performance. The evaluation results of atomic clock frequency stability and predictability show that the atomic clock with a higher medium-and-long term frequency stability has a better predictability. There are two methods for the predictability evaluation, one is based on the data published by BIPM (Bureau International des Poids et Measures), and another one is based on the quadratic model. Both methods are consistent with the weights published by BIPM. Therefore, the two methods can be used as a quantitative method to evaluate the predictability of a hydrogen maser.     

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 ,并给出了期望的性能指标及初步的测试结果     

脉冲微波式氢原子钟初期电路设计

上海天文台时间频率研究室以原有被动型氢钟物理部分为基础,开展了脉冲微波式氢原子钟的研究。设计电路产生2个相干微波脉冲,连续激励氢原子跃迁,模拟双腔共振,使氢原子发生Ramsey干涉,压缩氢原子跃迁谱线宽度,以期提高氢原子钟短期稳定度指标。具体做法为:用DDS产生扫频电路,混频生成1.420 405 GHz激励信号后,再用CPLD产生脉冲时序控制数字衰减器,将激励信号衰减为脉冲形式,激励氢原子发生Ramsey干涉,导出微波信号并进行相关处理就可以产生Ramsey条纹。已观测到Ramsey干涉条纹,其中心峰宽度为1.2 Hz,相比传统被动型氢原子钟压缩了60%。     

全数字化自相关射电频谱仪观测分子谱线成功

鉴于分子天文学对研究银河系结构、恒星诞生和演化、宇宙化学及宇宙生命等方面有极其重要的意义,近年来国内不仅在这个领域的理论研究有迅速发展,而且积极进行着实测手段的建设.其中,用于谱线观测的射电频谱仪先后确定采用的数种技术方案,均已进行研制并已在实验室调测.然而因种种技术上的考虑,原来并没有打算采用国外已广泛使用的全数字化自相关射电频谱仪.     

氢原子频标的小型化

小型化是目前氢钟的发展方向之一，氢钟的小型化主要是谐振腔的改进，它的结构尺寸决定了氢钟的最小尺寸和重量，目前要用的小型腔主要有电极负载腔，磁控管腔，介质负载腔和TE111腔，新型的谐振腔虽然减小了体积减轻的重量，但量由于它本身已经很难满中立起振条件，所以在伺服电路上也不同于主动型氢钟，根据电路原理的不同，将小型化的氢钟分为反馈振荡型和被动型，反馈振荡型氢钟使激射器工作在反馈振荡状态，通过正反馈维持激射器振荡，被动型氢钟的激射器工作在振荡阈值之下，其作用与揩振放大器相似。     

被动型氢原子钟原子跃迁谱线特性分析

被动型氢原子钟原子跃迁谱线特性直接决定了整机的性能指标。本文理论分析了影响原子跃迁谱线特性的各项因素,并对3个主要影响因素进行了实验研究。