基于DSP的小型化高精度频标比对系统研制

针对传统双混频时差法测频的局限性,提出了一种差拍数字化精密频率测量方法,基于正弦差拍技术、同步采样技术和数字信号处理技术设计实现了一种新型频标比对系统,可实现对5MHz、10MHz等频标信号的比对测量。实验结果证明,测量10MHz频标信号时系统本底噪声约为1×10^-12／s。系统拥有测量精度高,体积小以及成本低的特点,在时频测量领域具有良好的推广和应用价值。     

用于守时工作的时间间隔计数法与双混频时差测量比对法的比较

为了比较用于守时工作的时间间隔计数法和双混频时差测量法,分析了国家授时中心时频基准实验室的两种测量比对设备(SR620时间间隔计数器和PCOMP多通道相位比较仪)对同一组原子钟进行测量时所得到的结果(钟的速率、RMS、测量精度和稳定度)。分析所得的主要结论是:双混频时差测量法具有更高的比对精度,更适用于氢原子钟短期(τ≤5 d)稳定度的测量。     

上海中新型氢原子钟的性能评定

一种实用型氢原子钟已在上海天文台研制成功并投入使用，这篇文章描述它的设计特点，频率稳定度测试以及它的环境性能测试。测试和实用结果表明，在频率稳定度性能以及对磁场、温度和气压灵敏度等环境性能方面较之上海天文台早期实验室型氢原子钟均有根本性的改善。频率稳定度在1秒到10秒之间呈现τ^-1特征，σy（τ）＝2.2×10^-13/τ；10秒到500秒之间呈现τ^-1/2特征，σy(τ)＝5.5×10^-14/τ^1/2；而取样时间1000秒左右的最好稳定度在3－5×10^-15。测量的温度灵敏度为1－3×10^-14/℃；磁场灵敏度为1.1×10^-12／G，气压灵敏度为4×10^-16/mmHg。     

NTSC的双混频时差测量系统试运转结果分析

中国科学院国家授时中心(NTSC)新进口的由德国Timetech公司制造的双混频时差测量系统(dual mixer time difference system,DMTD)已经通过了试运行。介绍了DMTD的工作原理和设备结构。NTSC时频基准实验室的主钟(MC)信号作为DMTD的频率参考信号,5个氢钟和18个铯钟的频率信号作为被测信号与MC信号进行相位比对。用频率分配放大器输出的多路MC信号也作为被测信号用以监测DMTD本身的精度和稳定度。给出了DMTD和时间间隔计数器TIC实际测量结果的比较及误差分析。测量结果表明DMTD特别适用于频率短期稳定度非常高的氢原子钟这样的频标之间的频率和时间比对。该设备将用于NTSC的守时工作,不久的将来也将用于铯喷泉与氢钟的频率比对。     

从CPT原子钟到光钟

简要介绍了新型CPT（Coherent population trapping，相干布局囚禁）原子频标及光频标的基本原理和研究进展。被动型CPT铷原子钟物理部分的目前体积可控制在100cm^3以内，功耗1W左右，其稳定度为4×10^-11τ^-1/2（τ为测量取样的时间间隔）。CPT原理的铯原子频标的物理部分体积减小到1cm^3，功率减小到30mW，稳定度为6×10^-10τ^-1/2，成为当今体积最小、功耗最低的原子钟。随着飞秒激光梳状发生器技术的发展，已将传统的谐波光频链的体积从几间实验室缩小到1．2×1．0m^2的光学平台上，它与光频测量技术的结合，使微波频标与光频标联系起来，建立了光钟，它的稳定性可以从现在的10^-16的水平提高到10^-18乃至10^-22水平，成为当前最精密的时间计量仪器。     

基于Roach Ⅱ的数字频谱仪开发设计

为实现宽频带电磁环境实时测量,基于Roach II开发平台,开发设计了数字频谱仪,实时带宽10 MHz～2 GHz,动态范围达到55 dB。首先,分析了数字频谱仪开发设计理念和模块参数设置,实现快速扫描模式、脉冲监测模式的测试功能。其次,通过频率响应、动态范围、线性度等关键指标测量及分析,并与商用频谱仪测量结果对比,确定该数字频谱仪具有相对准确的测试精度,可应用于射电望远镜台站宽带实时频谱监测及瞬态信号分析。     

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（r=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。     

一种单站精确测量通信卫星本振频率的方法

星载振荡器频率的测量对利用通信卫星进行标准时间和频率传递有重要的意义,测量的难点是多普勒频移的处理。提出了一种只需要一个地面站而不需要定轨系统就可以精密测量卫星本振频率的方法。根据卫星两个下行信号的频差与多普勒频移的关系,可以计算得到卫星相对于主控站的径向速度。然后测量其中一个下行频率后,就能计算星载振荡器的频率值。实际测量结果表明,这种方法的测量精度优于2.4×10-10。     

SOHM-4与MHM-2010氢原子频标的特点比较

基于对已投入国家授时中心守时运转的SOHM-4型与MHM-2010型氢原子频标的长期关注,对这两种氢原子频标的性能作了较详细的比较和分析。讨论了它们共同的优点、各自的特长和不足之处,还给出了稳定度的测试结果。     

一种基于GNSS的可驯频标的设计与实现

重点介绍了GNSS可驯频标软件设计方法。在软件设计中,采用了滑动中位数方法以滤除测量数据中的奇异值;利用了Kalman滤波器对测量时差数据进行滤波以抑制测量噪声;提出了一种改进型的压控电压产生方法。采用GPS定时接收机1 PPS信号作为参考基准,对原来准确度为1×10-9恒温晶振进行驯服,驯服后频率准确度优于2×10-11。     

基于CPLD的高精度可调脉冲信号发生器研制

为满足精密时间间隔测量设备的测试需要,研制了一种时间间隔可调的高精度脉冲信号发生器。利用计算机串口控制的方式,结合复杂可编程逻辑器件（CPLD）集成度高、可靠性好及工作速度快的优点,采用A1tera公司的设计软件QuartusII进行设计仿真及实现。仿真与实测实验表明,该脉冲信号发生器不仅可以产生单路可调脉冲信号,而且能产生多路可调脉冲信号,产生的单路秒脉冲信号的1s取样Allan方差为1．84×10^-11;产生的时间间隔为100ns的多路脉冲信号的1s取样Allan方差为2．36×10^-11,2路信号之间的时间间隔数据系列的峰一峰值为101ps,可以满足多通道时间间隔测量设备测试要求的稳定度与准确度。     

一种高精度时间同步器的研制与性能测试

针对移动通信网络基站间需要建立高精度时间同步的需求,研制了一种具有高精度时间同步功能和高精度频率输出的时间同步器,并设计了相应的性能测试方法。测试结果表明,在同等条件下,不同时间同步器输出的1PPS平均同步精度优于5ns／d,24h内输出的频率准确度优于10^-12／s,其他各项指标基本合格,符合设计要求。     

DFB半导体激光抽运铷原子频标

在传统铷原子频标的基础上,利用一台780 nm的DFB半导体激光器代替铷光谱灯作为抽运光源,将激光的频率锁定在87Rb原子的循环跃迁线(52S1/2,F=2→52P3/2,F=3)上,实现了微波铷原子频标的闭环锁定,初步获得的短期稳定度指标为3.7×10-12τ-1/2(1~100 s)。     

长期连续工作的光抽运铯束频标激光系统

长期连续工作的轻便激光系统是实现实用的光抽运铯束频标的关键。本文作者研制的半导体激光系统采用了单片机数字辅助锁定和计算机控制技术成功地实现了激光频率的自动锁定和长期连续工作。两套激光系统分别工作在抽运跃迁频率和检测跃迁频率上,与小型密封铯束管及频标电路共同组装成一台光抽运铯束频标。这台频标已经正常连续工作了两年多。技术指标达到原HP5061小铯钟的水平。据知,这是我国第一台能够长期连续工作的光抽运小铯钟,也是世界上第一台连续工作两年多的光抽运小铯钟。     

计算机控制的高精度频率源设计

通过对通用串行总线(USB)协议和直接数字合成(DDS)技术的研究和分析,设计实现了一种采用DDS技术的高精度频率源,并且能通过计算机应用软件对其进行实时控制.给出了该设计的硬件结构与部分关键程序的结构,同时给出了对该设计性能参数的测量结果,并对其进行了简单分析和探讨.     

基于LabwindowsCVI的外腔半导体激光器数字稳频系统设计

为抑制外腔半导体激光器频率漂移,提高频率稳定性,提出一种数字稳频方法。该方法采用数据采集卡,基于LabwindowsCVI语言实现数字锁相放大模块获得稳频误差信号,通过此信号控制压电陶瓷电压,将852 nm外腔半导体激光器的频率锁在铯原子谱线上,实现20 s频率稳定度8.7×10-11。该数字稳频方法降低了人力成本,易升级和修改,具有移植性好和用户界面友好等优点。     

数字调频和数字伺服在被动型氢原子钟上的应用

简单介绍了被动型氢原子钟的组成及原理,阐述了基于数字调频和数字伺服的电子电路在被动型氢原子钟上的应用(目的是改善钟性能),并给出了设计的最终测试结果及其分析,数据表明该系统的稳定度比原有系统有很大提高。为了进一步改善钟性能,又对伺服系统提出了以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)为主体的新的方案。