一種同步鑒相方法及原子頻標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種同步鑒相方法及原子頻標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002] 被動(dòng)型鋼原子頻標(biāo)系統(tǒng)包括物理系統(tǒng)和電子線路兩大部分。電子線路包括，壓 控晶體振蕩器（英文；VoltageControlledX'talOscillator,簡稱；VCXO)、綜合調(diào)制電 路、倍、混頻電路、及伺服鎖相放大電路。VCX0的輸出信號(hào)一方面作為原子鐘的輸出信號(hào)輸 出，另一方面分別輸入至綜合調(diào)制電路和倍、混頻電路；倍、混頻電路在VCX0的輸出信號(hào)和 綜合調(diào)制電路輸出的調(diào)制信號(hào)作用下，輸出微波探測信號(hào)到物理系統(tǒng)中，使物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 量子鑒頻；伺服鎖相放大電路對(duì)物理系統(tǒng)輸出的量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，產(chǎn)生作用于 VCX0的糾偏電壓，最終將原子鐘的輸出信號(hào)頻率鎖定在鋼原子的基態(tài)超精細(xì)0 - 0躍遷頻 率上。
[0003] 其中，當(dāng)微波探測信號(hào)的中屯、頻率高于原子躍遷頻率時(shí)，量子鑒頻信號(hào)和調(diào)制信 號(hào)同頻反相；當(dāng)微波探測信號(hào)的中屯、頻率低于原子躍遷頻率時(shí)，量子鑒頻信號(hào)和調(diào)制信號(hào) 同頻同相；當(dāng)微波探測信號(hào)的中屯、頻率等于原子躍遷頻率時(shí)，量子鑒頻信號(hào)頻率是調(diào)制頻 率的2倍。伺服鎖相放大電路正是利用該一特性，采用同步鑒相方案實(shí)現(xiàn)整機(jī)的閉環(huán)鎖定。 現(xiàn)有的同步鑒相方案包括，當(dāng)量子鑒頻信號(hào)和調(diào)制信號(hào)同頻反相時(shí)，輸出第一糾偏電壓至 VCX0,降低VCX0的輸出信號(hào)頻率；當(dāng)量子鑒頻信號(hào)和調(diào)制信號(hào)同頻同相時(shí)，輸出第二糾偏 電壓至VCX0,提高VCX0的輸出信號(hào)頻率；當(dāng)量子鑒頻信號(hào)頻率是調(diào)制頻率的2倍時(shí)，判定 原子頻標(biāo)處于鎖定狀態(tài)，保持VCX0當(dāng)前的輸出信號(hào)頻率。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在W下問題：
[0005] 量子鑒頻信號(hào)和調(diào)制信號(hào)同頻同相或同頻反相，是基于微波探測信號(hào)進(jìn)入有效的 量子鑒頻吸收帶寬之內(nèi)。當(dāng)微波探測信號(hào)未進(jìn)入有效的量子鑒頻吸收帶寬之內(nèi)時(shí)，即微波 探測信號(hào)的中屯、頻率大范圍地偏離原子躍遷頻率，量子鑒頻信號(hào)經(jīng)處理后將是一個(gè)持續(xù)的 電平，原子頻標(biāo)處于脫鎖狀態(tài)。該時(shí)，現(xiàn)有的同步鑒相方案不能對(duì)量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行識(shí)別， 導(dǎo)致原子頻標(biāo)無法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種同步鑒相方法及原子頻標(biāo)，可W解決在原子頻標(biāo)處于脫 鎖狀態(tài)時(shí)原子頻標(biāo)無法正常工作的技術(shù)問題。所述技術(shù)方案如下：
[0007] 第一方面，提供了一種同步鑒相方法，適用于原子頻標(biāo)，所述原子頻標(biāo)包括物理系 統(tǒng)和壓控晶體VCX0,所述方法包括：
[000引對(duì)所述物理系統(tǒng)輸出的量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行方波整形；
[0009] W檢測信號(hào)的連續(xù)4N個(gè)上升沿分別作為觸發(fā)脈沖，對(duì)方波整形后的量子鑒頻信 號(hào)進(jìn)行電平采樣，依次得到第一電平值至第4N電平值D1~D4N，N為整數(shù)且N> 2 ;
[0010] 將D1~D4N分為N組；每一組包括4個(gè)連續(xù)的電平值，每一組包括的電平值不同；
[0011] 分別比較每組中的電平值；
[0012] 當(dāng)每組均有3個(gè)低電平和1個(gè)高電平時(shí)，在同步參考信號(hào)的作用下，對(duì)所述方波整 形后的量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，根據(jù)同步鑒相結(jié)果輸出糾偏電壓信號(hào)至所述VCXO,其 中，檢測信號(hào)頻率等于同步參考信號(hào)頻率的4倍；
[0013] 當(dāng)D1~D4N均相等時(shí)，W預(yù)置糾偏電壓為初始糾偏電壓作用于所述VCXO,并按照 預(yù)置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的糾偏電壓，W實(shí)現(xiàn)對(duì)所述VCXO的掃頻；
[0014] 當(dāng)每一組中4個(gè)電平值兩兩相等時(shí)、或者當(dāng)N組之間的電平值無規(guī)律時(shí)，不輸出糾 偏電壓信號(hào)，W保持所述VCXO的當(dāng)前輸出信號(hào)頻率。
[0015] 可選地，在W檢測信號(hào)的連續(xù)4N個(gè)上升沿分別作為觸發(fā)脈沖，對(duì)方波整形后的量 子鑒頻信號(hào)進(jìn)行電平采樣之前，所述方法還包括：
[0016] 測量所述原子頻標(biāo)的環(huán)路響應(yīng)時(shí)間；
[0017] 根據(jù)所述原子頻標(biāo)的環(huán)路響應(yīng)時(shí)間，計(jì)算所述原子頻標(biāo)的量子鑒頻吸收帶寬；
[0018] 其中量子鑒頻吸收帶寬的計(jì)算公式為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同步鑒相方法，適用于原子頻標(biāo)，所述原子頻標(biāo)包括物理系統(tǒng)和壓控晶體 VCXO,其特征在于，所述方法包括： 對(duì)所述物理系統(tǒng)輸出的量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行方波整形； 以檢測信號(hào)的連續(xù)4N個(gè)上升沿分別作為觸發(fā)脈沖，對(duì)方波整形后的量子鑒頻信號(hào)進(jìn) 行電平采樣，依次得到第一電平值至第4N電平值D1~D4N，N為整數(shù)且N多2 ; 將D1~D4N分為N組；每一組包括4個(gè)連續(xù)的電平值，每一組包括的電平值不同； 分別比較每組中的電平值； 當(dāng)每組均有3個(gè)低電平和1個(gè)高電平時(shí)，在同步參考信號(hào)的作用下，對(duì)所述方波整形后 的量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，根據(jù)同步鑒相結(jié)果輸出糾偏電壓信號(hào)至所述VCXO,其中，檢 測信號(hào)頻率等于同步參考信號(hào)頻率的4倍； 當(dāng)D1~D4N均相等時(shí)，以預(yù)置糾偏電壓為初始糾偏電壓作用于所述VCXO,并按照預(yù)置 幅度，逐次增大作用于所述VCXO的糾偏電壓，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述VCXO的掃頻； 當(dāng)每一組中4個(gè)電平值兩兩相等時(shí)、或者當(dāng)N組之間的電平值無規(guī)律時(shí)，不輸出糾偏電 壓信號(hào)，以保持所述VCXO的當(dāng)前輸出信號(hào)頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在以檢測信號(hào)的連續(xù)4N個(gè)上升沿分別作 為觸發(fā)脈沖，對(duì)方波整形后的量子鑒頻信號(hào)進(jìn)行電平采樣之前，所述方法還包括： 測量所述原子頻標(biāo)的環(huán)路響應(yīng)時(shí)間； 根據(jù)所述原子頻標(biāo)的環(huán)路響應(yīng)時(shí)間，計(jì)算所述原子頻標(biāo)的量子鑒頻吸收帶寬；
其中量子鑒頻吸收帶寬的計(jì)算公式為 為量子鑒頻吸收帶寬，At為環(huán)路 響應(yīng)時(shí)間，3彡K彡5 ; 根據(jù)所述量子鑒頻吸收帶寬，確定所述同步參考信號(hào)頻率和所述檢測信號(hào)頻率，其中v>w，v為所述同步參考信號(hào)頻率，所述檢測信號(hào)頻率為4v。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述測量所述原子頻標(biāo)的環(huán)路響應(yīng)時(shí)間， 包括： 測量振蕩環(huán)路的振蕩周期；其中，所述振蕩環(huán)路由快門Shutter、環(huán)形振蕩器和原子頻 標(biāo)構(gòu)成，所述快門Shutter設(shè)置在所述物理系統(tǒng)中光譜燈與集成濾光共振泡之間；所述環(huán) 形振蕩器的輸入端與所述原子頻標(biāo)的伺服環(huán)路的輸出端電連接，所述環(huán)形振蕩器的輸出 端與快門Shutter的控制端電連接，所述環(huán)形振蕩器由奇數(shù)級(jí)個(gè)非門構(gòu)成且非門至少為3 個(gè)； 根據(jù)測得的振蕩環(huán)路的振蕩周期、及環(huán)形振蕩器的振蕩周期，計(jì)算所述原子頻標(biāo)的環(huán) 路響應(yīng)時(shí)間； 其中原子頻標(biāo)的環(huán)路響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算公式）
為所述振蕩環(huán)路的振蕩周 期，I；為所述環(huán)形振蕩器的振蕩周期；T