原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的在線校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的在線校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，旨在提供一種簡(jiǎn)單、易實(shí)施，能對(duì)各種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行在線校準(zhǔn)的裝置及校準(zhǔn)方法。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：采用三個(gè)相同串聯(lián)在功分器和數(shù)據(jù)采集與處理器之間的頻差增倍與比相器模塊構(gòu)成三通道超底噪聲頻標(biāo)比對(duì)器，其中，通道CH1功分器的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH2的功分器一輸出端并聯(lián)于通道CH1頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH3的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，三個(gè)比相器的輸出輸入到數(shù)據(jù)采集與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用本發(fā)明可以解決目前商用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)項(xiàng)目不全，校準(zhǔn)不實(shí)時(shí)，校準(zhǔn)難度大的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的在線校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在航天測(cè)控領(lǐng)域中，地面測(cè)控站中原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度和短期頻率穩(wěn)定度的在線校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天測(cè)控系統(tǒng)中，為了對(duì)航天器進(jìn)行精確的測(cè)距、測(cè)角和測(cè)速，在地面測(cè)控站中基本上都用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)測(cè)控精度的不同，以采用主動(dòng)型氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)為代表的高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)和銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)為代表的較低性能的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)為最多。在測(cè)控系統(tǒng)中，最關(guān)注的是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度和短期頻率穩(wěn)定度。目前，地面測(cè)控站中的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)一般采用搬回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)、自校準(zhǔn)或衛(wèi)星雙向比對(duì)或GPS共視等方法進(jìn)行。上述現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn):一是搬運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)只適合于小型的、便于搬運(yùn)的、技術(shù)指標(biāo)相對(duì)較低的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn))，不適合體積大的、運(yùn)行條件苛刻的、技術(shù)指標(biāo)高的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如主動(dòng)型氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn))。即使能搬運(yùn)，校準(zhǔn)難度也比較大。不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，還影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，也不能及時(shí)反映原子頻率標(biāo)準(zhǔn)在運(yùn)行過(guò)程中的狀況；二是自校準(zhǔn)只適用于自身帶GPS接收機(jī)，能根據(jù)GPS接收機(jī)接收信號(hào)自動(dòng)對(duì)輸出頻率進(jìn)行修正的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，該方法只能對(duì)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的輸出頻率準(zhǔn)確度進(jìn)行校準(zhǔn)，不能對(duì)其短期頻率穩(wěn)定度進(jìn)行校準(zhǔn)。三是衛(wèi)星雙向比對(duì)或GPS共視法適合于技術(shù)指標(biāo)高的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度的校準(zhǔn)，也不能實(shí)現(xiàn)短期頻率穩(wěn)定度的校準(zhǔn)，而且需要專用的比對(duì)接收機(jī)，比對(duì)的參考實(shí)驗(yàn)室，租用衛(wèi)星等費(fèi)用昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的校準(zhǔn)項(xiàng)目不全，校準(zhǔn)不實(shí)時(shí)，校準(zhǔn)難度大的問(wèn)題，提供一種操作方便，實(shí)施容易，能對(duì)目前各種商用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行在線校準(zhǔn)的校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。
[0004]本發(fā)明的上述目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到:一種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度的在線校準(zhǔn)裝置，包括比對(duì)不確定度優(yōu)于5.0X 10_14(Is)，取樣時(shí)間從0.1s到IOOs的頻標(biāo)比對(duì)器，其特征在于:頻標(biāo)比對(duì)器為三通道超底噪聲頻標(biāo)比對(duì)器，該頻率比對(duì)器由三個(gè)相同、性能一致、串聯(lián)在功分器和數(shù)據(jù)采集與處理器之間的頻差增倍與比相器模塊構(gòu)成，其中，通道CHl功分器的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH2的功分器一輸出端并聯(lián)于通道CHl頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH3的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，三個(gè)比相器的輸出輸入到數(shù)據(jù)采集與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
利用本發(fā)明，可選用兩只超高穩(wěn)晶體振蕩器作為短期頻率穩(wěn)定度測(cè)量的參考標(biāo)準(zhǔn)，該晶體振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度與目前商用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)中最高的短期頻率穩(wěn)定度指標(biāo)相當(dāng)，可以利用三源法或兩源法對(duì)目前商用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度進(jìn)行校準(zhǔn)。利用GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為參考頻標(biāo)，在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)較低性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度，校準(zhǔn)高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率漂移。
[0006]本發(fā)明以GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)為參考，三通道超低噪聲頻標(biāo)比對(duì)器作為頻標(biāo)比對(duì)器，利用GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)日平均頻率準(zhǔn)確度優(yōu)于5.0X 10_13，且穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用兩源互比的方法，通過(guò)頻標(biāo)比對(duì)器連續(xù)的比對(duì)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)較低性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn))的頻率準(zhǔn)確度，或高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如主動(dòng)型氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn))頻率準(zhǔn)確度的相對(duì)漂移進(jìn)行在線校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了原子頻率標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[0007]本發(fā)明以兩只超高穩(wěn)晶體振蕩器作為參考，三通道超低噪聲頻標(biāo)比對(duì)器作為頻標(biāo)比對(duì)器，采用兩源互比的方法實(shí)現(xiàn)較低性能的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn))的短期頻率穩(wěn)定度的校準(zhǔn)，采用三源互比的方法實(shí)現(xiàn)高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如主動(dòng)型氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn))的短期頻率穩(wěn)定度的校準(zhǔn)，可以在不影響被校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)正常工作的情況下，實(shí)現(xiàn)在線校準(zhǔn)。
[0008]本發(fā)明采用一臺(tái)三通道超低噪聲頻標(biāo)比對(duì)器作為頻標(biāo)比對(duì)設(shè)備，采用一只GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度或相對(duì)漂移的在線校準(zhǔn)；采用兩只超高穩(wěn)的精密晶體振蕩器作為短期頻率穩(wěn)定度測(cè)量的參考標(biāo)準(zhǔn)，利用三通道超低噪聲頻標(biāo)比對(duì)器，采用三源互比的方法實(shí)現(xiàn)高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如主動(dòng)型氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn))短期頻率穩(wěn)定度的校準(zhǔn)，采用兩源互比的方法實(shí)現(xiàn)較低性能的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(如銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn))短期頻率穩(wěn)定度的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度和短期頻率穩(wěn)定度的實(shí)時(shí)在線校準(zhǔn)，適合于目前所有商用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)，解決了現(xiàn)有地面測(cè)控站中原子頻率標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)困難，校準(zhǔn)項(xiàng)目不全，校準(zhǔn)不實(shí)時(shí)的問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明操作方便，實(shí)施容易，能對(duì)目前各種商用原子頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行在線校準(zhǔn)，解決現(xiàn)有技術(shù)校準(zhǔn)項(xiàng)目不全，校準(zhǔn)不實(shí)時(shí)，校準(zhǔn)難度大的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本方法進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]圖1本發(fā)明原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度的在線校準(zhǔn)裝置的構(gòu)造示意圖。
[0012]圖2是圖1本發(fā)明對(duì)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度進(jìn)行的在線校準(zhǔn)的實(shí)施例示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明兩源法校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)短期頻率穩(wěn)定度的在線校準(zhǔn)的實(shí)施例示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明三源法校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)短期頻率穩(wěn)定度的在線校準(zhǔn)的實(shí)施例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參閱圖1。在圖1描述的實(shí)施例中，原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度的在線校準(zhǔn)裝置主要包括比對(duì)不確定度優(yōu)于5.0X 10_14(Is)，取樣時(shí)間從0.1s到IOOs的頻標(biāo)比對(duì)器，頻標(biāo)比對(duì)器為三通道超底噪聲頻標(biāo)比對(duì)器，是一臺(tái)既能實(shí)現(xiàn)基于三源互比的高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)在線校準(zhǔn)，又能實(shí)現(xiàn)基于兩源互比的較低性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)在線校準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)三個(gè)通道兩兩間同時(shí)進(jìn)行互比，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與實(shí)時(shí)顯示的比對(duì)設(shè)備。該頻率比對(duì)器可以由三個(gè)相同、性能一致、串聯(lián)在功分器和數(shù)據(jù)采集與處理器之間的頻差增倍與比相器模塊構(gòu)成，其中，通道CHl功分器的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH2的功分器一輸出端并聯(lián)于通道CHl頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH3的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，三個(gè)比相器的輸出信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)采集與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該頻標(biāo)比對(duì)器能同時(shí)實(shí)現(xiàn)通道CHl與通道CH2、通道CH2與通道CH3、通道CHl與通道CH3輸入信號(hào)之間的兩兩互比，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)顯示三通道三個(gè)互比源各自頻率準(zhǔn)確度和短期頻率穩(wěn)定度。
[0016]參閱圖2。在圖2描述的用GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作參考校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度的實(shí)施例中，GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH1，被校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器通道CH3。校準(zhǔn)時(shí)，作為參考的GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)GPS天線接收GPS信號(hào)，在穩(wěn)定鎖定12小時(shí)以上后，利用頻標(biāo)比對(duì)器的數(shù)據(jù)采集與處理功能，連續(xù)采集頻標(biāo)比對(duì)器輸出的24小時(shí)累積相位差，利用下式計(jì)算得到被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的日平均頻率準(zhǔn)確度
【權(quán)利要求】
1.一種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的在線校準(zhǔn)裝置，包括比對(duì)不確定度優(yōu)于5.0X 10_14(ls)，取樣時(shí)間從0.1s到IOOs的頻標(biāo)比對(duì)器，其特征在于:頻標(biāo)比對(duì)器為三通道超底噪聲頻標(biāo)比對(duì)器，該頻率比對(duì)器由三個(gè)相同、性能一致、串聯(lián)在功分器和數(shù)據(jù)采集與處理器之間的頻差增倍與比相器模塊構(gòu)成，其中，通道CHl功分器的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH2的功分器一輸出端并聯(lián)于通道CHl頻差增倍與比相器的輸入端，通道CH3的一輸出端并聯(lián)于通道CH3頻差增倍與比相器的輸入端，三個(gè)比相器的輸出輸入到數(shù)據(jù)采集與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的地面測(cè)控站中原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的在線校準(zhǔn)方法，其特征在于:所述頻標(biāo)比對(duì)器能同時(shí)實(shí)現(xiàn)通道CHl與通道CH2、通道CH2與通道CH3、通道CHl與通道CH3輸入標(biāo)準(zhǔn)頻率之間的兩兩互比，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)顯示三通道三個(gè)互比源各自頻率準(zhǔn)確度和短期頻率穩(wěn)定度。
3.一種使用權(quán)利要求1所述原子頻率標(biāo)準(zhǔn)在線校準(zhǔn)裝置的在線校準(zhǔn)方法，其特征在于包括如下步驟:用一只GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度校準(zhǔn)的參考頻率標(biāo)準(zhǔn)、一臺(tái)三通道超低噪聲頻標(biāo)比對(duì)器作為頻標(biāo)比對(duì)器，然后通過(guò)頻標(biāo)比對(duì)器連續(xù)的對(duì)GPS馴如銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)測(cè)量，校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度或相對(duì)漂移；再采用兩只超高短期頻率穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為原子頻率標(biāo)準(zhǔn)短期頻率穩(wěn)定度校準(zhǔn)的參考頻率標(biāo)準(zhǔn)，用一臺(tái)三通道超低噪聲頻標(biāo)比對(duì)器作為頻標(biāo)比對(duì)器，用三源互比方法對(duì)高性能原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度進(jìn)行校準(zhǔn)，或用兩源互比方法對(duì)較低性能的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求3所述的在線校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的方法，其特征在于:采用兩源法校準(zhǔn)時(shí)，被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入到頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH3，晶體振蕩器I輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入到頻標(biāo)比對(duì)器的通道CHl，通過(guò)頻標(biāo)比對(duì)器連續(xù)測(cè)量通道CHl和CH3之間的相對(duì)頻率差100個(gè)值以 上，用阿倫方差計(jì)算得到被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度。
5.如權(quán)利要求3所述的在線校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的方法，其特征在于:采用三源法校準(zhǔn)時(shí)，被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入到頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH3，晶體振蕩器I輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入到頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH1，晶體振蕩器2輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入到頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH2，通過(guò)頻標(biāo)比對(duì)器同時(shí)連續(xù)測(cè)量通道CHl和CH2，CH2和CH3，CHl和CH3兩兩之間的相對(duì)頻率偏差100個(gè)值以上，用阿倫方差計(jì)算得到兩兩互比時(shí)的短期頻率穩(wěn)定度，再利用三源互比的計(jì)算公式計(jì)算得到被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度。
6.如權(quán)利要求3所述的在線校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的方法，其特征在于:校準(zhǔn)時(shí)，作為參考的GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)GPS天線接收GPS信號(hào)，在穩(wěn)定鎖定12小時(shí)以上后，GPS馴服銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH1，被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH3，利用頻標(biāo)比對(duì)器的數(shù)據(jù)采集與處理功能，連續(xù)采集頻標(biāo)比對(duì)器輸出的24小時(shí)累積相位差，利用下式計(jì)算得到被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的日平均頻率準(zhǔn)確度.
7.如權(quán)利要求3所述的在線校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的方法，其特征在于:校準(zhǔn)時(shí)，晶體振蕩器輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH1，被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH3，利用頻標(biāo)比對(duì)器的數(shù)據(jù)采集與處理功能，連續(xù)采集頻標(biāo)比對(duì)器輸出的瞬時(shí)頻率準(zhǔn)確度100組以上，利用下式計(jì)算得到被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度，即阿倫方差
8.如權(quán)利要求3所述的在線校準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的方法，其特征在于:校準(zhǔn)時(shí)，晶體振蕩器I的輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CHl，超高穩(wěn)晶體振蕩器2的輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率接入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH2，被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率輸入頻標(biāo)比對(duì)器的通道CH3，利用頻標(biāo)比對(duì)器的數(shù)據(jù)采集與處理功能，同時(shí)連續(xù)采集頻標(biāo)比對(duì)器三個(gè)通道輸出的瞬時(shí)頻率準(zhǔn)確度各100組以上，利用阿倫方差分別計(jì)算得到兩兩互比之間的阿倫方差，記為σ 12、σ 23和σ 13，再利用下式計(jì)算得到被校原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度，即阿倫方差
【文檔編號(hào)】G04F5/14GK103809425SQ201410040180
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】沈世科, 黃坤超, 梁桂海, 胡丹丹, 劉維倩, 周燁 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所