一種同步鑒相方法及原子頻標的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及原子頻標領(lǐng)域，特別設(shè)及一種同步鑒相方法及原子頻標。
【背景技術(shù)】
[0002] 被動型鋼原子頻標系統(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的輸出信號一方面作為原子鐘的輸出信號輸 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的輸出信號和 綜合調(diào)制電路輸出的調(diào)制信號作用下，輸出微波探測信號到物理系統(tǒng)中，使物理系統(tǒng)實現(xiàn) 量子鑒頻；伺服鎖相放大電路對物理系統(tǒng)輸出的量子鑒頻信號進行同步鑒相，產(chǎn)生作用于 VCX0的糾偏電壓，最終將原子鐘的輸出信號頻率鎖定在鋼原子的基態(tài)超精細0 - 0躍遷頻 率上。
[0003] 其中，當微波探測信號的中屯、頻率高于原子躍遷頻率時，量子鑒頻信號和調(diào)制信 號同頻反相；當微波探測信號的中屯、頻率低于原子躍遷頻率時，量子鑒頻信號和調(diào)制信號 同頻同相；當微波探測信號的中屯、頻率等于原子躍遷頻率時，量子鑒頻信號頻率是調(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現(xiàn)整機的閉環(huán)鎖定。 現(xiàn)有的同步鑒相方案包括，當量子鑒頻信號和調(diào)制信號同頻反相時，輸出第一糾偏電壓至 VCX0,降低VCX0的輸出信號頻率；當量子鑒頻信號和調(diào)制信號同頻同相時，輸出第二糾偏 電壓至VCX0,提高VCX0的輸出信號頻率；當量子鑒頻信號頻率是調(diào)制頻率的2倍時，判定 原子頻標處于鎖定狀態(tài)，保持VCX0當前的輸出信號頻率。
[0004] 在實現(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] 量子鑒頻信號和調(diào)制信號同頻同相或同頻反相，是基于微波探測信號進入有效的 量子鑒頻吸收帶寬之內(nèi)。當微波探測信號未進入有效的量子鑒頻吸收帶寬之內(nèi)時，即微波 探測信號的中屯、頻率大范圍地偏離原子躍遷頻率，量子鑒頻信號經(jīng)處理后將是一個持續(xù)的 電平，原子頻標處于脫鎖狀態(tài)。該時，現(xiàn)有的同步鑒相方案不能對量子鑒頻信號進行識別， 導致原子頻標無法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種同步鑒相方法及原子頻標，可W解決在原子頻標處于脫 鎖狀態(tài)時原子頻標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，所述原子頻標包括物理系 統(tǒng)和壓控晶體VCX0,所述方法包括：
[000引對所述物理系統(tǒng)輸出的量子鑒頻信號進行方波整形；
[0009] W檢測信號的連續(xù)4N個上升沿分別作為觸發(fā)脈沖，對方波整形后的量子鑒頻信 號進行電平采樣，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] 當每組均有3個低電平和1個高電平時，在同步參考信號的作用下，對所述方波整 形后的量子鑒頻信號進行同步鑒相，根據(jù)同步鑒相結(jié)果輸出糾偏電壓信號至所述VCXO,其 中，檢測信號頻率等于同步參考信號頻率的4倍；
[0013] 當D1~D4N均相等時，W預置糾偏電壓為初始糾偏電壓作用于所述VCXO,并按照 預置幅度，逐次增大作用于所述VCXO的糾偏電壓，W實現(xiàn)對所述VCXO的掃頻；
[0014] 當每一組中4個電平值兩兩相等時、或者當N組之間的電平值無規(guī)律時，不輸出糾 偏電壓信號，W保持所述VCXO的當前輸出信號頻率。
[0015] 可選地，在W檢測信號的連續(xù)4N個上升沿分別作為觸發(fā)脈沖，對方波整形后的量 子鑒頻信號進行電平采樣之前，所述方法還包括：
[0016] 測量所述原子頻標的環(huán)路響應時間；
[0017] 根據(jù)所述原子頻標的環(huán)路響應時間，計算所述原子頻標的量子鑒頻吸收帶寬；
[0018] 其中量子鑒頻吸收帶寬的計算公式為
【主權(quán)項】
1. 一種同步鑒相方法，適用于原子頻標，所述原子頻標包括物理系統(tǒng)和壓控晶體 VCXO,其特征在于，所述方法包括： 對所述物理系統(tǒng)輸出的量子鑒頻信號進行方波整形； 以檢測信號的連續(xù)4N個上升沿分別作為觸發(fā)脈沖，對方波整形后的量子鑒頻信號進 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； 當每組均有3個低電平和1個高電平時，在同步參考信號的作用下，對所述方波整形后 的量子鑒頻信號進行同步鑒相，根據(jù)同步鑒相結(jié)果輸出糾偏電壓信號至所述VCXO,其中，檢 測信號頻率等于同步參考信號頻率的4倍； 當D1~D4N均相等時，以預置糾偏電壓為初始糾偏電壓作用于所述VCXO,并按照預置 幅度，逐次增大作用于所述VCXO的糾偏電壓，以實現(xiàn)對所述VCXO的掃頻； 當每一組中4個電平值兩兩相等時、或者當N組之間的電平值無規(guī)律時，不輸出糾偏電 壓信號，以保持所述VCXO的當前輸出信號頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在以檢測信號的連續(xù)4N個上升沿分別作 為觸發(fā)脈沖，對方波整形后的量子鑒頻信號進行電平采樣之前，所述方法還包括： 測量所述原子頻標的環(huán)路響應時間； 根據(jù)所述原子頻標的環(huán)路響應時間，計算所述原子頻標的量子鑒頻吸收帶寬；
其中量子鑒頻吸收帶寬的計算公式為 為量子鑒頻吸收帶寬，At為環(huán)路 響應時間，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頻率和所述檢測信號頻率，其中v>w，v為所述同步參考信號頻率，所述檢測信號頻率為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的環(huán)路響應時間， 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)級個非門構(gòu)成且非門至少為3 個； 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，計算所述原子頻標的環(huán) 路響應時間； 其中原子頻標的環(huán)路響應時間的計算公式）
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