專利名稱：一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種被動(dòng)型原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，具體地說，涉及一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)；可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航定位、多普勒測(cè)速、合成孔徑成像、動(dòng)態(tài)跟蹤等領(lǐng)域的被動(dòng)型氫原子頻標(biāo)、被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)、被動(dòng)型銫束原子頻標(biāo)。
背景技術(shù)：
與高穩(wěn)晶振相比，被動(dòng)型原子頻標(biāo)具有良好的長期穩(wěn)定度，尤其是被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)由于其體積小、重量輕、功耗低，在工程上具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。但是由于物理機(jī)理的限制，被動(dòng)型原子頻標(biāo)的短穩(wěn)指標(biāo)不夠好，限制了它們?cè)谥T如多普勒測(cè)速、動(dòng)態(tài)定位和跟蹤等工程領(lǐng)域的應(yīng)用。
氫原子激射器雖然長、短穩(wěn)均優(yōu)，但是由于其體積、功耗、重量過大，限制了它在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。為了獲得長、短穩(wěn)兼優(yōu)的原子頻標(biāo)，滿足工程的實(shí)際需要，人們提出了用兩臺(tái)原子頻標(biāo)組合成一臺(tái)頻標(biāo)，達(dá)到長、短穩(wěn)兼優(yōu)目標(biāo)的方法。在此方法中有把Rb激射器和被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)組合成一臺(tái)頻標(biāo)的方案；有把激光抽運(yùn)銣原子頻標(biāo)和譜燈抽運(yùn)銣原子頻標(biāo)組合成一臺(tái)頻標(biāo)的方案。從原則上講，上述方案均可以達(dá)到長、短穩(wěn)兼優(yōu)的目的，但畢竟兩臺(tái)頻標(biāo)組合成一臺(tái)頻標(biāo)，大大增加了整機(jī)的體積、重量、功耗，限制了這些方案在工程上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足，而提供一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)；在保持被動(dòng)型原子頻標(biāo)體積、重量、功耗、長穩(wěn)優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上，提高整機(jī)的短穩(wěn)指標(biāo)，滿足工程任務(wù)對(duì)被動(dòng)型原子頻標(biāo)長、短穩(wěn)兼優(yōu)的要求。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在被動(dòng)型原子頻標(biāo)中，量子系統(tǒng)本身提供一個(gè)頻率穩(wěn)定、線寬較窄的原子共振吸收線。壓控石英晶體振蕩器本身短穩(wěn)良好，并且隨著壓控石英晶體振蕩器研究的深入發(fā)展，它的短穩(wěn)越來越好，目前商品壓控石英晶體振蕩器的秒級(jí)穩(wěn)定度已達(dá)1×10-13/s，而實(shí)驗(yàn)室里壓控石英晶體振蕩器的秒級(jí)穩(wěn)定度已達(dá)7×0-14/s。本實(shí)用新型的技術(shù)要點(diǎn)在于在本裝置伺服系統(tǒng)中，采用了大尺度改變環(huán)路響應(yīng)時(shí)間的新方案。
由圖1可知，本實(shí)用新型由射頻倍頻器1、微波倍頻器2、伺服系統(tǒng)3、綜合器4、控溫器5、C場(chǎng)恒流源6、物理系統(tǒng)7、壓控晶體振蕩器8、隔離放大器9、走時(shí)計(jì)數(shù)器14組成；各部件之間的連接關(guān)系是物理系統(tǒng)7分別與控溫器5、C場(chǎng)恒流源6、微波倍頻器2、伺服系統(tǒng)3連接；其中控溫器5為物理系統(tǒng)7光譜燈及吸收泡提供控溫；C場(chǎng)恒流源6為物理系統(tǒng)7提供原子共振躍遷所需的磁場(chǎng)；物理系統(tǒng)7的量子鑒頻信號(hào)送至伺服系統(tǒng)3，用作同步鑒相。
伺服系統(tǒng)3分別與綜合器4、壓控晶體振蕩器8連接；其中物理系統(tǒng)7的79Hz量子鑒頻信號(hào)及綜合器4的79Hz同步參考信號(hào)分別送至伺服系統(tǒng)3，用作同步鑒相；伺服系統(tǒng)3中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器16將糾偏電壓信號(hào)送至壓控晶體振蕩器8。
隔離放大器9分別與壓控晶體振蕩器8、綜合器4、射頻倍頻器1、走時(shí)計(jì)數(shù)器14連接；其中壓控晶體振蕩器8將5MHz信號(hào)送至隔離放大器9，隔離放大器9將5MHz信號(hào)分別送至綜合器4、走時(shí)計(jì)數(shù)器14、射頻倍頻器1。
綜合器4將隔離放大器9送來的5MHz信號(hào)綜合為中心頻率5.3125MHz的79Hz調(diào)頻信號(hào)，并送至射頻倍頻器1，經(jīng)微波倍頻器2得到中心頻率6.8346875GHz的79Hz調(diào)頻信號(hào)，并送至物理系統(tǒng)7。
微波倍頻器2分別與控溫器5、射頻倍頻器1連接。
由圖2可知，伺服系統(tǒng)3由79Hz選頻放大10、方波整形器11、第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a、第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b、第1鎖存器13a、第2鎖存器13b、走時(shí)計(jì)數(shù)器14、單片機(jī)15、數(shù)模轉(zhuǎn)換器16組成；各部件之間的連接關(guān)系是79Hz選頻放大10、方波整形器11、第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a、第1鎖存器13a、走時(shí)計(jì)數(shù)器14依次連接；79Hz選頻放大10經(jīng)方波整形器11整形后送至第一鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a，驅(qū)動(dòng)第1鎖存器13a記錄來自走時(shí)計(jì)數(shù)器14的時(shí)刻值。
第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b、第2鎖存器13b、走時(shí)計(jì)數(shù)器14依次連接；同步鑒相參考送至第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b，驅(qū)動(dòng)第2鎖存器13b記錄來自走時(shí)計(jì)數(shù)器14的時(shí)刻值。
單片機(jī)15分別與第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a、第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b、第1鎖存器13a、第2鎖存器13b、數(shù)模轉(zhuǎn)換器16連接。其中第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a與第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b分別向單片機(jī)15發(fā)鎖存中斷信號(hào)，單片機(jī)15從第1鎖存器13a、第2鎖存器13b獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)15處理后輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器16。
由圖3可知，第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a由D觸發(fā)器19、第1鎖存器13a組成，并相互連接；具體地說，D觸發(fā)器19，其信號(hào)端與整形后79Hz鑒頻信號(hào)連接，其時(shí)鐘端與5MHz時(shí)鐘連接，其輸出端與第1鎖存器13a連接。
由圖4可知，第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b由D觸發(fā)器19、第2鎖存器13b組成，并相互連接；具體地說，D觸發(fā)器19，其信號(hào)端與79Hz同步參考信號(hào)連接，其時(shí)鐘端與5MHz時(shí)鐘連接，其輸出端與第2鎖存器13b連接。
由圖5可知，經(jīng)物理系統(tǒng)7鑒頻作用，解調(diào)出的整形后79Hz量子鑒頻信號(hào)與79Hz同步鑒相信號(hào)存在相差，經(jīng)伺服系統(tǒng)3，在單片機(jī)15中將得到帶符號(hào)的相差值，經(jīng)單片機(jī)15處理后將會(huì)得到一個(gè)糾偏電壓，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器16傳遞給壓控晶體振蕩器8。
由此可見，本伺服系統(tǒng)3采用響應(yīng)時(shí)間大尺度可調(diào)的新方案在獨(dú)有伺服方案中設(shè)有一在5MHz時(shí)鐘頻率驅(qū)動(dòng)下的走時(shí)計(jì)數(shù)器14。來自物理系統(tǒng)7的79Hz量子鑒頻信號(hào)經(jīng)選頻放大10和方形整波器11整形成一方波，此方波的上升沿經(jīng)第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a驅(qū)動(dòng)第1鎖存器13a，記錄此時(shí)刻對(duì)應(yīng)的走時(shí)計(jì)數(shù)器14的時(shí)間值。另一路79Hz同步鑒相參考信號(hào)的上升沿經(jīng)第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b驅(qū)動(dòng)第2鎖存器13b，也記錄下與該沿時(shí)刻對(duì)應(yīng)的走時(shí)計(jì)數(shù)器14的時(shí)間值。兩個(gè)鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a、12b在驅(qū)動(dòng)鎖存器的同時(shí)，分別向單片機(jī)15發(fā)出中斷申請(qǐng)；單片機(jī)15從第1鎖存器13a與第2鎖存器13b中讀出兩個(gè)79Hz信號(hào)上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，求出二者時(shí)間差，即可得到兩個(gè)79Hz信號(hào)的相位差，運(yùn)算符號(hào)表示兩信號(hào)相位超前、滯后，同相、反相的關(guān)系。依據(jù)運(yùn)算得到的相位差結(jié)果和運(yùn)算符號(hào)，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器16對(duì)壓控晶體振蕩器8作糾偏。將N次求得的兩個(gè)79Hz信號(hào)的相差值做求和算術(shù)平均，再控制壓控晶體振蕩器8，即可大尺度的調(diào)整伺服環(huán)路的響應(yīng)時(shí)間，控制求和的次數(shù)N，即可控制環(huán)路響應(yīng)時(shí)間的長短。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在被動(dòng)型原子頻率標(biāo)準(zhǔn)中，通過大尺度改變伺服的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)長、短穩(wěn)兼優(yōu)的目的。
2、由于是在一臺(tái)被動(dòng)型原子頻率標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)長、短穩(wěn)兼優(yōu)的目的，所以具有重量輕、體積、功耗小的優(yōu)點(diǎn)。
3、獨(dú)有的伺服單元可以方便地大尺度改變環(huán)路響應(yīng)時(shí)間，且通過直接測(cè)量兩信號(hào)相位的方法，降低幅度噪聲及失調(diào)電壓的貢獻(xiàn)。


圖1為本裝置組成框圖；圖2為伺服系統(tǒng)3組成框圖；圖3為第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖4為第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖5為同步鑒相信號(hào)圖；圖6為被動(dòng)型原子頻率標(biāo)準(zhǔn)長、短穩(wěn)兼優(yōu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
其中1-射頻倍頻器； 2-微波倍頻器；3-伺服系統(tǒng)；4-綜合器；5-控溫器； 6-C場(chǎng)恒流源；7-物理系統(tǒng)；8-壓控晶體振蕩器；9-隔離放大器； 10-79Hz選頻放大；11-方波整形器；12a-第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路； 12b-第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路；13a-第1鎖存器； 13b-第2鎖存器；14-走時(shí)計(jì)數(shù)器； 15-單片機(jī)；16-數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 19-D觸發(fā)器；
具體實(shí)施方式
1、部件選取*79Hz選頻放大10選用OP07。
*第1鎖存器13a、第2鎖存器13b選用SN74F374*走時(shí)計(jì)數(shù)器14選用SN74F161A。
*單片機(jī)15選用AT89C52。
*數(shù)模轉(zhuǎn)換器16選用AD8122。
*D觸發(fā)器19選用SN74F74。
*方波整形器11選用MAX913。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果由圖6可知，在現(xiàn)有被動(dòng)型原子頻標(biāo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖2所示伺服系統(tǒng)原理，在伺服系統(tǒng)3中，發(fā)明方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了在被劫型原子頻標(biāo)中長、短穩(wěn)兼優(yōu)的目標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，由射頻倍頻器(1)、微波倍頻器(2)、伺服系統(tǒng)(3)、綜合器(4)、控溫器(5)、C場(chǎng)恒流源(6)、物理系統(tǒng)(7)、壓控晶體振蕩器(8)、隔離放大器(9)、走時(shí)計(jì)數(shù)器(14)組成；其特征在于伺服系統(tǒng)(3)由79Hz選頻放大(10)、方波整形器(11)、第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12a)、第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12b)、第1鎖存器(13a)、第2鎖存器(13b)、走時(shí)計(jì)數(shù)器(14)、單片機(jī)(15)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(16)組成；各部件之間的連接關(guān)系是
79Hz選頻放大(10)、方波整形器(11)、第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12a)、第1鎖存器(13a)、走時(shí)計(jì)數(shù)器(14)依次連接；第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12b)、第2鎖存器(13b)、走時(shí)計(jì)數(shù)器(14)依次連接；單片機(jī)(15)分別與第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12a)、第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12b)、第1鎖存器(13a)、第2鎖存器(13b)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(16)連接；所述的第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12a)由D觸發(fā)器(19)、第1鎖存器(13a)組成，并相互連接；即D觸發(fā)器(19)，其信號(hào)端與整形后79Hz鑒頻信號(hào)連接，其時(shí)鐘端與5MHz時(shí)鐘連接，其輸出端與第1鎖存器(13a)連接；所述的第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路(12b)由D觸發(fā)器(19)、第2鎖存器(13b)組成，并相互連接；即D觸發(fā)器(19)，其信號(hào)端與79Hz同步參考信號(hào)連接，其時(shí)鐘端與5MHz時(shí)鐘連接，其輸出端與第2鎖存器(13b)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于79Hz選頻放大(10)選用OP07。
3.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于第1鎖存器(13a)、第2鎖存器(13b)選用SN74F374。
4.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于走時(shí)計(jì)數(shù)器(14)選用SN74F161A。
5.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于單片機(jī)(15)選用AT89C52。
6.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于數(shù)模轉(zhuǎn)換器(16)選用AD8122。
7.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于D觸發(fā)器(19)選用SN74F74。
8.按權(quán)利要求1所述的一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其特征在于方波整形器(11)選用MAX913。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種長短穩(wěn)兼優(yōu)的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，涉及一種被動(dòng)型原子頻率標(biāo)準(zhǔn)；由射頻倍頻器1、微波倍頻器2、伺服系統(tǒng)3、綜合器4、控溫器5、C場(chǎng)恒流源6、物理系統(tǒng)7、壓控晶體振蕩器8、隔離放大器9、走時(shí)計(jì)數(shù)器14組成；其中的伺服系統(tǒng)3由79Hz選頻放大10、方波整形器11、第1鎖存驅(qū)動(dòng)電路12a、第2鎖存驅(qū)動(dòng)電路12b、第1鎖存器13a、第2鎖存器13b、走時(shí)計(jì)數(shù)器14、單片機(jī)15、數(shù)模轉(zhuǎn)換器16組成。本實(shí)用新型由于是在一臺(tái)被動(dòng)型原子頻率標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)長、短穩(wěn)兼優(yōu)的目的，所以具有重量輕、體積、功耗小的優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航定位、多普勒測(cè)速、合成孔徑成像、動(dòng)態(tài)跟蹤等領(lǐng)域的被動(dòng)型氫原子頻標(biāo)、被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)、被動(dòng)型銫束原子頻標(biāo)。
文檔編號(hào)H03L7/26GK2762439SQ200420111698
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者雷海東, 王艷, 李超, 余鈁, 金鑫, 管妮娜, 陳云啟, 左毅力, 朱熙文, 胡昌泉, 盛榮武 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所