调相白噪声对频率传递短期稳定度的影响分析

详细分析了调相白噪声对频率稳定度的影响。经过理论分析,得出了频率传递系统信噪比的开方与稳定度成正比,调制信号频率与稳定度成正比。经过分析得到,在一定范围内,提高激光器光功率可以提高频标传递的稳定度;调制频率和传递系统信噪比是影响短期稳定度的两个重要因素;通过增加EDFA的方法不能提高传递系统短期稳定度,反而每增加4到5个EDFA,稳定度下降1个数量级。     

双时差测量系统及其新的应用

本文通过对双混频时差系统公共源噪声影响的分析,推导出该系統对五种主要噪声的条件公式,该系统对被测源与参考源相对频率偏离度要求的关系式,并对阿仑为双时差测量系统提出的条件公式进行了探讨。本文的分析探讨还在于使用双混频时差系统的自校测量时.当(?)_ιΔt<<1,可以区分频率源的调相白噪声和调相闪变噪声;当(?)_ιΔt>>1,可以测量频率源在极短时间Δt内的频率稳定度;当Δt≈ι,可以测量某些频率源存在的而用阿仑方差不能表征的f_(-3)及F_(-4)型两种噪声。     

利用小波包分解算法进行原子钟信号的消噪处理

高准确度时间在国防、科研等领域正在发挥着日益重要的作用 ,要提高计算原子时的准确度 ,消除原子钟信号的噪声是关键的步骤之一。为此 ,我们利用小波包分解算法对原子钟信号进行了必要的消噪处理 ,这样我们得到了平稳的原子钟信号 ,利用这些数据重新计算国家授时中心原子时TA(NTSC) ,计算结果表明经过消噪处理提高了TA(NTSC)稳定度和准确度 ,可以考虑进一步在我国的地方原子时计算中采用该方法。     

原子钟频率稳定度测试中的噪声处理

原子钟的测量噪声会被引入到频率稳定度评估过程,尤其是对中短期频率稳定度的影响更大。重叠Allan方差可以克服调频闪变噪声和调频随机游走噪声随时间变化出现的非平稳问题,但由于受到测量噪声的影响,评估结果仍会出现误差。为此,本文通过对原子钟的数学模型和噪声特性进行分析,提出了原子钟频率稳定度评估的加窗平滑噪声处理方法,通过对时差观测序列合理的加窗设计和平滑处理,抑制测量噪声对评估结果的影响。实验结果表明,利用铷钟观测序列的100点平滑可以有效地提高短期频率稳定度结果（100~1 000）s的可信度。     

正弦振动条件下原子钟的频率稳定度分析

振动对原子钟(原子频标)的影响可分为对原子谐振的影响、对伺服环路的影响和对晶体振荡器(晶振)的影响.在振动频率范围内,晶振的输出相位噪声只与晶振的加速度灵敏度、峰值加速度和振动频率有关,与静态相位噪声没有关系,但在振动频率范围之外,晶振的输出相位噪声就是其静态相位噪声. 由原子钟的稳定性传递到输出晶振的频率稳定度公式,就可通过伺服环路把晶振的振动分析融入到原子钟的振动分析之中.利用相位噪声转换为阿仑方差的积分公式,根据留数定理推导出直接计算阿仑方差的解析表达式, 得到增加伺服环路带宽可以有效抑制振动对原子钟频率稳定度影响的结论;分析了通过减振和选择加速度灵敏度较小的晶振这2种方法改善原子钟振动性能的问题.      

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10~(-10)τ~(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。     

修正的阿伦方差对调相闪烁噪声的抑制

在时频领域内,普遍采用阿伦方差来表征频率稳定度,但阿伦方差对于调相闪烁噪声的抑制能力有其本身算法的缺陷。提出了用修正阿伦方差来表征频率稳定度,以降低噪声对频率稳定度的影响。分析并研究了修正的阿伦方差对调相闪烁噪声的抑制机理。通过卫星共视时间比对试验,对氢原子钟与原子时标国家计量基准的比对数据进行评估,利用噪声模型对评估结果进行论证。验证了修正阿伦方差对于调相闪烁噪声抑制的有效性。     

铷原子钟温度补偿技术研究

利用直接数字频率合成器AD9852设计并制备了一种铷原子钟的温度补偿电路,该电路能够在不降低铷原子钟输出频率短期稳定度的基础上,有效地减小了`铷钟的温度系数。     

磁选态铯原子钟弱信号直接采样方法研究

磁选态铯原子钟的输出频率与铯束管输出的弱电流信号有关，影响其频率稳定度。为了提高其频率稳定度技术指标，在对磁选态铯原子钟主伺服电路弱信号压频转换（V-F）和模/数 (A/D)直接采样对比的基础上，设计了基于DSP28335芯片的A/D直接采样电路，利用CAN总线通信技术与主控CPU板进行通信，实现整钟闭环锁定的方案。通过试验与被测磁选态铯原子钟现有压频转换法进行对比，结果表明，所设计的A/D直接采样法较压频转换法减小了磁选态铯原子钟相对频率偏差范围，改善了短期频率稳定度，具有实用价值。     

芯片级原子钟数字温控系统设计

随着美国国防部先进项目研究局(Defence Advanced Research Projects Agency,DARPA)对微型定位导航授时技术的提出以及无人驾驶技术的发展,芯片级原子钟的市场越来越受到重视。稳定度是衡量芯片级原子钟性能的关键指标,而温度又是影响芯片级原子钟稳定度指标的重要因素,因此高精度的温控系统是芯片级原子钟稳定度的保障。设计了一种高精度的数字温度控制系统,控温精度为2m K。经过对比测试,使用该系统的芯片级原子钟稳定度较以前有了较大的改善,千秒稳定度从7.57×10~(-12)提高到4.99×10~(-12),处于世界先进水平。     

CPT原子钟微波信号的设计和分析

根据被动型相干布居囚禁原子钟对微波信号的要求,利用小数分频锁相环技术实现了微波频率综合,并通过优化环路带宽得到最佳的输出相噪。测试结果表明:3 417 MHz微波输出在100 Hz处的相位噪声达到-80 dBc;中心频率±50 kHz范围内的杂散抑制达到54 dB,都接近于理论值。将产生的微波用于所研制的CPT原子钟,获得频率稳定度达到1 000 s内6×10-11-1/2,为目前国外商品钟水平。     

A new stochastic model considering satellite clock interpolation errors in precise point positioning

Precise clock products are typically interpolated based on the sampling interval of the observational data when they are used for in precise point positioning. However, due to the occurrence of white noise in atomic clocks, a residual component of such noise will inevitable reside within the observations when clock errors are interpolated, and such noise will affect the resolution of the positioning results. In this paper, which is based on a twenty-one-week analysis of the atomic clock noise characteristics of numerous satellites, a new stochastic observation model that considers satellite clock interpolation errors is proposed. First, the systematic error of each satellite in the IGR clock product was extracted using a wavelet de-noising method to obtain the empirical characteristics of atomic clock noise within each clock product. Then, based on those empirical characteristics, a stochastic observation model was structured that considered the satellite clock interpolation errors. Subsequently, the IGR and IGS clock products at different time intervals were used for experimental validation. A verification using 179 stations worldwide from the IGS showed that, compared with the conventional model, the convergence times using the stochastic model proposed in this study were respectively shortened by 4.8% and 4.0% when the IGR and IGS 300-s-interval clock products were used and by 19.1% and 19.4% when the 900-s-interval clock products were used. Furthermore, the disturbances during the initial phase of the calculation were also effectively improved.     

原子自旋陀螺气室加热电磁噪声抑制实验研究

原子自旋陀螺仪作为目前最新一类陀螺仪,具有超高的理论精度。碱金属气室是原子自旋陀螺仪承载原子自旋的敏感表头。通过电加热使碱金属达到饱和蒸气压,但是电加热过程中会引入电磁干扰等噪声,进而影响原子自旋陀螺仪的精度和灵敏度。为减小碱金属气室加热的电磁噪声对原子自旋陀螺仪的影响,从加热器结构与加热驱动信号2个方面进行了电磁噪声抑制实验研究。设计了具有磁场噪声抑制作用的异形加热膜,使高频正弦波作为加热驱动信号,构建了碱金属气室集成化无磁电加热单元。通过实验验证,系统的等效磁场噪声优于17 fT/Hz1/2,气室内部的温度稳定度优于±0.006 ℃,为原子自旋陀螺仪的性能提升提供了可靠保障。      

基于Push-Push结构的倍频器在铷原子频标中的应用

铷原子频标是各种原子频标中发展最为活跃的 ,由于其独特的外在及内在的特点 ,使其在商业通信、空间导航等领域得到最为广泛的应用。在铷原子频标中 ,倍频电路是影响整个系统长期稳定性的重要因素之一。简要介绍了Push -Push结构的基本原理 ,并且给出了基于Push -Push结构的倍频器的具体实现电路与仿真结果。仿真实验结果表明 ,该种结构设计对改善电路的相位噪声是有十分有效的。最后分析了影响幅度调制噪声与相位调制噪声的因素 ,对上述电路做了进一步的完善。     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

不连续观测数据对计算的原子钟稳定度影响研究

为评估原子钟稳定度,通常采用连续的、均匀的采样数据计算阿伦方差或哈达玛方差。在实际工程计算中,由于观测粗差剔除、测量仪器中断、卫星不可见等原因,经常导致原子钟的观测数据在时间上不连续,给原子钟稳定度评估带来影响。文中比较了不连续观测数据的几种常用处理方法,包括线性插值补齐、B样条插值补齐、不插值直接计算哈达玛方差等方法,分析了各处理方法对阿伦方差和哈达玛方差的计算影响,研究中断数据长度与稳定度评估的影响关系。采用的氢钟观测数据,对不连续观测数据的影响和处理效果进行统计和分析,将稳定度计算结果、计算精度损失比与理论分析进行对照和检验,得出了有益的结论。