铷频标温度系数影响因素分析与改进方法研究

高性能的被动型铷原子频率标准（以下简称铷频标）主要用于恶劣工作环境等特殊领域,铷频标的准确度和稳定度是卫星定位的两项关键技术,铷频标的稳定度包括短期稳定度和中长期稳定度,而中长期稳定度主要由温度系数决定。本文从改善铷频标温度系数的目的出发,全面梳理和分析了影响铷频标温度系数的主要因素,提出零温度系数等高线图优化法和零光频移灯激励电压优化法,并通过改进物理部分结构热设计等措施,优化了铷频标物理部分的温度系数。经试验验证,结果表明整机温度系数约为-2E-14/℃,铷频标的10⁵s稳定度5.52E-15,改善物理部分温度系数的方法和措施是有效的。     

铷频标温度系数影响因素分析与改进方法研究

高性能的被动型铷原子频率标准（以下简称铷频标）主要用于恶劣工作环境等特殊领域，铷频标的准确度和稳定度是卫星定位的两项关键技术，铷频标的稳定度包括短期稳定度和中长期稳定度，而中长期稳定度主要由温度系数决定。本文从改善铷频标温度系数的目的出发，全面梳理和分析了影响铷频标温度系数的主要因素，提出零温度系数等高线图优化法和零光频移灯激励电压优化法，并通过改进物理部分结构热设计等措施，优化了铷频标物理部分的温度系数。经试验验证，结果表明整机温度系数约为-2E-14/℃，铷频标的10⁵s稳定度5.52E-15，改善物理部分温度系数的方法和措施是有效的。     

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。     

一种低温度敏感性铷频标物理部分研究

物理部分是原子频标的核心部件,对温度变化比较敏感。因此,温度敏感性是铷频标稳定度提高的一个重要限制因素。以一种改进型铷频标物理部分为研究对象,在分析温度波动对铷频标稳定度影响的基础上,提出了改进铷频标物理部分温度敏感性的措施。通过试验验证,这些措施能够有效地降低铷频标物理部分温度系数。     

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。     

星载铷原子钟物理部分热设计

星载铷原子钟物理部分作为星载铷原子钟的重要组成部分,其热设计在很大程度上决定了星载铷原子钟的性能与使用寿命。应用Flotherm软件对铷原子钟物理部分进行建模、仿真求解,对热设计进行优化,满足了星载铷原子钟物理部分设计要求。     

铷频标物理系统的改进研究

物理系统是铷频标的核心部件,通过分析影响频率稳定度的因素,对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用分离滤光的三泡结构,增加了光学滤光技术,此外,物理系统还选用了磁控管微波腔。经测试,改进后的铷频标温度系数为9.7×10^-14/℃,频率稳定度约为1×10^-12/τ（1s≤τ≤10 000s）。     

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。     

一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现

分析了倍频器对芯片原子钟稳定度指标的影响,并以此提出了对倍频器的设计要求。介绍了国内外几种典型的原子钟倍频器,提出了一种基于撞-D调制的芯片原子钟专用锁相倍频器方案,并采用分离器件对该方案进行了验证,实现了与传统铷钟物理系统的闭环锁定,铷原子频标稳定度指标达4.7E-12/s,能满足原子钟的研制需求。基于该方案开展了倍频器芯片的设计和流片,实现了3.4GHz的芯片原子钟专用芯片,与物理系统进行联调锁定后稳定度指标达5.5E-11/s,表明该芯片可满足芯片原子钟的设计要求。     

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%。     

导航卫星原子钟舱温度控制方法及其验证

原子钟是导航卫星的重要组成部分,可为卫星系统提供高准确及高稳定度的时间频率源.原子钟工作性能与环境温度变化密切相关,为保证其在轨连续、稳定运行,热控系统需为其提供良好的工作温度环境.本文以某导航卫星原子钟舱温度控制为研究内容,给出原子钟舱热控设计方案、控制算法,并进行仿真分析和试验验证.在轨遥测数据表明,卫星原子钟舱热控方案和控制算法设计合理,仿真分析及试验结果有效,各原子钟在轨工作温度满足要求,原子钟温度稳定度满足并优于设计指标近一个数量级.     

铷光谱灯老化自动测试设备研制与应用

介绍了铷光谱灯老化自动测试设备的研制与应用,应用ATE技术实现了铷光谱灯的批量老化及长期自动测量,为筛选评估提供数据,解决了高性能铷原子钟的产品化研制和小型铷原子钟批量生产中的重要问题。系统功能完善、测量准确度高、软件界面清晰、操作简单,有效改进了铷原子钟研制生产的工艺水平,提高了研制生产过程的信息化程度。     

铷钟物理部分抗力学性能试验研究

对铷钟物理部分特征频谱试验、破坏性随机振动试验和随机与冲击响应谱分析试验进行了设计,完成了试验验证,给出了试验结果及结论。