空间用原子频率标准

现在,使用卫星导航系统的用户可获得非常高的定位精度,这在很大程度上是由卫星有效载荷的原子频率标准(AFSs)决定的。原子频率标准产生于50年代,主要用于实验室,现在原子频率标准的性能和可靠性都有很大的改进,许多卫星系统都携带有原子频率标准,如美国的全球定位卫星系统(GPS)、俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)和美国的军用战略战术中继卫星(MILSTAR)均载有原子频率标准。为测试相对论的预测,导致了氢激射器(氢钟)的在轨飞行。对于精确的可靠性研究来讲,在轨飞行的几百个原子频率标准的基数还是较小的。在过去三十年里,由于电子工业的成熟和空间级原子频率标准制造技术大踏步地改善,星载原子频率标准的性能也有了很大的改善。本文对空间系统的原子频率标准的历史进行了回顾,我们将对现在不同空间系统所用的、不同种类的空间级频率标准及其主要性能进行简要评论,并且对超级原子频率标准在将来的空间应用进行讨论。     

超微型铷原子频率标准

基于在已有频率标准的基础上开发一种最小的原子频率标准,我们研制了一种多用途的超微型铷频率标准。本文阐述了该频率标准的设计思想中的细节和迄今为止所获得的实验数据。这种铷频率标准采用了新的电路及结构设计。它具有以下部分:一个内含绝缘材料的圆柱形TE111微波腔的超微型物理结构;一个用作附加振荡器的IT切割晶体;先进的伺服电路采用取样保持技术和简化的有向装配结构,另外还采用了集成谐振元件。 综合以上特点,结果是该铷频率标准有非常小的体积(0.4升)和非常轻的重量(0.6公斤),从而使其可以轻易地装入各种系统。 我们做了一些重要的实验以证明这种设计思想的可行性。尽管在体积上有相当大的削减,但铷频率标准的的性能没有改变。从这些数据中可看出,频率标准的高性能水平与结构紧凑、重量轻可兼得。     

基于CORDIC算法的半球谐振陀螺信号相位跟踪和解调

设计了核心算法分别为查找表法和CORDIC算法的两种半球谐振陀螺(HRG)的相位跟踪器。研究分析发现,以CORDIC算法为核心的相位跟踪器更适合FPGA数字控制方案,有资源消耗低、不需要外接存储芯片等优点。     

石英晶体测试中的π网络零相位检测技术

为了提高石英晶体谐振器谐振频率的测试精度,对p网络相频特性进行了研究,得出了p网络两端相位差与石英晶体谐振频率偏差的数量关系,在此基础上设计制作了p网络零相位法石英晶体测试实验系统,在1～120MHz的测试范围内,串联谐振频率的测试精度达到2ppm,重复测试精度高于0.3ppm。所设计零相位法石英晶体测试实验系统符合国际标准,性能指标优于目前国内使用的阻抗计型测试仪器。     

遥测天线升降机构谐振频率测试方法的研究

研究设计一套遥测天线升降机构谐振频率的测试方法。经测试,遥测天线升降机构不会与天线发生共振,遥测天线谐振频率约为18Hz,升降机构垂直方向的最低谐振频率为12.82Hz,侧向方向的最低谐振频率为25.64Hz,前后方向的最低谐振频率为38.46Hz。     

一种适用于大频偏和低信噪比条件的频率估计器研究

为了实现对大频偏和低信噪比条件下信号载波频率快速估计,在比较现有常用估计器基础上,提出一种改进频率估计方案,可以将估计器估计范围提高到数据速率的一半而噪声性能接近MCRB下界。通过仿真和硬件实现,验证了改进频率估计器对大频偏和低信噪比的适用性。
     

原子频标技术及其进展

本文概述了原子频标技术的发展,给出了各种实用原子频率标准的目前现状以及它们性能指标的最新结果,对有前景的新型原子频标的研究进展也进行了介绍与评述。     

一种低信噪比下MPSK的载波频率同步方法研究

针对卫星通信中常用的多进制相移键控调制(MPSK)信号,在无导频数据且不考虑编码辅助条件下,对一种低信噪比、大频偏的联合载波频率估计方法进行了研究。将FFT频谱细化方法与Fitz法进行联合设计并优化,先用FFT频偏估计细化算法粗略估计频偏,使之处于Fitz的范围内,再用Fitz法对经一次补偿的信号进行精细估计,将二次补偿后的信号送二阶锁相环路实现载波同步,并对频偏补偿环路在低信噪比下的稳定性进行设计和优化,给出了优化流程。在Matlab/Simulink仿真平台上对8PSK信号进行仿真,验证了算法可实现在宽带范围内8PSK调制信号的载波频率同步,且同步门限降至6dB。     

无源时差跟踪器与单机无源定位技术

为使反辐射技术对目标进行快速定位 ,研制了无源时差跟踪器。该跟踪器无需任何机械伺服系统。无源时差跟踪器实测角跟踪精度小于 0 .5°,时差测量误差为 0 .0 0 2ns ,视线角速度测量误差小于 3.6 % ,可测定目标至两个天线的多普勒频率差、相位和相位变化率 ,满足单机实时快速无源定位技术运算的需要。     

GPS信号的码相位与多普勒频率联合捕获

分析了PMF FFT码捕获算法在不同频偏下的性能,针对其频率估计精度较低引起的部分频偏下的检测性能下降,提出了一种改进的码相位与多普勒频偏联合捕获方法。首先基于部分匹配滤波(PMF)相关算法得到一组匹配滤波输出;然后在PMF FFT算法基础上提出了一种利用FFT幅度差求解的低复杂度高精度迭代频偏估计算法,并利用此高精度的频率估计值补偿PMF输出,进行相干检测,从而在提高频率估计精度的同时提高了信号的检测概率,实现了高精度的频率估计与码相位捕获的联合处理。仿真结果表明检测算法可以有效改善频偏估计精度,提升检测概率,并且具有极低的复杂度。     

一种用相位噪声测试系统的测量频偏方法

介绍一种应用相位噪声系统测量频偏的基本原理和测量方法,以及测量方法的误差分析.这种测量方法可直接在微波频率范围内进行,可以完成高调制频率(高于300kHz)和低调制系数(m<0.3)的频偏测量.     

快速跳频中的频率同步

主要介绍了利用DFT运算估计出收发偏差,并把估计出的频差补偿到DFT运算中去来减少收发频差对解调的影响,从而达到频率同步。还提出一种称为差分估相解调的解调方式对存在频偏的FFH—DBPSK信号进行解调。     

低温石英天平在材料放气污染特性测试中的应用

研制了适用于ASTME 1559航天器材料放气污染特性测试标准的低温石英晶体微量天平,天平的谐振频率可以为5MHz、10MHz和20MHz,能够在82K的低温下工作。文章对天平的输出频率稳定性、质量灵敏度和低温凝结效应进行了测量,结果表明该天平在各个方面均能满足ASTM E 1559标准测试要求。     

膜片谐振式微波滤波器的优化设计

文章介绍了一种窗口谐振式微波滤波器的优化设计方法:由广义切比雪夫带通滤波器的原型参数,导出各并联谐振电路的有载Q值和谐振频率f0。采用模式匹配法计算出各个谐振膜片的S参数,进而导出谐振膜片的有载Q值和谐振频率f0,建立目标函数,通过优化获得满足原型要求的各个谐振膜片的尺寸。设计了14.25GHz谐振膜片带通滤波器,将结构代入模匹配程序、HFSS软件进行分析,分析结果与预期值一致,说明该种设计方法是有效的。     

一种基于训练符号的OFDM系统同步新算法

提出一种基于训练符号正交频分复用系统的时间频率联合同步算法。算法构造了每个载波上传输PN序列的训练符号,利用训练符号良好相关特性实现了定时估计和粗频偏捕获,再使用ML估计算法进行细频偏估计。仿真结果表明,在多径信道和加性高斯白噪声信道下,新算法定时估计和频偏估计误差小、计算复杂度低。     

白沙导弹靶场遥测跟踪系统的改进

提要白沙导弹靶场遥测跟踪系统由十台自动跟踪器和四台人工操纵的跟踪器所组成。这些跟踪器工作在1435～1540兆赫和2200～2300兆赫的频率范围内。两个遥测搜索系统(TAS)使用24英尺的抛物面天线,安置在固定的阵地上。一个6英尺的抛物面天线系统原来是活动式的,现已改装成固定阵地系统。七个可移动遥测搜索系统(TTAS)使用8英尺的抛物面天线,可以安放在靶场内或靶场外,与一个活动式的微波中继站一起来保证靶场试验。这七个可移动遥测搜索系统中的射频分系统已经小型化并与馈电组件组装到一起,大大提高了自动跟踪的可靠性。由于白沙导弹靶场内两个机构的共同努力,这七个可移动遥测搜索系统和两个遥测搜索系统的数字式随动跟踪能力已有提高。跟踪系统接口装置(TSI)的硬件和软件都是由设在白沙导弹靶场的仪表管理局自行研制的。国家靶场管理局数据搜集科的遥测分部把TSI连接和安装到跟踪系统上。跟踪系统接口装置(TSI)使用了两台Z80微处理机,能够按下列两种模式之一转换雷达测量的数据。第一种模式要利用白沙导弹靶场的实时计算机组UNIVAC 1108将雷达测量的XYZ数据转换成表示阵地位置的方位和俯仰角数据。第二种模式工作时,遥测跟踪器能直接接收雷达XYZ数据,并自行完成坐标转换。TSI的另一个特点是具有测试模式,进行自检、伺服测试和系统准备状况的测试。     

支撑介质对端射长螺旋天线的影响

对于螺旋天线，往往要用到支撑介质，而支撑介质对天线电性能的影响是不可避免的。文章重点研究支撑介质的介电常数、介质厚度等与端射长螺旋天线的增益、半功率波瓣宽度、最大增益对应的谐振频率的关系。并根据介质与谐振频率的关系，提出了抵消介质对天线频移影响的措施。     

基于载波多普勒的高稳定度GNSS时钟驯服方法

为了充分利用高精度的GNSS载波相位观测量实现对本地时钟高稳定度的驯服,文章提出一种基于GNSS载波相位观测量的GNSS驯服时钟方法,其驯服后的本地时钟频率稳定度高,长稳接近GNSS卫星的星载原子钟水平。该方法首先利用4颗以上卫星的载波多普勒来估计本地时钟与GNSS卫星时钟的频偏;再用三阶锁频环对频偏进行滤波;最后用滤波后的频偏控制本地时钟的压控晶振或数字控制振荡器,以修正本地时钟的频偏。以氢钟作为思博伦GNSS模拟器和PicoTime阿伦方差测试仪的外参考输入时钟,[JP2]以高稳晶振为频率源的GPS接收机接思博伦GNSS模拟器的试验结果表明：该时钟驯服方法可将100s后的时钟稳定度从自由运行状态的1×10-11量级,经驯服后优于1×10-12量级,性能比肩GPS星载原子钟,具有较高的工程应用价值。文章所采用的方法可使驯服高稳晶振替代造价昂贵的星载原子钟,作为低轨导航增强星座的高稳定度频率源,且具有低成本、低功耗、轻质量等优势。     

谐振式传感器高精度频率测量技术研究*

随着MEMS振梁加表、振梁压力传感器等谐振式传感器精度的提高,对频率测量精度的要求也随之提高。现有的测频技术通常采用单片机内置的输入捕获及中断功能,与实际需求的测量精度差距较大。提出一种基于FPGA的高精度频率测量方案,在5ms的采样间隔下实现1ppm的相对频率测量精度,满足高精度谐振式传感器的精度要求。     

AD9852在小型铷频标频率综合电路中的应用

文章概述了一种利用DDS芯片AD9852实现铷频标频率综合电路的方案,给出了具体结果。这种电路方案具有较高的调节能力,可用于小型铷原子频率标准。