频率稳定度

摘要： 北斗卫星导航系统装备高精度的原子钟为卫星提供高准确度、高稳定性以及低漂移率的基准频率。在某颗卫星上装备了一台铯原子钟,开机作为热备份提供备份的基准频率,在卫星上配备且提供服务的工作钟为一台氢原子钟。通过对2019年12月6日至2020年5月17日此卫星上每秒一次的主备钟相差采样数据测量值的统计、处理,以及对处理结果的分析,完成了对此卫星上星载铯原子钟的在轨性能评估。通过对处理结果的分析得出,星载铯原子钟在轨表现出的频率准确度、10 s以上的频率稳定度以及漂移率等性能与此铯原子钟在地面的测试结果基本一致。使用主备钟相差采样数据的测量值分析备份铯原子钟在轨性能方法的可行性、可信度很高。国内研发的高精度铯原子钟达到了可以为卫星提供服务的水平。

摘要： 近年来,铷原子频标研究取得长足进展,频率稳定度达到10^(-13)τ^(-1/2)量级.为进一步改善铷频标稳定度性能,本文设计了一种高信噪比物理系统.物理系统中的腔泡组件采用微波场磁力线与量子化轴方向高度平行的开槽管式微波腔,滤光泡和吸收泡独立控温.抽运光源采用了光学滤光和同位素滤光双重滤光方案.本文实测了背景光电流I0和鉴频斜率Kd,结果分别为95μA和7.7 nA/Hz,在此基础上计算物理系统的散弹噪声极限稳定度为7.5×10^(-14)τ^(-1/2).研究结果表明,只要锁频环路的电子学噪声得到有效控制,铷频标的频率稳定度突破1×10^(-13)τ^(-1/2),进入10^(-14)τ^(-1/2)量级是完全可能的.

摘要： 授时是卫星导航系统的基本服务之一,在先进电子设备研制和智能时空信息服务中具有重要作用.针对当前全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)授时方法存在的受地面共视观测站和通信网络限制的问题,本文提出一种基于北斗三号B2b信号的精密单点授时方法(B2b signal based Precise Point Timing,B2b-PPT).该方法利用北斗三号地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星播发的B2b信号,结合双频伪距和载波相位观测值,根据精密单点定位算法实时估算接收机钟差.经过世界协调时(Universal Time Coordinated,UTC)偏差改正和硬件延迟校准后,B2b-PPT接收机对本地时钟进行驯服,从而实现高精度时频同步.基于iGMAS(international GNSS Monitoring and Assessment System)观测站的实验结果表明:使用B2b-PPT方法的单站授时精度为0.58 ns,10 h的频率稳定度为6.9E-15;站间模式的授时精度为0.33 ns,10 h的频率稳定度为1.1E-14.与传统的精密单点授时方法相比,B2b-PPT方法授时精度更高,并且具有成本低、不依赖地面通信网络和分析中心的优势.

摘要： 原子重力测量实验中,需要通过扫频频率源来实现主从Raman激光的线性啁啾,进而补偿原子在自由下落过程中产生的多普勒频移,实现当地重力加速度g的测量。针对传统扫频频率源体积大、发热量大的问题,通过AD9959数字芯片设计了一款扫频频率源,可用作原子喷泉扫频控制和Raman光锁相环鉴频鉴相本振参考。最终通过实验测得:该扫频信号源的相位噪声为-112 dB@1 kHz,频率稳定度为1.38×10^(-11)@1 s,对原子重力仪灵敏度影响为2.81×10^(-9)g/Hz^(1/2),600 s积分时间对原子重力仪实验影响为1.15×10^(-10)g。该系统具有低噪声、高稳定度的特点,可满足搬运式原子重力仪分辨力10^(-10)g需求。研究结果为原子重力仪从原理样机向工程化可搬运实验测试仪器发展提供了一定参考。

摘要： 卫星钟在轨性能评估对于卫星钟差预报与系统完好性监测具有重要作用。利用国际GNSS服务组织发布的事后GPS精密卫星钟差数据,基于频率准确度、漂移率、万秒稳定度及天稳定度对GPS Block IIR、IIR-M、IIF与IIIA 4类卫星的星载钟性能进行评估。结果表明:1)GPS卫星钟的频率准确度与天漂移率分别在10^(-13)~10^(-12)量级与10^(-15)~10^(-14)量级;2)星载铷钟的万秒稳定度与天稳定度分别可达10^(-14)与10^(-15)量级,比星载铯钟的同类指标高近一个数量级;3)新型Block IIIA卫星的星载钟的天稳定度比另外3种类型卫星的星载钟的天稳定度更高,达到(3~5)×10^(-15)的水平;4)无论对于不同系列卫星还是同一系列卫星,各星载钟之间均存在一定的性能差异,这种差异与卫星钟在轨运行时间长短无显著关系。

摘要： 传统的短波发射机功率很大,通过电离层反射天波的运输方式,导致传输距离非常远,在大范围和远距离的覆盖发射中占重要地位。短波发射机的最重要的组成部分就是频率合成器,它通过一些指标可以分析出可靠性的数据,影响发射机的性能。依附着我国的科学技术发展为其创造了良好的技术性条件,从而才能使其生产出来集成度、可靠性和性能都达到高要求的合成器成为了一种可能。在分析了专业技术方面的要求上,在实现短波发射机频率合成器的方式和设计上做了一些叙述。表现了其在政府方面、外交方面、航空方面、军事方面、气象方面、商业方面的涉猎。此功能可以在这些方面传送图片、语言、文字等信息。现如今大数据发展的时代,短波发射机促使了数据时代的到来,尤其在保护国家安全和军事安全方面,它起到了不可替代的作用。为此,世界各国在短波通信方面展开了大量的研究,进而新兴了很多新型的设备。无论是哪一种转播通信设备,都需要频率合成器的参与,它处在一个非常重要的地位。由此,通过对短波通信的研究中设计和实现高频率的合成器以及高频率的合成技术的提高,做出了重要分析。

摘要： 提出了一种使用斜光诱导荧光光谱进行激光稳频的方法,该荧光光谱是通过铯原子束与斜入射激光相互作用产生,具有结构简单、可靠性高的优点。斜光诱导荧光光谱的中心峰的半高宽是可调谐的,在不同入射角度下,分别得到了半高宽为16.3 MHz,18.7 MHz,21.7 MHz,24.4 MHz及26.9 MHz的谱线,这些比单峰荧光光谱(实际测量值为42.5 MHz)的半高宽更加窄。当使用中心峰为24.4 MHz的双峰荧光光谱进行激光稳频时,激光频率波动的峰峰值被限制在70 kHz以内,频率稳定度为2.7×10^(-11)@1s,1.2×10^(-11)@10 s,4.0×10^(-12)@100 s,1.4×10^(-12)@1000 s,优于使用单峰荧光光谱进行激光稳频时的频率稳定度,3.9×10^(-11)@1 s,1.4×10^(-11)@10 s,4.7×10^(-12)@100 s,3.4×10^(-12)@1000 s。该方法有利于提高小型光抽运铯束频标的性能及可靠性。

摘要： 介绍了四大卫星导航系统采用的时间系统,分析了频率标准的时域频率稳定度研究内容、研究方法,推导了其实用计算方法和公式,主要对近十年以来研究GNSS星载原子钟频率稳定度的测算数据进行了梳理和归纳总结,对比分析了各个导航系统星载原子钟的频率稳定度,综合数据表明大部分星载钟天稳均可达到10^(-14)量级,其中GPS星载铷钟和Galileo星载PHM钟稳定性最好。

摘要： 卫星钟差具有非线性非平稳特征,其趋势分量、周期分量等信号与随机分量互相干扰,不利于钟差估计与预报、时间尺度算法等实际应用。为了实现卫星钟差数据的信噪分离与重构,提出了一种以自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)为基础的信噪分离方法。经CEEMDAN分解得到多个本征模态分量,引入排列熵算法确定噪声主导分量与信号主导分量,通过t检验分析分量的高频与低频特征,从而完成信号重构。对各类北斗卫星原子钟进行实验,结果表明,以CEEMDAN为基础的综合分析方法能够准确辨识本征模态分量特征,重构周期项的频谱图中基本不含有不规则周期分量与多余信号;去除周期分量后,4颗北斗卫星原子钟的万秒频率稳定度平均提升21.6%。

摘要： 针对在GNSS卫星钟频率稳定性分析中,数据缺失对稳定度计算结果造成影响及相应处理策略研究不足的问题,分析了不同卫星钟差数据缺失量对频率稳定度计算结果的影响,提出一种数据缺失条件下的卫星钟频率稳定度计算策略。在计算卫星钟频率稳定度时,当所用数据缺失率低于4%时,可以通过拟合一次多项式模型来补充缺失历元的频率数据,然后基于补充后的连续完整频率数据计算该时间段的稳定度;否则,不使用该数据计算稳定度结果。最后,基于所提策略对BDS-3卫星钟频率稳定性进行了评估和分析。结果表明,BDS-3氢钟和铷钟天稳定度比BDS-2铷钟高出一个数量级,BDS-3在轨卫星钟性能在当前所有GNSS中处于先进水平,有效保证了其先进性和高质量的服务水平。

摘要： 全球卫星导航系统由于其优越的性能与用户端低廉的成本在导航定位领域得到了广泛的应用.然而,在一些特定的场景中,当导航信号受到遮蔽或者干扰时.导航接收机就会失去其优越的定位性能甚至不可用.为了提高在弱信号条件下接收机的可用性,通常的做法是延长信号处理过程中的相干积分时间.受限于导航信号的特性,为了达到延长相干积分时间的目的,接收机一般需要来自其他系统的辅助信息,比如地面无线传感网,以及一个稳定的晶振.本文提出一种新的利用导航增强信号实现弱信号长相干积分以达到正常跟踪的策略,在一定的假设条件下,接收机可以完全不依赖于外界辅助信息.利用可在普通模式下跟踪的增强信号,计算出导航接收机晶振的频率稳定度.通过在弱信号跟踪通道补偿该频率稳定度使得相干积分时间可以延长至百毫秒级甚至是秒级,从而实现弱信号的跟踪.

摘要： 汞离子微波钟具有优异的频率稳定度和极低的漂移率,能够实现长期连续运行和小型化,是新一代地面守时和空间应用原子钟的理想选择.现有汞离子微波钟真空系统是由分子泵维持,体积、功耗都很大.为了实现真空系统的小型化,我们研究了吸气泵维持密封真空系统的方法,设计并研制出采用密封真空系统的小型化汞离子微波钟样机,体积为16.4L,重量15.1kg,功耗66W.该样机的密封真空系统已经维持了一年；通过与氢钟比对,测得短期稳定度8×10-13/τ1/2(τ=1～104s),天稳定度优于4×10-15.

摘要： 作为全球导航定位系统维持时间尺度重要的星上载荷,星载原子钟的性能对整个导航系统的性能产生重要的影响.介绍了星载原子钟常用的三个指标定义以及计算方法,采用4年GBM的精密钟差数据逐月分析了GPS、BDS两个系统星载原子钟的准确度、天漂移率、天稳定度,分析了不同平滑时间段内卫星原子钟稳定度性能.除此之外,验证了不同方法对原子钟稳定度评估的影响.结果表明:BDS导航系统星载原子钟频率准确度达到E-11量级,天漂移率和天稳定度均达到E-14量级,MEO卫星钟各项性能优于GEO和IGSO卫星钟,BDS卫星钟各项性能逐年在提高.GPS导航系统星载原子钟频率准确度达到E-12量级,天漂移率和天稳定度在E-14量级,GPS Block IIF卫星钟的天漂移率明显比其他类型卫星钟差一个量级,频率准确度和频率稳定度性能指标与其他类型卫星钟基本相当.

摘要： 本文在分析了高稳定晶体振荡器工作原理的基础上,提出了改善晶体振荡器短期稳定度的方法,通过低噪声主振电路设计、高精度控温电路设计、精密双层恒温槽设计及机电一体化设计等方法,设计研制了一台5MHz超稳晶振(USO)样机,研制的样机经测试短期频率稳定度达到了1.68×10-13/10s、9.5×10-13/1000s(Allan方差)、相位噪声为-121.6dBc/Hz@1Hz.

摘要： 时间基准的建立和维持对于卫星导航系统至关重要,其稳定性影响着卫星导航系统的稳定度和准确度.时间尺度算法是时间基准建立的重要组成部分,其性能优劣影响着导航系统定位、测速、授时等精度.本文首先仿真验证了kalman时间尺度的可行性和正确性,然后验证了FPGA实现该算法的可行性和有效性.根据仿真结果可知,kalman滤波时间尺度的频率稳定度优于原子钟组内任意一台原子钟的频率稳定度;FPGA中量化误差会引起kalman滤波时间尺度的频率稳定度变差;乘法器复用方法能够大大降低kalman滤波时间尺度中矩阵乘法对于FPGA乘法器资源的需求,但是该方法降低FPGA“在线”处理速度;通过控制kalman过程中误差协方差矩阵矢量值的大小减缓kalman增益的收敛速度,从而防止kalman滤波过程趋于发散.

摘要： 高稳定度晶体振荡器通常采用恒温控制方法,将晶体谐振器周围的温度控制在其零温度系数点附近,以达到优异的频率温度稳定度性能,从而实现精密控温的要求.对高稳晶振而言,温度特性也成为影响其短期频率稳定度的主要因素.本文基于对高稳定度晶体振荡器控温系统的分析,建立环境温度、恒温槽温度、电路参数之间的传递函数关系.通过比较控温系统在不同条件下的阶跃响应,选取合适电路参数以及恒温槽结构设计方法,提升高稳晶振的短期频率稳定度.经设计调试,晶体振荡器在-25～+60°C的工作温度范围内能够实现频率温度稳定度小于±3E-10.晶体振荡器短期频率稳定度能够实现<3E-13/1s,<5E-13/10s,<1.5E-12/100s,达到了高稳定度.

摘要： 星载原子钟作为导航信号生成和系统测距的时间基准,为导航系统提供精确稳定的频率源,是卫星导航系统有效载荷的核心部件,其性能直接决定导航系统的导航定位精度,是导航卫星的基础.氢钟因其具有较好的天漂移率,逐渐被应用至导航卫星,北斗二号二期IGSO试验星采用氢钟作为星载原子钟.氢原子钟的频率稳定度、频率准确度与环境温度密切相关,导航卫星在轨飞行时,氢原子钟正常工作的环境温度会随着在轨位置、姿态等变化,从而影响氢原子钟的工作状态.rn 本文介绍了环境温度对氢钟性能的影响,重点分析了北斗二号IGSO试验星氢钟辐射器在光照期和地影期的温度变化,为后续导航卫星氢钟在轨管理提供参考和依据.通过分析，可以看出自氢钟在轨使用以来，无论在光照期还是地影期，氢钟微波腔中部温度的波动范围大约都在51±0.6°C ,最大不超过51±1.20°C可见，北斗二号IGSO试验星采用的氢钟微波腔内部温度控制非常精准，能够保证氢钟的频率准确度和稳定度不因温度因素而出现性能下降，从而保证IGSO试验星的在轨正常运行和导航定位精度。后续将持续关注氢钟在轨期间的温度参数，做好分析研究，为导航卫星氢钟在轨管理提供参考和依据。

摘要： 本文研究了联动的双全保偏飞秒光纤光频梳系统.系统通过使用光延迟线,实现了单光梳重复频率可调,双光梳重复频率差可调的功能.光学部分采用了全保偏结构,提高了系统的温度稳定性和振动稳定性.系统的频率稳定度为4×10-12@1s,相位稳定度达到5×10-10@1s.此外,采用跟踪反馈控制的方法,实现了双飞秒光频梳频率和相位的联动,双光梳频率和相位联动的相关系数分别达到0.99和0.98.联动的全保偏双光梳系统己成功应用在了测距实验中,测量精度可达亚微米量级.

摘要： 一种利用法拉第效应获得高信噪比微波鉴频信号的小型Ramsey-CPT原子钟方案被提出并得到实验的研究,该方案只探测了因Faraday效应得到的与原偏振方向垂直的光分量.研究结果表明利用Faraday效应能够将原子钟的频率稳定度改善3倍,采用所研究的方案可望实现高性能的小型Ramsey-CPT原子钟.

摘要： 我国星载铷原子钟在原理上属于传统型铷钟,其电路更多地使用成熟模拟技术,完成伺服、频综、遥控、遥测和控温等功能.模拟电路存在:电路集成与信号间抗干扰的矛盾,制约了频率短期稳定度的提升;受外界环境温度等变化的影响,制约了频率长期稳定度一致性;在轨遥测精度不足,影响地面对铷钟内部状态的监控等问题.随着数字技术的发展,在现有的成熟数字理论基础上,星载电子产品普遍以FPGA为代表的大规模数字集成电路替代模拟电路;GPSⅢ计划采用全数字载荷;地面上传统和新体制原子钟已广泛地采用了数字技术.与模拟技术相比较,数字技术可通过灵活的软件编程实现相应功能,在电路小型化和信号处理方面具备极大优势.由西安分院研制的星载铷钟攻克了一系列数字技术难题,实现了在国产较低位数的A/D和D/A等器件条件下的数字伺服、数字频综、数字控温、数字遥控、数字遥测等技术的应用.解决了星载铷钟电路的集成度与电路之间电磁兼容性之间的矛盾,实现了频率短期稳定度优于8E-13/(1s≤τ≤100s)的试验结果;电路对环境温度的敏感性降低10倍以上;实现遥测精度提升20倍左右,达到优于1.3mV,满足对铷钟内部参数稳定性准确判读.通过识别单粒子效应对器件的异常影响,分析器件异常对整机的传播链路,采取单粒子效应阈值高的器件降低发生概率,采用三模冗余等措施切断传播链路,实现了数字技术在星载铷钟内的高可靠应用.

摘要： 本发明公开了一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，包括阻抗匹配模块、信号采集模块、数据实时处理模块和相位差及频率稳定度计算模块；包括以下步骤：A、阻抗匹配：两路输入信号经过与采集电路的阻抗匹配，转化为适合的幅度，然后被高速采集电路转化为数字信号；B、高速数据采集；C、数据实时处理；D、相位差及频率稳定度计算。该高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，不仅达到最小计算资源占用下的实时处理，并给上位机处理提供信息完整且数据量小的等效频率数据，而且通过改进计算流程，达到快速且高精度计算相位差及频率稳定度的目的。

摘要： 传统的传送设备，因长期频繁使用，会出现跑偏、磨损等故障问题从而降低物料传输的准确性，增加运作风险。一种基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法，该方法包括以下步骤：（1）利用振动加速传感器采集振动信号；（2）对步骤（1）获取的振动信号按时间序列间隔化分段处理，得到采样点数集合；（3）对步骤（2）获取的振动片段信号，利用同步挤压小波变换对其进行时频分解，得到同步挤压小波变量以及时频图信息；（4）对步骤（3）获取的变量进行选择性提取、还原；（5）利用Hilbert变换计算步骤（4）得到的IMT分量的瞬时频率曲线。本发明申请应用于基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法。

摘要： 本发明公开了一种基于高精度相频分析的频率稳定度测量方法以及系统，该测量方法采用全数字式实现方案，使用多通道高速ADC直接对待测频率源和参考信号源的模拟频率信号执行采样和数字化处理，随后利用数字正交下变频技术实现双混频测量，进而通过高精度相频分析、相位差分计算和频率差分计算得到高精度的频率差分测量序列，计算重叠阿伦方差，从而得到待测频率源的频率稳定度测量。所提出的测量方法避免了模拟和半数字实现方案的设计难度大、开发周期长等缺点；采用高精度相频分析算法相对于目前的数字鉴相器测量方法，降低了对测量系统ADC器件的量化分辨率的要求，降低了硬件成本，并提供了采用更高速率ADC器件以提高系统可测量频率范围的能力。

摘要： 本发明属于相位比对技术领域，尤其适用于不同标称频率的相位比对，具体是数字化相位比对精准获取信号频率及频率稳定度的方法，将相位处理技术在提高频率测量精度的基础上结合现代数字化技术的发展，采用模数转换器(ADC)，作为鉴相器，实现相位间量化处理与幅值相结合，将任意信号的相位比对拓展到相位差群内，以最小公倍数周期为周期，实现标称值不同的任意周期性信号之间的直接相位比对与测量。本发明采用数字化测量技术，利用数字化技术以及周期性信号间相位的关系可以实现不同标称频率信号之间的直接比对，相对于传统的模拟化测量技术具有更好的抗干扰能力，而且不需要频率的归一化处理。

摘要： 本申请涉及电子技术领域的一种频率稳定度测量方法和系统。所述方法包括：对获取的参考频率信号和待测频率信号分别进行隔离放大、频分处理；对参考频率信号的频分信号进行倍频作为DDS时钟源，通过粗测待测频率信号的频率生成DDS频率控制字，从而产生正交两路DDS信号，将待测频率信号的频分结果和正交两路DDS信号作为正交双混频的输入进行正交双混频处理，双混频处理结果进行低通滤波、AD采样、检相、相位解缠处理、滤波后计算被测频率信号与新参考频率信号之间的相位差，根据相位差计算频率稳定度。本方法可以实现同源和非同源的参考频率信号和待测频率信号的频率稳定度测量，同时对于异频信号的频率稳定度测量也较为精确。

摘要： 本发明涉及一种不依赖于铷钟的设备频率稳定度测量方法，基于外同步法采用矢量信号源SMU200A产生输入信号，同时为信号采集设备的时钟模块提供外时钟参考。依据测试原理框图完成测试系统搭建后，利用矢量信号源SMU200A产生与1GHz采样频率相差0.1Hz的输入信号注入信号采集设备，对信号采集设备采集得到的信号数据进行时域绘制，分析时域图得出信号采集设备的频率稳定度达到10‑10的结论。本发明的有益效果为在保障设备频率稳定度测量结果精确可信的基础上，减少了对测量设备(如铷钟、时间间隔计数器等高精度精密测量仪器)的依赖。测量系统易于搭建，且用于分析的数据图例易于理解。

摘要： 本发明公开了一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，包括阻抗匹配模块、信号采集模块、数据实时处理模块和相位差及频率稳定度计算模块；包括以下步骤：A、阻抗匹配：两路输入信号经过与采集电路的阻抗匹配，转化为适合的幅度，然后被高速采集电路转化为数字信号；B、高速数据采集；C、数据实时处理；D、相位差及频率稳定度计算。该高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，不仅达到最小计算资源占用下的实时处理，并给上位机处理提供信息完整且数据量小的等效频率数据，而且通过改进计算流程，达到快速且高精度计算相位差及频率稳定度的目的。

摘要： 一种频率相差和频率稳定度测试仪,由插入振荡器、隔离放大器、混频器、放大整形电路、运算和显示电路组成,其优点是可为用户测试节省一台频率标准,并且具有造价较低和测量精度高的特点,分辨率达0.1毫微秒,准确度达10毫微秒。

摘要： 本实用新型提供一种提高二本振频率稳定度的装置，包括温补频率基准源、倍频器、选频网络、第二混频器、二中频滤波器，温补频率基准源、倍频器、选频网络、第二混频器、二中频滤波器依次连接。本申请中，设置倍频器与选频网络相配合得到二本振，二本振与一中频混频得到二中频信号，针对二中频滤波的器件是陶瓷滤波器(市面上只有455KHz和450KHz这两种频率)，也就不用专门去定做了，解决了该器件的来源问题，同时又提高了二本振的频率稳定度。

摘要： 本实用新型涉及一种频率稳定度的测量装置。包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元；参考信号处理单元分别与鉴相单元和控制单元连接，鉴相单元与控制单元连接，控制单元与计算单元连接；参考信号处理单元被配置为接收来自控制单元的控制信号，并根据控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至鉴相单元；鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至控制单元；控制单元被配置为根据差频信号生成控制信号；将差频信号及测量过程数据传输至计算单元；计算单元被配置为根据差频信号及测量过程数据计算得到被测信号的频率稳定度数据。可以实现频率稳定度的自动测量，且测量精度较高。