一种GPS校准的数字式高精度守时钟

晶振老化是影响时钟守时精度的最主要原因,一般的解决方法是采用GPS校准锁相环微调压控晶振的振荡周期进行补偿的电路方案.介绍了一种由固定频率晶振驱动的分频比可精细微调的基于加法器的时钟电路.提出了一种新颖的基于该时钟电路,采用GPS接收机、单片机、可编程逻辑器件和TDC构成的全数字化守时钟电路方案.该方案具有守时精度高、全数字化设计、简单和便于集成等优点,特别适合于只校时不锁频场合.最后以一个守时精度为1毫秒/日的守时钟为例说明了该电路的设计方法和步骤,给出了实测结果.     

分布式网络时钟同步研究

为了实现分布式测控系统的时钟同步,提出了基于物理层物理介质无关接口的时钟同步方法。详细分析了分布式网络主从节点间实现时间同步的过程,提出了基于介质无关接口的时间服务单元的设计。在时间服务单元准确获取网络数据帧离开和到达时刻的基础上,实现了各从节点相对主节点的频率偏差修正,通过往返法测量链路时延,通过实时计算交换时延补偿交换时延的不确定性,从而实现了主节点到从节点的高精度时间同步。针对分步式网络的特点,在时间同步的基础上提出了基于时间信息的同步触发方法。试验证明,基于介质无关接口的开环时间传递能够实现25 ns的高精度时钟同步。     

钙离子光时标守时技术研究

近年来光学频率标准(光钟)技术快速发展,国际时间频率咨询委员会计划于 2030 年用光钟重新定义“秒”,并提出了 技术路线,光时标的研究也成为时间频率领域的研究热点。 利用钙离子光钟驾驭微波氢钟,开展高精度光时标信号 TS(Ca + )产 生技术研究。 结果表明,钙离子光钟准连续稳定运行率可达 87% ,稳定度达 8×10 -17 / day。 对光钟和氢钟的频率比对测量分别 采用微波频率锁定方案(上转换)和光生超稳微波方案(下转换),上转换方案引入了并放大了噪声,测量数据比氢钟稳定度差, 而下转换方案产生超稳微波,测量数据频率稳定度与氢钟几乎重合,实现了光钟对氢钟的准确测量。 将测量得到的频差数据直 接置入相位微跃计,产生光时标 TS(Ca + ),独立运行的光时标 TS(Ca + )在一个月内与 UTC 偏差保持在 0. 6 ns 以内。 研究成果 为报送秒定义数据和驾驭自由原子时 TAI 提供技术基础,为提升我国光时标守时能力提供了宝贵的技术支持和工程经验。     

GPS时钟源在控制系统中的应用

本文主要介绍NANO-200 GPS时钟同步系统在化工企业自动控制系统中的时钟同步应用.介绍NANO-200GPS主时钟的系统组成及系统自身的搭建过程.另外介绍主时钟系统在DCS系统、SIS系统以及一般PC上的配置过程.本文所例举的DCS系统为横河的CS3000系统,SIS则是TRICON V8～ V10系统,PC的配置是基于Windows XP以上系统的一般配制方法.     

锶原子光钟闭环控制系统的设计与实现

为了实现~(87)Sr原子光钟的闭环运行,根据将超稳激光频率锁定在钟跃迁超精细能级自旋极化谱双峰中间的锁频原理,设计和实现了锶原子光钟闭环控制系统。首先,详细分析了~(87)Sr原子光钟闭环运行的具体需求,包括冷原子制备及钟跃迁探测、闭环锁定等阶段中所需要的控制信号及其时序;然后,根据该需求设计了时序控制和频率控制的物理系统;最后,利用LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI硬件系统设计了~(87)Sr原子光钟的闭环运行的自动化控制程序。实验结果显示,采样时间为3 000 s的光钟频率稳定度为5.7×10~(-17),拟合得到的环内稳定度为5×10~(-15)/τ~(1/2),表明该控制系统的精度符合锶原子光钟的闭环运行要求。     

液压系统压力信号无线数据传输优化

针对现有系统数据吞吐量低、采样频率低而无法满足液压系统压力测量要求的问题,通过详细分析其采样传输过程的原理,提出对采样数据打包、改进SimpliciTI协议、提高微控制器时钟频率和合理调整采样时间等方法来提高系统数据吞吐量。最后,分别用标准三角波信号和实际液压系统的压力信号对优化后的系统进行了性能测试。结果表明,系统的数据吞吐量可达76.8kbit/s,且数据采样均匀性良好。     

NIM5 驾驭氢钟守时能力分析

时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合 PNT 体系的重要基础。 为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时 标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处 理,分别产生了自主型时标和溯源型时标。 通过国际原子时合作链路将两个时标与协调世界时进行了长期比对实验,结果表 明:2021 年 12 月~2022 年 12 月期间,两个时标的时间偏差均优于±4 ns、频率稳定度均优于 8×10 -16 / 5 d。     

基于FPGA的Read First模式双口RAM数据延迟器的设计!

基于FPGA的双口RAM数据延迟器通常是在No Change模式下实现的,但在该模式下,系统的时钟频率需是信号频率的两倍。在Read First模式下实现了双口RAM数据延迟器,其系统时钟频率等于信号频率,从而降低了所需系统时钟频率,且该模式下的双口RAM数据延迟器节省了RAM块数量和逻辑单元等FPGA资源。     

冷原子光栅磁光阱的研制及 CPT 信号的探询

相干布居囚禁原子钟在小型化方面具备不可替代的优势。 由于热原子气室内部高压缓冲气体的限制,导致其频率稳定 度仍有进一步提升的空间。 利用激光冷却原子技术作为替代,可以有效提升其中长期性能。 然而,目前的冷原子物理系统仍然 相对复杂,不利于原子钟整体系统的集成化和小型化。 我们研制了高衍射效率光栅芯片、平面磁阱芯片以及微小型真空腔室, 共同构建基于平面核心器件的磁光阱,利用单光束捕获冷原子 2×10 6 个。 此外,为了简化 CPT 冷原子钟的激光系统,通过单激 光结合时分复用系统的方式,仅用单一 Rb D2 线激光实现了原子冷却与 CPT 探询。 以上的工作为将来实现微小型化高性能冷 原子 CPT 钟的最终锁定和性能评估奠定了重要理论和技术基础。     

A Clock Oscillator Synchronized with a Power Network

A circuit of a clock oscillator is proposed, whose frequency and phase are synchronized with an industrial 50-Hz power network. The synchronization with the network reduces the effect of network-interference impact on signals of low-power sensors during their reproduction, measurement, and processing. The device, which was built using several STTL chips, is a frequency multiplier that is based on a phase-synchronization system with a frequency divider in the feedback loop. Due to the phase–frequency principle of the error-signal formation, the danger of capture at multiple frequencies is eliminated and an extended synchronization band is achieved without parasitic frequency modulation of the generated pulses. The device is powered with a +5-V source and has a synchronization band of ±25% of the rated network frequency. The frequency multiplying factor, which in the described embodiment is 65536 (the clock frequency is 3276.8 kHz), can be set arbitrarily via a conjugate change of the frequency-divider modulus and the oscillator center frequency.     

RFID读写器的电路设计的实现及其测试

RFID通过射频信号进行非接触式的双向数据通信,可以实现物与物之间的自动识别。传统设计中的循环冗余校验(CRC)电路在处理数据流移时,会增加时钟延迟,降低了效率,通过对CRC运算过程做一些递归变换,找到一种消除时钟间隔的电路设计方法;在射频收发模块(RF)电路设计中,对其锁相环电路、功率放大电路设计以及双通道检波接收电路进行了重新设计。测试结果表明,RFID的识别效果良好。     

Microwave cavities for vapor cell frequency standards

In this paper, we report an analysis of the design criteria of microwave cavities for vapor cell frequency standards. Two main geometries exploited in those devices are considered: the cylindrical cavity, used, for example, in the coherent population trapping maser and in the pulsed optically pumped (POP) clock, and the spherical cavity used in the isotropically laser cooled clock. The cavity behavior is described through a lumped equivalent circuit in which the input coupling loop, the dielectric cell containing the atoms and the diodes for frequency tuning or Q control are taken into account. In particular, the effect of the cell on the cavity resonance frequency is analytically evaluated via a first-order perturbation approach. The theory is found in good agreement with the experiments performed with two different cylindrical cavities used for the POP clock; the model here developed can then be helpful in the design of the cavity system. The general principles here reported can be adapted to other standards, such as atomic fountains and hydrogen masers, and to other modes and/or geometries.     

高精度声呐信号预处理系统的改进与实现

针对高精度声呐信号预处理系统中出现的时钟频率选择及过控问题进行了研究.在对多次实验结果进行观测和研究的基础上,利用傅里叶变换法,以AGC的控制特性为依据,分析了窄带带通滤波器的幅值延迟效应及上限比较器输出脉宽不确定性对系统的影响.相应地对高精度声呐信号预处理系统进行了改进并予以工程实现,给出了AGC时钟的最优选取准则,去除了前述因素对系统的不利影响.测试结果表明,改进后的预处理系统工作稳定,完成AGC的时间显著缩短.     

基于粒子滤波算法毫米波误差综合估计

5G毫米波通信因其高载波频率和速率而备受关注,成为了未来移动通信的研究热点。然而,在毫米波通信测试仪器设计中,通常采用多次倍频的方法为毫米波基波混频器提供毫米波本振,这个过程中附加产生的相位噪声、载波频率偏移和采样时钟偏移等误差,会造成系统解调指标恶化。为了解决这一问题,本文首次提出了一种基于粒子滤波算法的毫米波误差综合估计的方法,利用粒子滤波算法良好的鲁棒性和适应性,可一次性估计出相位噪声、载波频率偏移以及采样时钟偏移。通过仿真与实验分析,本文算法相较于传统PTRS相位噪声估计效果更好,EVM指标更优。并且本文所提算法已应用于国产5G毫米波基站综测仪中,在载波频率为28 GHz,带宽为400 MHz,调制方式为64QAM时,EVM指标可达到2.21%。     

Effects of burst detection and analysis upon turbulence measurements for laser Doppler anemometry

This study shows that for turbulence measurements made using laser Doppler anemometry, errors associated with the frequency analyzer's resolution can be present. Since all analyzers are based upon some digital clock, the minimum clock cycle is proportional to the finest frequency resolution (f_r) possible. It was found that if the frequency histogram spaned less than 16f_r for ±3σ, then the calculated values for all of the Reynolds stress tensor components will be in error. This was observed for a counter system and a correlator system. The correlator system interpolated to less than one clock cycle, but the interpolation did not seem to help in the elimination of the errors.     

基于 PPP 和共视技术的改进 PPP 时间频率传递方法

PPP 时间频率传递技术是高精度 GNSS 时间频率传递技术之一,且具有精度高、范围广、低成本等特点,而共视时间频 率传递的站间差分能够消除卫星钟差和削弱电离层、对流层等路径误差,本研究结合两种方法的优点实现了一种改进 PPP 时 间传递方法。 实验选取了 5 个连接 UTC(k)和 1 个外接高精度氢原子钟的 IGS 测站,建立了零基线、短基线和长基线链路评估 该方法的时频传递性能,实验结果表明,以 IGS 最终钟差产品为时间参考,改进 PPP 时间传递精度相比 PPP 提高了 2. 55% ~ 17. 78% 。 零基线链路频率稳定度达到 2. 0×10 -17 / 600 000 s,且不切换共视星时,其短期频率稳定度优于 PPP,长期频率稳定度 与 PPP 相当;非零基线链路中各链路的改进 PPP 在时间间隔 10 000 s 以后的频率稳定度相对于 IGS 最终产品和 BIPM PPP 有 10% 左右的提升。     

OLED微显示器的原子扫描策略

为了实现2K及以上超高清微型显示器的高效率高性能扫描,建立了微型显示器的原子扫描模型。对该模型采用的数学矩阵、基于分形延伸的植入运算进行研究,提出了原子扫描策略并推导了原子扫描序列。首先,对现有的PWM(脉冲宽度调制)扫描策略进行扫描性能分析。然后,在分析比较几种扫描策略性能的基础上,说明原子扫描是实现较优性能的最佳选择。实验结果表明:对于256级灰度,采用32位子空间,8位权值比为128∶64∶32∶16∶9∶4∶2∶1的原子扫描策略具有较好的线性度和较高的传输效率。在分辨率为1 600×1 600的原子扫描方案中,时钟频率为50MHz,帧频可达90Hz,线性度接近99.8%,传输效率高达100%,基本满足超高分辨率扫描系统中高帧频、较低时钟、高线性度的要求。     

NIM-Sr2 锶原子光晶格钟物理系统研究

锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。 中国计量科学研究院在第 1 套锶原子 光晶格钟 NIM-Sr1 的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第 2 套锶原子光晶格钟 NIM-Sr2。 NIM-Sr2 的物理系 统在量子参考体系制备、钟激光探寻及系统频移评估等方面进行了重新设计。 在原子炉和磁光阱之间新增真空差分结构,使原 子炉的运行对磁光阱区域真空压力的影响降低到 1×10 -8 Pa;将塞曼减速器中的通电线圈替换为永磁铁,优化了水冷反亥姆霍 兹线圈的缠绕方式,并向外延伸塞曼减速器通光窗口,把磁光阱区域环境温度的不均匀性降低到了 0. 166 K。 系统频移评估表 明,这些物理系统的改进显著减小了 NIM-Sr2 的系统频移不确定度,达到了 7. 2×10 -18 。     

基于FPGA的数字钟电路设计

数字钟是典型的电子电路的应用,而基于FPGA的数字钟电路具有更大的灵活性和通用性。以QuartusII软件为设计平台,进行了基于FPGA的数字钟电路的方案设计、程序设计输入、编译和仿真等操作,比较完整地说明了数字钟电路的设计过程、功能和可编程逻辑器件设计的操作流程。     

基于FPGA的数字钟电路设计

数字钟是典型的电子电路的应用,而基于FPGA的数字钟电路具有更大的灵活性和通用性。以QuartusⅡ软件为设计平台,进行了基于FPGA的数字钟电路的方案设计、程序设计输入、编译和仿真等操作,比较完整地说明了数字钟电路的设计过程、功能和可编程逻辑器件设计的操作流程。