GPS驯服CPT原子钟方法研究

本文针对全球定位系统（GPS,Global Position System）接收机输出秒脉冲（1PPS,1 Pulse Per Second）信号的特点,以及相干布居囚禁（CPT,Coherent Population Trapping）原子钟输出频率信号的特性,设计并实现了GPS驯服CPT原子钟方案.我们建立了适合抑制1PPS信号抖动的卡尔曼滤波模型,通过理论推导和计算获得了相应噪声参数,并采用卡尔曼滤波器与平均滤波器相结合,对CPT原子钟输出频率实施滤波处理,并用GPS接收机输出的1PPS信号实施频率校准,所实现GPS驯服的CPT原子钟输出频率的中短期频率误差降低半个量级,天频率稳定度提高一个量级.     

基于DFT算法的新型CPT原子钟设计

CPT原子钟应用Rb85原子的相干布居囚禁原理,避免了厘米量级的微波谐振腔,使得原子钟的微型化成为可能。采用传统采样比较方式,频率稳定度在百秒稳之后难以驯服。本文介绍了一种以FPGA为主控模块的新型CPT原子钟,并用DFT算法改进了锁定方式提高了系统的抗噪声能力,最后给出了样机测试结果,其千秒稳达到1.96×10-11。     

基于FLOM-PD的集成化光频梳重频锁定技术

为了将光频梳锁定至原子钟以实现光频梳的高精度稳定,提出了一种集成化重复频率锁定系统方案。利用光纤环路光学-微波鉴相器(FLOM-PD)进行光波和微波之间的直接鉴频鉴相。同时,开发了精密反馈控制模块,阐述了其基本原理,搭建了锁定系统,通过高精度频率计采集锁定后激光器脉冲重复频率数据。实验结果表明:该方案锁定后频率短期稳定度和长期稳定度分别达到8.71×10^-12/s、4.95×10^-14/1024 s,实现了整个系统的集成化。     

应用于积分球冷原子钟的窄线宽激光稳频系统

通过调制转移光谱稳频的方式，将外腔半导体激光器频率锁定于⁸⁷Rb原子D₂线超精细跃迁5²S_1/2,F=2→5²P_3/2,F=3，使激光器线宽由自由运转的382.18 k Hz压窄至稳频后的37.94 k Hz。稳频后的窄线宽激光用于积分球冷原子钟的探测光，可以将激光频率噪声对原子钟短期稳定度的影响降低至5.6×10^-14τ^-1/2。     

基于85Rb的微型化CPT原子钟的设计和实现

介绍基于85Rb原子相干布居囚禁(CPT)现象的微型原子钟的设计与实现,系统以MSP430单片机作为主控芯片,实现电流源、TCXO和射频等功能模块,并与CPT原子钟物理部分实现联调与整机封装,实现了高稳定度、低功耗的小型CPT原子钟。整机体积只有31 cm3,功耗为660 mW,测得10 MHz输出信号稳定度约为2×10-10 s-1,4×10-11/1 000 s。系统采用全宽调制在85Rb的D1线实现CPT原子钟方案,可提升CPT共振谱线对比度,提高原子钟稳定度。     

一种小型短时保持时钟模块的设计方法

文章介绍了一种利用 25x20-SMD封装的 50MHzTCXO(温补晶体振荡器)作为频率输入,基于 EFM系列单片机功能实现的小型短时保持时钟模块的设计方法。该模块最终实现封装为 6mm*8mm*2mm,具有封装小、功耗低、锁定快的特点。在外部 GNSS(全球导航卫星系统)接入的情况下,模块能够识别出持续有效的 1PPS(秒脉冲)参考脉冲,并以参考脉冲为基准对内部 TCXO进行频率校准,同时生成本地稳定输出的 1PPS,本地1PPS和来自 GNSS的 1PPS可以实现同步状态。模块本地生成的 1PPS在外部 GNSS持续有效的情况下,可在开机200s以内完成快速锁定,5min实现本地 1PPS时间相位,相对于 GNSS相位差在 100ns以内,TCXO频率准确度输出 ±0.2ppb以内的精准锁定状态。在模块锁定 10min后丢失 GNSS,凭借模块内部 TCXO较好的频率稳定特性,可以常温下实现< 5us/1h的短时保持要求,满足了便携式时钟设备以及车联网时钟短时锁定、短时保持的需求。     

GPS驯服中无偏滑动平均滤波算法的研究

 分析已有GPS驯服中滤波算法的特点,提出了基于GPS的实时频率误差处理及状态估计的无偏滑动平均滤波算法.该方法继承了普通滑动滤波算法低噪声特点,且用线性回归估计补偿了普通滑动滤波算法的偏差,利用该方法滤除频率测量误差中的频率偏差和多通道GPS接收机秒信号(GPS1PPS)的锯齿误差,并预报晶振状态.MATLAB仿真和实际测试结果都证明了无偏滑动滤波算法比普通滑动滤波有效,提高了晶振频率的长期稳定度和准确度,实际系统中恒温晶振OXCO-131的长期频率稳定度的Allan方差提高了约三个数量级,达到3.5E-12/d.     

基于WUM精密钟差产品的BDS-3星载原子钟性能评估

导航卫星星载原子钟的在轨性能直接影响导航系统定位、导航与授时(Position, Navigation and Timing, PNT)服务的精度和稳定性。基于武汉大学MGEX分析中心发布的精密卫星钟差产品，对BDS-3卫星星载原子钟的频率稳定性、钟差预报精度和钟速变化特征开展了分析评估。对GPS III和Galileo FOC卫星的星载原子钟性能开展分析，并与BDS-3的星载原子钟性能进行了对比。结果表明，BDS-3 PHM的平均天稳定度为4.62×10^-15, 7 d钟差预报精度为2.3 ns, 10 d钟率变化为1.79×10^-14 s/s,其长期性能优于GPS III和Galileo FOC星载原子钟。值得指出的是，BDS-3 C19 RAFS的在轨性能远优于其他BDS-3 RAFS。     

基于GNSS和ZYNQ的恒温晶振驯服装置研究

为了提高恒温晶振频率的准确度和稳定度,设计了基于ZYNQ技术的GNSS驯服恒温晶振频标装置。在ZYNQ的PL端采用粗测量加细测量的方法测量时间,PS端使用奇异值剔除与滤波算法对测量数据进行处理,实现恒温晶振频率的驯服和时间跟踪。采用模块化设计和编程,提高了装置的通用性和可移植性。通过实验测试,对恒温晶振驯服前后的数据进行多次比对,结果表明其平均频率准确度达到1.09×10^-12,频率稳定度达到8.56×10^-12,其稳定度提升了两个数量级。     

基于GPS驯服技术的高稳频踪设计

针对高稳定度频标在国民经济发展中有着巨大需求,提出一种基于GPS驯服技术实现的高稳频踪设计方法.与传统的驯服技术相比较,该方法采用数字锁相环加Kalman滤波算法来实现恒温晶振跟踪GPS,综合了GPS秒脉冲的较高长期稳定度和恒温晶振较高短期稳定度的优点,既滤除GPS秒脉冲的随机误差,又解决GPS失锁时恒温晶振无法保持高频率准确度输出问题.结果表明,该方法能够实现了较高的频率准确度和稳定性,输出的频率准确度优于5×10-11,能够用于时间频率的测量基准.     

新型任意阶分抗逼近电路及新型标度方程

介绍并研究一类具有物理可实现性的描述分数算子有理迭代过程的非正则标度方程,提出几种新型分抗逼近电路,并用广义非正则标度方程描述。推广出基于未知参量m,n的一类非正则标度方程,并研究其描述的分数算子有理迭代过程的特性。置换已知分抗逼近电路中元件位置获得4种新的分抗逼近电路,并用相应的广义非正则标度方程描述。研究表明,广义非正则标度方程具有不同的近似解。最后,介绍广义非正则标度方程描述的阻抗函数代数迭代过程的优化方法,基于新型分抗逼近电路,提出几种具有高运算恒定性的任意阶标度分形分抗逼近电路设计方案。设计分数阶微电路仿真实验,验证新型分抗逼近电路的运算性能。     

基于光谱尺度空间与管道滤波的红外目标检测

为了准确地从复杂干扰背景下检测出真实弱小目标,本文引入视觉显著性,设计了基于快速光谱尺度空间与动态管道滤波的红外目标检测算法。基于真实目标与背景内容之间的整体差异,引入快速光谱尺度空间与阈值分割技术,设计视觉显著性机制,对红外图像完成处理,输出全局显著性映射,以高效过滤干扰背景内容。考虑目标与背景的局部特征差异,构建自适应局部对比度增强机制,对粗检测结果实施处理,获取对应的局部显著性映射,改善视觉显著性区域内目标的对比度。引入高斯差分理论,通过估算每一帧红外图像中的目标像素直径,形成动态管道滤波,充分消除虚警,准确识别出弱小目标。多组实验数据显示：较已有的红外目标检测技术而言,在各种不同的复杂背景干扰下,所提算法呈现出更好的检测能力,拥有更理想的接收机工作特性(ROC)曲线。