氫原子鐘的發(fā)展與展望

氫原子鐘的發(fā)展與展望

原子鐘和時間頻率本文從民族政治獨立和國防安全的角度，描述了時間調(diào)整制的重要性，并指出了磁體在精確戰(zhàn)爭時代的作用，這不亞于核武器。文中簡單介紹了原子鐘的工作原理、主要性能指標(biāo)以及國際發(fā)展概況,對現(xiàn)在實用原子鐘的工作與性能做了詳細(xì)的描述,同時也指出了近年來國際上的發(fā)展方向。文章對標(biāo)準(zhǔn)時間頻率信號的傳遞方法與準(zhǔn)確度也做了大致的說明和比較。文章簡略介紹了我國發(fā)展原子鐘和時間頻率系統(tǒng)的概況,指出了四個方面亟待解決的問題。文章強烈呼吁國家加強對建設(shè)我國時間頻率系統(tǒng)和原子鐘的重視,并提出了五條相關(guān)重要謀略的意見。被動型氫原子鐘的未來發(fā)展簡略介紹了氫原子鐘的發(fā)展歷史,著重描述了氫原子鐘,包括主動型氫原子鐘和被動型氫原子鐘,在國外和國內(nèi)的研究進展和工作現(xiàn)狀。對氫原子鐘今后的發(fā)展尤其在我國的發(fā)展進行了展望,指出了為滿足國家戰(zhàn)略需求,在我國加快發(fā)展空間級氫原子鐘的必要性和重要性。最后,簡要介紹了氫原子鐘在某些領(lǐng)域中的特殊作用。定位精度的測定偽距是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本觀測量。偽距的觀測精度直接決定了系統(tǒng)的導(dǎo)航定位精度。本文明確了偽距、鐘差、設(shè)備時延、觀測時刻等基本量的概念和定義,給出了其相互關(guān)系,并進一步探討了設(shè)備時延的測定與偽距精度評價問題。振蕩問題的模擬本文討論了線性二次型調(diào)節(jié)器在GPS馴服振蕩器中的應(yīng)用方法,首先建立了振蕩器的隨機狀態(tài)模型,在此基礎(chǔ)上,討論了振蕩器的線性二次型調(diào)節(jié)器,以及狀態(tài)模型的卡爾曼濾波。并介紹了這種控制算法在一個時鐘二維狀態(tài)模型下的實際應(yīng)用結(jié)果。頻率信號間的精密相位處理在頻率和時間測量、控制、鎖相環(huán)電路及頻率變換、相位噪聲測量以及原子頻標(biāo)的信號處理中,提高精度、簡化設(shè)備等是發(fā)展的方向。傳統(tǒng)的高分辨率處理方法是建立在信號連續(xù)相位(或者頻率)比對處理、頻率的歸一化等途徑的基礎(chǔ)上。這種情況會在一系列新的概念的支持下發(fā)生根本的改變。本文探討了頻率信號間的一些重要參數(shù),包括最大公因子頻率、最小公倍數(shù)周期、等效鑒相頻率(其周期等于兩個頻率信號間出現(xiàn)相鄰的相位重合狀況所發(fā)生的群相位移)、量化相移分辨率(實際上也是等效鑒相頻率的周期)和完全不同于常規(guī)信號間連續(xù)相位處理的周期群之間的群相位變化特征等。它們更適合于高精度的頻率信號處理?？赡苡绊懙竭@方面的技術(shù)發(fā)展。利用任意頻率信號間的周期群形成的群相位差處理、相位干涉現(xiàn)象的捕捉、以及相位重合點的利用等,在射頻范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)相同或者不同頻率信號間的精密相位處理,往往能夠在GHz到THz的等效鑒相頻率下獲得ps甚至fs量級的分辨率。這樣的處理也能夠不受限制地推廣到任意頻率信號的情況。本文詳細(xì)分析和介紹了相應(yīng)概念的內(nèi)涵以及應(yīng)用探討?；诘刃цb相頻率的鎖相技術(shù)為了達到高的鎖相精度,本文提出了一種全新的鎖相理念——將不同頻率信號間等效鑒相頻率的概念應(yīng)用到鎖相環(huán)中,以非常簡單的電子線路實現(xiàn)不同頻率信號間的高精度鑒相鎖相,最終獲得了很高的鎖相精度。cw雷達短期穩(wěn)定度對濾波器的作用本文闡述了頻標(biāo)在CW雷達中重要作用,討論了頻標(biāo)短期穩(wěn)定度對CW雷達測速測距精度的影響,提出了CW雷達選擇頻標(biāo)的基本原則,并分析了濾波器對短期穩(wěn)定度的作用。廣播激勵器方案設(shè)計驗證基于DDS器件的基本特點,本文給出了調(diào)頻同步廣播激勵器設(shè)計思路,并就具體的引腳使用與指令操作進行了初步設(shè)計,證明了方案設(shè)計的合理性。外接儀器的dls轉(zhuǎn)換信號傳輸時延校準(zhǔn)通過自適應(yīng)技術(shù)方案使二級時間服務(wù)器無須外接儀器實現(xiàn)DCLS時間信號傳輸時延的校準(zhǔn),同時可以在傳輸網(wǎng)絡(luò)延時發(fā)生改變時自動測量傳輸延時并自動補償時間延時。石英晶體器件發(fā)展趨勢簡單介紹了石英晶體器件的發(fā)展歷程,對目前國內(nèi)外石英晶體器件的現(xiàn)狀進行了分析,結(jié)合技術(shù)發(fā)展和未來市場需求,探討了石英晶體器件未來的發(fā)展趨勢。150阻濾波器測試結(jié)果介紹了一種采用高基頻晶體制作的150MHz晶體帶阻濾波器,對這種晶體帶阻濾波器的設(shè)計、仿真、制作和測試結(jié)果作了較詳細(xì)的介紹。這種電路的主要特點是:頻率高、較寬的阻帶底部,較小的通帶波動等。動態(tài)溫補晶振的仿真設(shè)計現(xiàn)場可編程溫補晶振是在傳統(tǒng)的溫補晶振基礎(chǔ)上,結(jié)合鎖相技術(shù)及新工藝,研制的用戶可對輸出頻率再設(shè)置一種溫補晶振。本文介紹了現(xiàn)場可編程溫補晶振的仿真設(shè)計。通過對10MHz到300MHz頻率范圍內(nèi)的可編程溫補晶振的仿真設(shè)計,研制了在-55℃~85℃的溫度范圍內(nèi),頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于±2ppm的可編程溫補晶振。研制的可編程溫補晶振采用了DIP14標(biāo)準(zhǔn)封裝,體積為20.4mm×13mm×10mm。100影響晶振性能的因素分析介紹了石英晶體振蕩器的組成及工作原理,并對它的主振電路、幅度放大電路、濾波電路以及恒溫器電路進行了綜合分析。對影響晶振性能的主要因素——頻率溫度穩(wěn)定度和相位噪聲等進行了分析,并給出方案實施的技術(shù)途徑。設(shè)計的100MHz晶體振蕩器測試結(jié)果表明晶振達到了預(yù)期的要求。熱敏電容網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計采用熱敏電容設(shè)計晶體振蕩器的補償網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)的等效電容作為晶體振蕩器負(fù)載電容不受直流電壓的影響,因此,只要電源電壓能滿足振蕩器電路的要求,采用熱敏電容補償網(wǎng)絡(luò)對晶體振蕩器進行溫度補償,就可以實現(xiàn)溫度補償晶體振蕩器低電壓的應(yīng)用。本文分析了熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)模擬溫度補償晶振在低電壓情況下存在的問題,介紹了熱敏電容網(wǎng)絡(luò)補償原理和設(shè)計方法。通過對20MHz小型低噪聲溫度補償晶體振蕩器的試驗,我們獲得了20MHz晶振(體積11.4×9.6×2.0)在+5V電壓下的補償效果,頻率溫度穩(wěn)定性≤±1×10-6(-40℃~+80℃);頻率溫度穩(wěn)定性≤±3×10-6(-55℃~+85℃)。并給出方案實施的技術(shù)途徑。設(shè)計的100MHz晶體振蕩器測試結(jié)果表明晶振達到了預(yù)期的要求。溫度穩(wěn)定性好本文介紹了一種甚高頻寬溫工作的溫補晶體振蕩器。它是在傳統(tǒng)溫補晶體振蕩器研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)而研制成的一種晶振。它不僅具有在寬溫度范圍內(nèi)(-55℃~85℃)頻率-溫度穩(wěn)定度高的特點,而且具有輸出頻率高、體積小、便于生產(chǎn)調(diào)試等優(yōu)點。通過對100MHz~300MHz頻率范圍內(nèi)的甚高頻溫補晶體振蕩器的研制,已獲得了很好的效果,在-55℃~85℃的工作溫度范圍內(nèi),頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于±2ppm。同時,晶振的體積做到了20.4mm×13mm×10mm(DIP14)。種社會雙電阻網(wǎng)絡(luò)溫度補償晶體振蕩器有多種溫度補償方式,本文通過對常用兩種補償方式的比較,介紹了一種改進型雙Г電阻補償網(wǎng)絡(luò)作為寬溫補償技術(shù)。改進型雙Г電阻補償網(wǎng)絡(luò)集成了橋式電阻網(wǎng)絡(luò)和雙Г電阻網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點,在高低溫極值處具有更強的補償能力,通過試驗證明,采用該種補償網(wǎng)絡(luò)的溫補晶振在寬溫-55℃~+85℃范圍內(nèi),頻率溫度