一种基于GPS的频控发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于GPS的频控发生装置，包括VCXO模块、射频信号产生模块、量子系统、伺服环路模块和压控修正模块，所述量子系统包括光谱灯模块、高速开关模块和量子鉴频模块，还包括用于检测所述逻辑门阵列中一非门节点处信号周期T1的频率信号检测模块，所述频率信号检测模块将计算出的关于量子系统的时间参数Dt发送至所述控制时序发生模块，计算公式为T1=2(Nt+Dt)；所述控制时序发生模块根据所述Dt产生同步鉴相时序信号并发生到伺服环路模块。本发明专利技术中基于GPS的频控发生装置，能够使受控晶振输出信号频率更精准、输出信号频率稳定度得以进一步提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS的频控发生装置
本专利技术涉及原子频标
，具体涉及一种基于GPS的频控发生装置。
技术介绍
被动型铷原子频标中，物理系统是整个原子频标的核心部件，它提供一个频率稳定、线宽较窄的原子共振吸收线。在传统的原子钟中，参考源（VCXO）输出的频率信号经处理送至射频信号产生模块产生微波探询信号作用于量子系统，按照传统的量子鉴频技术产生量子鉴频信号输送至伺服环路，伺服环路产生量子纠偏信号即直流压控信号再反馈作用于VCXO，使其输出频率发生变化，再经上述路程形成闭环，最终将本振的输出频率锁定在集成滤光共振泡中的原子的基态超精细0－0跃迁中心频率上。现有大多数伺服电路根据综合提供的同步鉴相信号对量子鉴频信号进行同步鉴相，并根据鉴相结果信息采用独立的D/A压控本振的方式来实现整机的闭环锁定，最终通过本振输出稳定度较高的频率信号。在数字化普及的今天，加上社会对原子钟小型化的要求，以及GPS同步校准的推广，对现有原子钟提出了更加苛刻的要求，需要将伺服控制的各个环节集中在微小的处理器上通过合理的时序控制来完成任务。然而现有原子钟伺服电路部分大多数都还是模块化“单兵做战”的情况。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提出一种可将伺服控制的各个环节集中在微小的处理器上并通过合理的时序控制来完成任务的频控发生装置。本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种基于GPS的频控发生装置，包括VCXO模块、射频信号产生模块、量子系统、伺服环路模块和压控修正模块，所述量子系统包括光谱灯模块、高速开关模块和量子鉴频模块，所述量子鉴频模块的量子鉴频信号输出到伺服环路模块，所述伺服环路模块通过压控修正模块向VCXO模块产生压控信号，还包括控制时序发生模块和逻辑门阵列；所述控制时序发生模块通过所述逻辑门阵列产生奇数级N个非门并串接，所述逻辑门阵列的输入端接收来自于伺服环路模块的信号，其输出端反馈到所述高速开关模块，每个门电路的平均传输时延迟间为t；还包括用于检测所述逻辑门阵列中一非门节点处信号周期T1的频率信号检测模块，所述频率信号检测模块将计算出的关于量子系统的时间参数Dt发送至所述控制时序发生模块，计算公式为T1=2(Nt+Dt)；所述控制时序发生模块根据所述Dt产生同步鉴相时序信号并发生到伺服环路模块。进一步的，还包括GPS接收机，所述GPS接收机获得GPS卫星发送的信号并产生秒脉冲信号送至控制时序发生模块中，所述控制时序发生模块在秒脉冲的一个周期范围内对VCXO输出的频率信号进行计数并获得相应的修正值送至所述伺服环路模块并通过压控修正模块输出相应的直流纠集电压作用于VCXO。进一步的，所述控制时序发生模块还产生检测时序信号和调制时序信号，所述同步鉴相时序信号和调制时序信号的频率值V通过公式求得。进一步的，所述检测时序信号的频率值为4V。进一步的，所述调制时序信号送至射频信号产生模块；与所述调制时序信号同步同相的同步鉴相信号送至伺服环路模块。本专利技术的有益效果是：本专利技术中基于GPS的频控发生装置，能够使受控晶振输出信号频率更精准、输出信号频率稳定度得以进一步提高。附图说明下面结合附图对本专利技术的基于GPS的频控发生装置作进一步说明。图1是本专利技术中基于GPS的频控发生装置的结构及配合关系示意图；图2是N个非门之间信号传输示意图；图3是逻辑门阵列串入到量子系统中的信号传输示意图；图4是控制时序产生模块产生的三路时序信号状态示意图；图5是改进的基于GPS秒脉冲定义的VCXO频率信号的修正值时序示意图；图6是整机系统闭环控制总时序示意图。具体实施方式实施例根据图1所示，本专利技术中基于GPS的频控发生装置，包括VCXO模块、射频信号产生模块、量子系统、伺服环路模块和压控修正模块，所述量子系统包括光谱灯模块、高速开关模块（高速Shutter）和量子鉴频模块。量子鉴频模块包括磁屏、集成滤光共振泡和内磁场。逻辑门阵列由控制时序发生模块控制产生奇数级N个非门，逻辑门阵列输入端接收来自于伺服环路的信号，逻辑门阵列的输出端反馈到量子系统的光谱灯模块中的高速Shutter，用以控制其状态‘开’或‘关’。如图1所示，假定此时刻光谱灯模块中的高速Shutter是‘开’状态，那么，光谱灯激励的光通过高速Shutter后直接进入集成共振滤光泡中，在传统原子频标原理的作用下，完成量子系统的量子鉴频。量子鉴频信号经伺服环路得到的信号送入逻辑门阵列，因为上时刻光谱灯激励光能够透过集成滤光共振泡，故此时刻经伺服环路产生的信号是高电平‘1’，奇数级逻辑非门后变成低电平‘0’，作用于光谱灯模块中的高速Shutter，使其为‘关’状态。依次循环，在逻辑门阵列的输出端会出现‘1’—‘0’—‘1’…‘0’的变化。通过微处理器产生奇数个非门串接在一起，会产生自激振荡，该电路构成一个环形振荡器。非门的个数N为奇数，每个门电路的平均传输时延迟间为t，环形振荡器产生的振荡周期为T。如图2所示，假定某时刻A1点的初态为1，则经过1个传输延迟t后，A2点变为0，再经过1个传输延迟t，A3点变为1，…，奇数N个传输延迟Nt后，初态‘1’变为‘0’，反之亦然。T0＝2Nt（1）还包括频率信号检测模块（图中未示出），如图3所示，逻辑门阵列在串入量子系统后，频率信号检测端检测到的信号周期。T1=2(Nt+Dt)（2）其中，Dt即为我们需要知道的关于量子系统的时间参数。通过公式（1）和（2），可推导得出：Dt=（T1-T0）/2（3）上式中的Dt对我们下下一步工作展开非常重要：根据图1我们可以知道Dt由量子系统及外围的电路决定，而电子线路的响应时间是非常快的，通常也达到了10nS量级以上，所以决定Dt值的关键应该是图1中的量子系统部分。在获得了式（3）中的Dt后，将它送至控制时序产生模块。如图4所示，控制时序产生模块在获得了上述的时间参数Dt后，产生三路时序信号：检测、调制、同步鉴相。在这里需要根据时间参数Dt来确定上述调制、同步鉴相信号的频率值，而检测信号则是。其中：（1）、产生的调制信号送至图1中的射频信号产生模块，用于完成传统原子钟技术中的“综合调制”；（2）、产生的与上述调制信号同步同相的同步鉴相信号送至图1中的伺服环路，用于完成传统原子钟技术中的“同步鉴相”功能；（3）、产生的与上述调制、同步鉴相信号4倍频关系的检测信号送至图1中的伺服环路，用于后述各功能时序的检测。图4所示分为四种情况：1、微波探询信号的频率f大于（小于）原子跃迁中心频率fo且在原子吸收线宽范围之内时，即f>fo(f<fo)，经量子鉴频得到的图4中未锁定频率信号与调制信号的频率一致，只是由于原子驰豫时间及相位时间延时而存在相位上的差异。2、微波探询信号的频率等于原子跃迁中心频率时，即f=fo，得到的信号频率是原调制信号的2倍，此时原子频标处于锁定状态，出现图4所示的锁定信号。3、微波探询信号的频率大大远离原子跃迁中心频率时，即f未进入有效的量子鉴频吸收带宽范围之内，经处理后得到的信号将是一个持续的电平，此时原子频标处于脱锁状态。4、另一种特殊的情况就是，光谱灯有一个张驰振荡的过程，此时从量子系统鉴频输出端会检测到高频无规律的信号波形，直至光谱灯进入正常工作状态，而整个张弛振荡过程持续的时间由具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPS的频控发生装置，包括VCXO模块、射频信号产生模块、量子系统、伺服环路模块和压控修正模块，所述量子系统包括光谱灯模块、高速开关模块和量子鉴频模块，所述量子鉴频模块的量子鉴频信号输出到伺服环路模块，所述伺服环路模块通过压控修正模块向VCXO模块产生压控信号，其特征在于：还包括控制时序发生模块和逻辑门阵列；所述控制时序发生模块通过所述逻辑门阵列产生奇数级N个非门且串接，所述逻辑门阵列的输入端接收来自于伺服环路模块的信号，其输出端反馈到所述高速开关模块，每个门电路的平均传输时延迟间为t；还包括用于检测所述逻辑门阵列中一非门节点处信号周期T1的频率信号检测模块，所述频率信号检测模块将计算出的关于量子系统的时间参数Dt发送至所述控制时序发生模块，计算公式为T1=2(Nt+Dt)；所述控制时序发生模块根据所述Dt产生同步鉴相时序信号并发送到伺服环路模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS的频控发生装置，包括VCXO模块、射频信号产生模块、量子系统、伺服环路模块和压控修正模块，所述量子系统包括光谱灯模块、高速开关模块和量子鉴频模块，所述量子鉴频模块的量子鉴频信号输出到伺服环路模块，所述伺服环路模块通过压控修正模块向VCXO模块产生压控信号，其特征在于：还包括控制时序发生模块和逻辑门阵列；所述控制时序发生模块通过所述逻辑门阵列产生奇数级N个非门且串接，所述逻辑门阵列的输入端接收来自于伺服环路模块的信号，其输出端反馈到所述高速开关模块，每个门电路的平均传输时延迟间为t；还包括用于检测所述逻辑门阵列中一非门节点处信号周期T1的频率信号检测模块，所述频率信号检测模块将计算出的关于量子系统的时间参数Dt发送至所述控制时序发生模块，计算公式为T1=2(Nt+Dt)；所述控制时序发生模块根据所述Dt产生同步鉴相时序信号并发送到伺服...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42