一种CPT原子钟频率同步控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种CPT原子钟频率同步控制方法及系统，所述方法包括对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号；通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性；当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差数字量；根据所述时差量确定是否需要纠正频率，若是，则根据所述时差量得到频率纠偏反馈量，以根据所述频率纠偏反馈量调整所述CPT原子钟输出频率，本发明专利技术可实现CPT原子钟自动、快速的频率同步。

A Frequency Synchronization Control Method and System for CPT Atomic Clock

The invention discloses a frequency synchronization control method and system for CPT atomic clock, which includes generating output second pulse signal by frequency division of output frequency of CPT atomic clock, detecting the validity of the input second pulse signal by comparing the pulse width of the output second pulse signal with the input second pulse signal of the synchronous port, and detecting the validity of the input second pulse signal when the input second pulse signal is valid. The time difference digital quantity of the output second pulse signal and the input second pulse signal is obtained; the frequency correction feedback quantity is determined according to the time difference, if so, to adjust the output frequency of the CPT atomic clock according to the frequency correction feedback quantity. The present invention can realize automatic and fast frequency synchronization of the CPT atomic clock.

【技术实现步骤摘要】
一种CPT原子钟频率同步控制方法及系统
本专利技术涉及CPT原子钟
更具体地，涉及一种CPT原子钟频率同步控制方法及系统。
技术介绍
相干布居囚禁(CPT)原子钟是基于原子的相干布居囚禁原理而设计的一种新型原子钟，在工作机理上不同于传统的氢、铷、铯等原子钟，量子部分不需要微波谐振腔，是当今在原理和技术上可以实现最小体积和最低能耗的原子钟。由于其具有体积小、功耗低、启动快等优点，具有广泛的应用前景。现有CPT原子钟为二级频标，准确度指标偏低，长期频率漂移特性明显。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种CPT原子钟频率同步控制方法，实现CPT原子钟自动、快速的频率同步。本专利技术的另一个目的在于提供一种CPT原子钟频率同步控制系统。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术公开了一种CPT原子钟频率同步控制方法，包括：对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号；通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性；当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差数字量；根据所述时差量确定是否需要纠正频率，若是，则根据所述时差量得到频率纠偏反馈量，以根据所述频率纠偏反馈量调整所述CPT原子钟输出频率。优选地，所述输入秒脉冲信号为比所述输出频率高一级频标的定时信息或卫星信号定时信息。优选地，所述当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差量具体包括：通过时差模拟转换电路得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差模拟量；通过模数转换器将所述时差模拟量转换为时差数字量。优选地，所述根据所述时差量确定是否需要纠正频率具体包括：若所述时差数字量大于0，则需要纠正频率。优选地，所述根据所述时差量确定是否需要纠正频率还包括：若所述时差数字量等于0，则不需要纠正频率；若连续三次得到的时差数字量等于0，则重新检测是否存在输入秒脉冲信号。优选地，所述根据所述时差量得到频率纠偏反馈量具体包括：若所述时差数字量大于等于预设时差量，则得到第一频率纠偏反馈量以粗调CPT原子钟输出频率；若所述时差数字量小于预设时差量，则得到第二频率纠偏反馈量以细调CPT原子钟输出频率，其中所述第二频率纠偏反馈量小于第一频率纠偏反馈量。优选地，所述粗调CPT原子钟输出频率具体包括：根据所述时差数字量得出相应的第一频率纠偏反馈量，改变外部锁相环倍频参数，粗调CPT原子钟输出频率。优选地，所述细调CPT原子钟输出频率具体包括：根据所述时差数字量得出相应的第二频率纠偏反馈量，通过数模转换器改变加在C场上的电流，细调CPT原子钟输出频率。优选地，所述方法还包括在对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号之前锁定输出频率的步骤：对CPT原子钟的量子系统和激光器进行温度控制；温度稳定后锁定激光频率；激光频率锁定后进行微波频率锁定；输出频率锁定。本专利技术还公开了一种CPT原子钟频率同步控制系统，包括信号分频单元，用于对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号；信号检测单元，用于通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性；时差量求解单元，用于当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差数字量；以及频率纠正单元，用于根据所述时差量确定是否需要纠正频率，若是，则根据所述时差量得到频率纠偏反馈量，以根据所述频率纠偏反馈量调整所述CPT原子钟输出频率。本专利技术的有益效果如下：本专利技术可实现CPT原子钟频率快速同步的自动控制和自主运行，采用运放和门电路组成的时差转模拟信号电路模块，精确测量CPT原子钟频率偏移，输出频率粗调与细调相结合，能在较短时间内同步CPT原子钟的频率输出，并且在1PPS_IN信号中断时停止同步功能，在连续检测到1PPS_IN信号后再次开始频率同步。在频率同步状态下，同步精度优于50ns，同步时间20分钟后，输出频率准确度优于1E-11。本专利技术提出的控制方法，程序上逻辑清晰、结构简明、易于实现和调试。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术一种CPT原子钟频率同步控制方法一个具体实施例的流程图。图2示出本专利技术一种CPT原子钟频率同步控制方法一个具体实施例的应用流程图。图3示出本专利技术一种CPT原子钟频率同步控制系统一个具体实施例的结构图。图4示出适于用来实现本专利技术实施例的计算机设备的结构示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。根据本专利技术的一个方面，本实施例公开了一种CPT原子钟频率同步控制方法。如图1所示，本实施例中，CPT原子钟频率同步控制方法包括：S100：对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号。在一个具体例子中，可通过单片机进行系统控制，利用软件语言(keilC或汇编)对控制芯片进行编程，以实现对CPT原子钟的频率同步。单片机采集CPT原子钟输出频率并分频产生输出秒脉冲信号(1PPS_OUT)。S200：通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性。如图2所示，在一个具体例子中，本实施例在具体应用时，可通过分频产生的1PPS_OUT信号判断是否检测到同步端口存在输入秒脉冲信号(1PPS_IN)信号，可通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性，当输出秒脉冲信号和输入秒脉冲信号的脉冲宽度相一致时，则认为同步端口输入了有效的输入秒脉冲信号，其中，当输出秒脉冲信号和输入秒脉冲信号的脉冲宽度的差值小于预设值时，认为输出秒脉冲信号和输入秒脉冲信号的脉冲宽度相一致。S300：当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差数字量。可设置计数参数count_1PPS，count_1PPS的初始值可设置为0。当检测到1PPS_IN信号有效，则将count_1PPS加1。所述1PPS_IN信号可以是高一级频标的定时信息或卫星信号定时信息。如果count_1PPS<＝2，返回状态，则表示count_1PPS没有加1，同步端口不存在有效的输入秒脉冲信号；如果count_1PPS>2，则表示count_1PPS已加1，同步端口存在有效的输入秒脉冲信号，需要对CPT原子钟输出频率进行同步检测。S400：根据所述时差量确定是否需要纠正频率，若是，则根据所述时差量得到频率纠偏反馈量，以根据所述频率纠偏反馈量调整所述CPT原子钟输出频率。本专利技术通过对CPT原子钟输出频率分频形成输出秒脉冲信号，根据输出秒脉冲信号检测是否存在作为频标的输入秒脉冲信号，通过对比输出秒脉冲信号和输入秒脉冲信号，根据输出秒脉冲信号和输入秒脉冲信号CPT原子钟输出频率进行纠正，在有接入第一秒脉冲信号和判断输入秒脉冲信号有效的情况下能够实现频率同步功能，可实现CPT原子钟频率同步的自动控制和自主运行，提高长期频率指标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，包括：对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号；通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性；当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差数字量；根据所述时差量确定是否需要纠正频率，若是，则根据所述时差量得到频率纠偏反馈量，以根据所述频率纠偏反馈量调整所述CPT原子钟输出频率。

【技术特征摘要】
1.一种CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，包括：对CPT原子钟输出频率分频产生输出秒脉冲信号；通过所述输出秒脉冲信号和同步端口的输入秒脉冲信号的脉冲宽度比对，检测所述输入秒脉冲信号的有效性；当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差数字量；根据所述时差量确定是否需要纠正频率，若是，则根据所述时差量得到频率纠偏反馈量，以根据所述频率纠偏反馈量调整所述CPT原子钟输出频率。2.根据权利要求1所述的CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，所述输入秒脉冲信号为比所述输出频率高一级频标的定时信息或卫星信号定时信息。3.根据权利要求1所述的CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，所述当检测到所述输入秒脉冲信号有效时，得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差量具体包括：通过时差模拟转换电路得到所述输出秒脉冲信号和所述输入秒脉冲信号的时差模拟量；通过模数转换器将所述时差模拟量转换为时差数字量。4.根据权利要求1所述的CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，所述根据所述时差量确定是否需要纠正频率具体包括：若所述时差数字量大于0，则需要纠正频率。5.根据权利要求4所述的CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，所述根据所述时差量确定是否需要纠正频率还包括：若所述时差数字量等于0，则不需要纠正频率；若连续三次得到的时差数字量等于0，则重新检测是否存在输入秒脉冲信号。6.根据权利要求1所述的CPT原子钟频率同步控制方法，其特征在于，所述根据所述时差量得到频率纠偏反馈量具体包括：若所述时差数字量大于等于预设时差...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，张振伟，薛潇博，杨仁福，陈星，王暖让，赵环，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11