[发明专利]提高铷原子频标频率准确度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及被动型铷原子频标领域，尤其涉及一种提高铷原子频标频率准确度的方法。

背景技术

原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源，已广泛应用于卫星的定位、导航和通信、仪器仪表以及天文等领域。而铷原子频标因其具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优势而成为目前应用最为广泛的原子频标。

铷原子频标主要包括压控晶体振荡器、物理系统和电子线路。物理系统具体包括产生抽运光的光谱灯、存储铷原子的集成滤光共振泡、存储微波场的微波腔、产生平行于所述微波腔轴线的静磁场的C场线圈(即均匀磁场线圈)、检测光信号的光电池、将微波耦合进所述微波腔的耦合环以及防止静磁场穿透的磁屏。电子线路具体包括射频倍频模块和综合伺服模块。综合伺服模块包括用于产生频率合成指令、键控调频信号、同步鉴相参考信号的微处理器、用于根据微处理器产生的频率合成指令产生综合调制信号的数字频率合成器以及用于进行同步鉴相的同步鉴相模块。射频倍、混频模块包括用于将压控晶体振荡器的输出频率进行倍频的射频倍频单元和用于将经过所述射频倍频单元倍频后的压控晶体振荡器的输出频率和数字频率合成器产生的综合调制信号进行倍频和混频的微波倍、混频单元。

工作时，射频倍频单元将压控晶体振荡器的输出频率倍频到铷原子跃迁频率附近，微波倍、混频单元将数字频率合成器产生的综合调制信号和倍频后的压控晶体振荡器的输出频率进行倍频和混频后产生微波探询信号，微波探询信号经耦合环耦合进所述微波腔中去探询铷原子的跃迁。同时，存储在集成滤光共振泡中的铷原子被光谱灯照射后，铷原子基态的两个超精细能级之间发生粒子反转。当微波探询信号的频率与两个超精细能级的频率差相同时，铷原子则从上能级跃迁至下能级即发生原子跃迁。原子跃迁发生时，光电池将探测到光强信号的变化，而产生光检信号即量子鉴频信号。同步鉴相模块将量子鉴频信号和微处理器产生的同步鉴相参考信号进行同步鉴相得到电压控制信号去锁定压控晶体振荡器，使压控晶体振荡器的输出频率与铷原子跃迁普线频率相同，从而得到标准频率输出。

然而，由于C场线圈实际产生的磁场并不均匀，因而铷原子跃迁谱线不可能是绝对对称的。这样，经过射频倍频单元的压控晶体振荡器的输出频率和由数字频率合成器调制生成的综合调制信号经过微波倍、混频单元的倍频和混频后产生的微波探询信号的频率不能对准铷原子跃迁普线的标准频率，从而光电池产生的量子鉴频信号通过同步鉴相处理后得到的电压控制信号不准确，进而由电压控制信号锁定的压控晶体振荡器的输出频率不是标准频率输出。

因此，有必要提供一种提高铷原子频标频率准确度的方法来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高铷原子频标频率准确度的方法，能压缩铷原子频标中物理系统的自然线宽，从而使相干微波探询信号对准实际的铷原子跃迁普线的标准频率，进而提高铷原子频标输出频率的准确度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种提高铷原子频标频率准确度的方法，包括如下步骤：(1)数字频率合成器根据微处理器发送的键控调频信号交替输出第一设定频率值和第二设定频率值作为综合调制信号，同时，所述微处理器发送与所述键控调频信号同频同相的工作时序信号控制射频倍频单元的工作状态；(2)所述射频倍频单元和微波倍、混频单元将压控晶体振荡器的输出频率信号和所述综合调制信号进行倍频和混频得到脉冲式相干微波探询信号；(3)所述微处理器根据物理系统对所述相干微波探询信号进行鉴频得到的量子鉴频信号获得所述物理系统的线宽值，并判断所述线宽值是否达到线宽设定值，若达到，则发送同步鉴相参考信号对所述量子鉴频信号鉴相，并得到电压控制信号，以调整所述压控晶体振荡器的输出频率，否则进入步骤(4)；(4)所述数字频率合成器根据所述微处理器发送的键控调频信号重复依次输出所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的差值、所述第二设定频率值、所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的和以及所述第二设定频率值作为所述综合调制信号，同时，所述微处理器发送与所述键控调频信号同频同相的工作时序信号控制所述射频倍频单元的工作状态，再返回步骤(2)。

具体地，所述步骤(1)之前，还包括步骤：所述微处理器将第一设定频率值和第二设定频率值通过控制字命令分别写入所述数字频率合成器中。

具体地，所述步骤(4)之前，还包括步骤：所述微处理器将所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的差值、所述第一设定频率值与所述物理系统的线宽值的和以及所述第二设定频率值写入所述数字频率合成器中。