[发明专利]基于北斗空间铷原子钟的高精度信号频率控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于北斗空间铷原子钟的高精度信号频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用环境温度探测模块对空间铷原子钟内部的板卡进行温度数据采集，并将环境温度探测模块获得的数字化温度测量信号以单总线通信方式送入FPGA；

步骤2：构建FPGA可编程模块与DDS频率合成模块之间的通信协议，使DDS频率合成模块能够识别来自FPGA可编程模块的基本信息；

步骤3：利用FPGA可编程模块内部的MCU对来自环境温度探测模块的数字化温度测量信号依据铷原子钟的温度-频率关系模型实时计算出空间铷原子钟的实际输出频率，并通过DDS频率合成模块“频率字”转换算法，将空间铷原子钟的实际输出频率转换为相应的“频率字”，“频率字”产生后被保存在FPGA可编程模块内部的存储器中；

步骤4：利用FPGA可编程模块根据空间铷原子钟的实际输出频率和标准频率计算出频差即频率偏差值或频率漂移大小，获得频率漂移信号并送入铷原子钟物理模块；

步骤5：将空间铷原子钟的标准频率倍频后与DDS频率合成模块的输出频率进行混频，获得空间铷原子钟的激励信号，将激励信号和频率漂移信号送入铷原子钟物理模块进行放大；

步骤6：将铷原子钟物理模块放大后的激励信号和频率漂移信号送入异频相位处理模块产生误差电压信号，即压控晶体振荡器模块的输出频率控制信号，压控晶体振荡器模块的输出频率即空间铷原子钟的信号频率；在误差电压信号的控制下，将由温度引起的频率漂移实时补偿，最终获得空间铷原子钟的高长期准确度信号频率。

2.一种基于北斗空间铷原子钟的高精度信号频率控制系统，其特征在于：包括环境温度探测模块、FPGA可编程模块、DDS频率合成模块、铷原子钟物理模块、异频相位处理模块、压控晶体振荡器模块、显示模块和电源模块；所述的环境温度探测模块、FPGA可编程模块、铷原子钟物理模块、异频相位处理模块、压控晶体振荡器模块和显示模块依次连接，所述的DDS频率合成模块与FPGA可编程模块通信连接；所述的电源模块用于为所述的环境温度探测模块、FPGA可编程模块、DDS频率合成模块、铷原子钟物理模块、异频相位处理模块、压控晶体振荡器模块和显示模块供电；

所述的环境温度探测模块用于采集空间铷原子钟内部的板卡温度数据，并将采集到的数字化温度测量信号以单总线通信方式送入FPGA可编程模块；

所述的FPGA可编程模块用于利用FPGA内部的MCU对来自所述的环境温度探测模块的数字化温度测量信号依据铷原子钟的温度-频率关系模型实时计算出空间铷原子钟的实际输出频率；并将所述的DDS频率合成模块依据空间铷原子钟的实际输出频率转换出的相应的“频率字”，保存在FPGA内部的存储器中；并根据空间铷原子钟的实际输出频率和标准频率计算出频差即频率偏差值或频率漂移大小，将获得频率漂移信号并送入所述的铷原子钟物理模块；并将空间铷原子钟的标准频率倍频后与所述的DDS频率合成模块的输出频率进行混频，获得空间铷原子钟的激励信号，将激励信号和频率漂移信号送入所述的铷原子钟物理模块进行放大；

所述的DDS频率合成模块用于将空间铷原子钟的实际输出频率转换为相应的“频率字”，并根据相应的“频率字”输出DDS频率合成模块的输出频率，并将DDS频率合成模块的输出频率送入所述的FPGA可编程模块与倍频后的空间铷原子钟的标准频率进行混频；

所述的铷原子钟物理模块用于将所述的激励信号和频率漂移信号进行放大；

所述的异频相位处理模块用于根据所述的铷原子钟物理模块放大后的激励信号和频率漂移信号产生误差电压信号即所述的压控晶体振荡器模块的输出频率控制信号；

所述的压控晶体振荡器模块用于在所述的误差电压信号的控制下，将由温度引起的频率漂移实时补偿，并获得空间铷原子钟的信号频率；

所述的显示模块用于显示空间铷原子钟的信号频率。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗空间铷原子钟的高精度信号频率控制系统，其特征在于：所述的环境温度探测模块采用设置在空间铷原子钟内部的板卡的DBS1820型多温度传感器组，所述的DBS1820型多温度传感器组包括主多温度传感器组和备份多温度传感器组。