[发明专利]一种铷原子钟驯服系统

说明书

本发明公开一种铷原子钟驯服系统，该驯服系统包括：铷量子单元、铷伺服电路单元、恒温晶振、整机频率调节单元、主控MCU、第一分频器、第二分频器、第三分频器、第一时间数字转换单元、第二时间数字转换单元、数控振荡器、时差处理器、数字锁相环和倍频器，其中，主控MCU用于控制设置铷量子单元的参数和铷伺服电路单元的工作参数，以完成铷原子钟的频率锁定；铷原子钟的频率锁定完成后，铷原子钟的频率信号与外部输入的频率信号进行比较，主控MCU控制铷原子钟调整整机频率，从而完成驯服。

技术领域

本发明涉及原子频率标准及测量领域，更具体地，涉及一种铷原子钟驯服系统。

背景技术

铷原子钟是一种二级频率标准，在使用中常常会接受导航卫星信号进行授时和频率驯服校准，以此来得到准确的10MHz频率信号和时刻信息的1PPS脉冲信号。

通常铷原子钟只能接受1PPS信号驯服，它通过FPGA设计一个分频系数为10⁷的固定分频器，将铷原子钟晶振输出的10MHz信号分频为1PPS脉冲信号，再用时差测量单元测量此1PPS信号和外部1PPS(通常为导航接收机生成)的上升沿时差，通过调整铷原子钟频率将此时差始终保持在某一恒定值。因为导航接收机生成的1PPS信号准确度由卫星星载钟决定，而卫星星载钟通过地面站校准溯源到协调世界时(UTC)，因此铷原子钟锁定到此1PPS信号后，铷原子钟本身频率被校准，同时铷原子钟输出的1PPS信号也被同步到UTC。

但遗憾的是，由于卫星信号传输存在干扰，使导航接收机生成的1PPS信号带有很大的噪声，加上1PPS信号速率过慢，因此使用它对铷原子钟进行校准通常需要12h以上。即使我们在现场有高级钟输出的低噪声1PPS作为标准，想校准铷原子钟频率仍需要几千秒的时间，这在一些需要快速响应的场合是不能接受的。这种场合下，如果我们使用外部仪器先测量铷原子钟频率再手工或程序对铷原子钟进行校准，那么所需要的仪器是复杂的，对操作人员的也有特定的专业要求，因此基本上是不可行的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种铷原子钟驯服系统。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种铷原子钟驯服系统，包括：铷量子单元、铷伺服电路单元、恒温晶振、整机频率调节单元、主控MCU、第一分频器、第二分频器、第三分频器、第一时间数字转换单元、第二时间数字转换单元、数控振荡器、时差处理器、数字锁相环和倍频器，其中，

主控MCU用于控制设置铷量子单元的参数和铷伺服电路单元的工作参数，以完成铷原子钟的频率锁定；

铷原子钟的频率锁定完成后，铷原子钟的频率信号与外部输入的频率信号进行比较，主控MCU控制铷原子钟调整整机频率，从而完成驯服。

可选地，铷原子钟开始工作时，主控MCU设置铷量子单元的参数和铷伺服电路单元的工作参数，所述参数包括设定铷量子单元的温度，当铷量子单元的温度加热到指定的温度以及铷伺服电路单元的工作参数设置完成后，频率的扫描电路开始工作，频率扫过去，铷原子钟频率锁定，将恒温晶振的频率锁定到铷量子单元的铷跃迁频率上，铷原子钟锁定完成。

可选地，所述恒温晶振的频率为10MHz。

可选地，恒温晶振的频率作为铷原子钟的频率输出，需要与外部输入的频率信号进行比较，比较后主控MCU计算出需要调节的频率，整机频率调节单元开始工作，将恒温晶振的频率校准到跟输入的频率信号一样，铷原子钟的频率被校准，校准后进行授时。

可选地，外部输入的频率信号为1PPS或者10MHz。