FS740中利用GPS/北斗驯服铷钟检测方案(光学测量仪)

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卓立汉光卓立现在着眼未来光电仪器事业中心2019年应用案例第6期 Zolixx 通过 FS740 设备利用 GPS/北斗驯服铷钟 铷钟又被称为铷原子钟，是由铷原子部分和压控晶体振荡器组成。铷频标是一种被动型原子频率，利用的是基态超精细能级之间的跃迁，跃迁频率为 6.834，682，612 GHz。原子迁跃对微波信号起鉴频作用而产生误差信号，通过锁相环路伺服晶振的频率，使激励信号频率锁定到原子跃迁频率，实现晶振输出频率的高度稳定和准确。 铷原子钟主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成。 美国 SRS 公司铷钟 PRS10 的 10MHz输出来自第三倍频，应力补偿( SC-cut)晶体振荡器工作在一个恒温室中，双回路RF合成器(晶体频率22.482MHz)产生359.72MHz， 并让 6.834 GHz 频率通过阶跃恢复二极管。这样的设计可以使相位噪声非常低(<-130 dBc/Hz at 10 Hz)， 即便在在有锁定铷原子的情况下，其输出表现也很良好(老化率：<5×1E-10/day)， 与传统铷钟相比相位噪 声降低42dB(如下图)，并使用侧臂装有1毫克铷的灯。消除了铷耗尽作为一种失效机制，并提供了更好的温度控制，而没有多余的闪烁噪声。 -50 工ozadvc -150 2 PRS10 铷钟主要性能： 输出频率：10MHz 相位噪声：<-130 dBc/Hz (10 Hz) 准确性：±5×10E-11 老化率：<5×1E-11(monthly) 稳定性：<2×10E-12(100 s) 体本：2.00"×3.00"×4.00" (HWD) 铷原子钟具有体积小、功耗低、环境适应能力强、价格便宜等特点，并拥有较好的中短期频率稳定度。但由于量子结构的频率漂移、相检及运放的漂移等因素，会产生频率漂移，从而导致时差漂移。为保证频率源的可靠性，铷频标需要定期送厂进行频率校准。 下面向大家简单介绍下通过美国 SRS 公司的 FS740 GPS Time and FrequencySystem 来驯服铷钟，此设备同样适用于 GLONASS 和我国的北斗系统。 FS740 提供 10MHz的频率基准，服从 GPS、北斗等规范，长期稳定性优于1×10E-13。该仪器还可以对与 UTC或 GPS 有关的外部事件进行时间标记，并测量用户输入的频率。具有 DDS 合成频率输出、可调速率(和宽度)脉冲输出和 AUX输出，用于包括 IRIGB 时间码输出在内的任意波形。 ( 电话：01056370168 邮箱： info@zolix.com.cn ) GPS 由星载高性能铷钟或铯钟产生，其相位受地面站精确控制，因此其长期特性非常稳定，高于普通的铷钟、铯钟或氢钟。从而可利用其长期稳定特性对晶振、如中等频标进行校准。(以下驯服原理示意图来源于网络) 在 FS740 系统中对于输出的 1pps 由内置的晶振或者铷钟产生，若铷钟或晶振独立产生秒脉冲，其相位会随其老化特性而逐渐漂移。而 FS740中存在一个反馈，通过每秒或更高速率将 1pps脉冲与 GPS进行实时对比，计算出 1pps脉冲与 GPS的相位差，并利用 FS740 内部 DDS 进行相位调整。最终输出的 1pps即利用调整后的10MHz产生。由于存在相位调整，故 1pps的长期相位特性与内置的晶振的长期漂移不再相关，而与 GPS/北斗卫星时间直接相关。因此，可利用其长期稳定的特性对铷钟进行驯服。 ( 电话：01056370168 邮箱： info@zolix.com.cn ) 两图是典型的对比： FS740的操作步骤： 1、安装天线，放置于空旷处或楼顶、以获取最可靠的信号，增加长期稳定性。 2、将电缆从天线连接到标有"GPS ANT”的FS740 的后面板输入端。 电话：01056370168 邮箱： info@zolix.com.cn Zolix 3、开机。FS740 将自动搜索 GPS卫星，需要1个小时来保证完全稳定。稳定后 LED 灯亮起。 用户可以通过计算和输入天线延迟来改善FS740 的 UTC 值以获得绝对校准。 4、测量天线到 FS740 设备的电缆长度。 5、按下面板 GPS 按钮以激活 GPS 屏幕显示。 6、导航到 GPS>配置>天线更正 7、用天线的长度乘以 1.5417ns/ft，并将数值输入。 8、熟悉 FS740的各种功能和查看屏幕的状态显示。 Zolix 9、也可以远程通过 GnssDO Application 程序控制并调用 10、通过 FS740 设备后面板的 PULSE OUT 于铷钟的 1PPS in 连接，即可实现对钟的长期校准，以使其获得更长期的稳定行。 相关性设备： FS725台式铷钟源 FS735分配放大器 SG380 射频信号源 FS752 GPS/北斗标准振荡器 ( 参照文献： ) 陈智勇，韩蒂，庆毅，董柯，汤超，盛荣武.面向时间应用的可驯服铷钟.2013.2 中国卫星海上测控部吴昊.测量船自适应驯服铷钟设计 资料源自： 美国 Stanford Research Systems公司， 迟华山，张磊，迟文波，强成虎.基于 GPS/北斗共视技术的铷钟驯服方法.2017.25 详见网站： https：//www.thinksrs.com/products/time.html 话： 邮箱： info@zolix.com.cn北京卓立汉光仪器有限公司www.zolix.com.cn北京市通州区金桥产业基地联东U谷中试区最终解释权归北京卓立汉光仪器有限公司所有 下面向大家简单介绍下通过美国SRS公司的FS740 GPS Time and Frequency System来驯服铷钟，此设备同样适用于GLONASS和我国的北斗系统。 FS740提供10MHz的频率基准，服从GPS、北斗等规范，长期稳定性优于1×10E–13。该仪器还可以对与UTC或GPS有关的外部事件进行时间标记，并测量用户输入的频率。具有DDS合成频率输出、可调速率（和宽度）脉冲输出和AUX输出，用于包括IRIGB时间码输出在内的任意波形。 GPS由星载高性能铷钟或铯钟产生，其相位受地面站精确控制，因此其长期特性非常稳定，高于普通的铷钟、铯钟或氢钟。从而可利用其长期稳定特性对晶振、如中等频标进行校准。