[发明专利]一种被动型原子钟物理部分快速测试评估系统与方法

权利要求书

1.一种被动型原子钟物理部分快速测试评估系统，其特征在于：包括信号源、参考源、被动型原子钟物理部分、频谱仪、锁相放大器；所述的被动型原子钟包括被动型氢钟、铷钟以及铯钟；

参考源为信号源提供外频率参考，由信号源输出带有调制的相应原子跃迁中心频率的微波探寻信号至原子钟物理部分谐振腔馈入端口，经过与原子钟物理部分鉴频作用后产生带有频率误差的输出信号；

当原子钟为铷钟或铯钟时，原子钟物理部分产生的输出信号直接输入锁相放大器实现同步解调，此时扫描微波探寻信号的中心频率解调信号即为误差“S”曲线；将微波中心频率固定在“S”曲线过零点出，撤掉参考源，将同步解调后的误差信号经过PID控制反馈给信号源频率控制端口实现系统的闭环；

当原子钟为被动型氢钟时，通过频谱仪将原子钟物理部分产生的输出信号转换为频率为调制频率的低频误差信号，将该误差信号输入锁相放大器实现同步解调；当被动型氢钟谐振腔调谐电压固定时扫描微波探寻信号的中心频率，通过锁相放大器输出氢原子色散误差曲线；当微波探寻信号频率固定时扫描氢钟物理部分腔调谐电压，调节锁相放大器的相位同步检波获得腔频误差信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当原子钟为被动型氢钟时，通过锁相放大器输出一直流电压，使谐振腔的调谐电压固定。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当原子钟为被动型氢钟时，信号源的频率设定为获取氢原子色散误差曲线时的过零频率值。

4.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于：当原子钟为被动型氢钟时，先将被动型氢钟的腔调谐电压固定在得到腔频误差信号的过零点电压处，再将氢原子色散误差曲线通过PID控制器处理后反馈至信号源频率控制端口实现晶振环路锁定。

5.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于：当原子钟为被动型氢钟时，先将被动型氢钟的腔调谐电压固定在得到腔频误差信号的过零点电压处，再将氢原子色散误差曲线通过PID控制器处理后反馈至信号源频率控制端口实现晶振环路锁定；

断开上述固定的过零点电压，将腔频误差信号经过PID控制器处理后反馈至腔调谐电压端口实现腔频环路的锁定。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述频谱仪的扫频宽度SPAN设置为零作为外差接收机功能实现原子钟物理部分误差信号的接收，滤波器设置为FLAT TOP类型，利用频谱仪线性视频输出功能，并且把输出信号单位改成V，得到频率为调制频率的低频误差信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的参考源为主动型氢钟。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的微波探寻信号为调相微波信号或者调频微波信号，信号的调制频率根据谐振腔的半高宽设置。

9.一种利用权利要求1所述系统进行被动型氢钟整机稳定度评估方法，其特征在于通过下述方式实现：

(1)利用权利要求1所述的系统获取氢原子色散误差曲线及过零频率值；

(2)将信号源频率根据步骤(1)获得的过零频率值进行设定，然后扫描被动型氢原子钟物理部分腔调谐电压，调节锁相放大器的相位同步检波获取腔误差信号及过零电压；

(3)固定在步骤(2)中得到的腔频误差过零电压，通过PID控制器把锁相放大器输出的色散误差信号经过比例放大与积分处理后反馈至信号源的频率控制EFC端口，实现晶振环路的锁定；

(4)断开腔固定电压，通过PID控制器把锁相放大器输出的腔频误差信号经过比例放大与积分处理后反馈至腔调谐电压端口，实现腔频环路的锁定；

(5)优化频谱仪、锁相放大器、信号源以及PID控制器环路参数，使两个环路稳定锁定，信号源后面板输出信号即为闭环后的被动型氢钟频率输出值，利用稳定度测试仪对该值进行评估表征。