近日,中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心科研人員在提升銣鐘短期穩(wěn)定度方面取得新的進(jìn)展,提出了一種"數(shù)字鎖相環(huán)+雙態(tài)控制"的復(fù)合調(diào)控技術(shù),成功將銣原子鐘秒級(jí)穩(wěn)定度提升至E-13量級(jí),較傳統(tǒng)模式提高了近4倍。研究成果以“Research on Clean-Up Technique to Improve Short-Term Stability of?Rubidium Clocks”為題發(fā)表于期刊IEEE Instrumentation & Measurement Magazine。
銣鐘憑借其小型化、低功耗等優(yōu)勢(shì)占據(jù)著較大的市場(chǎng)份額,但因其秒級(jí)穩(wěn)定度長(zhǎng)期徘徊在E-11~E-12水平,難以滿足雷達(dá)站同步及超快比對(duì)等應(yīng)用需求。團(tuán)隊(duì)所提出的一種自適應(yīng)雙態(tài)控制算法,使用高穩(wěn)恒溫壓控晶振凈化銣鐘短期噪聲,并設(shè)計(jì)了誤差最小控制策略,能夠有效提升銣鐘短期穩(wěn)定度。
測(cè)試結(jié)果表明,利用雙態(tài)控制算法,經(jīng)凈化電路后銣鐘短期穩(wěn)定度顯著提升,10MHz信號(hào)的頻率穩(wěn)定度定度達(dá)到7.68E-13/s,且在1000s取樣時(shí)間范圍內(nèi)維持了銣鐘自身的穩(wěn)定度特性,該指標(biāo)已接近了被動(dòng)氫鐘水平,相比銣原子鐘原有2.928E-12/s的頻率穩(wěn)定度提高了約4倍。該研究成果不僅能夠使銣鐘在高精度時(shí)頻測(cè)量、導(dǎo)航定位等場(chǎng)景中更有競(jìng)爭(zhēng)力,也能有效降低頻率標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行成本。

圖?凈化系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度與銣鐘、晶振自由運(yùn)行對(duì)比