[0001] 本发明涉及时间标准技术领域，特别涉及一种时间标准设备的控制方法及时间标准设备。

[0002] 原子频标是提供标准频率和时间的设备，即时间标准设备。铷原子频标因其具有体积小、低功耗和较好的抗恶劣环境的能力，而成为应用最广泛的一种原子频标。它同时具有较好的指标，能满足绝大多数军用和民用工程的需要，具体可用于预警机、战机、电子对抗、第三代移动通信技术网络和电力监控等工程领域。

[0003] 现有的原子频标包括压控晶振、物理系统、电子线路、以及伺服模块。其中，压控晶振用于输出原始频率信号；电子线路用于对原始频率信号进行倍频和混频，产生微波探询信号；物理系统用于对微波探询信号进行鉴频，产生光检信号；伺服模块用于对光检信号进行选频放大、方波整形、以及同步鉴相，产生纠偏电压作用于压控晶振，以调整压控晶振的输出频率；通过上述结构单元，最终将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。

[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

[0005] 温度的变化对压控晶振的输出频率影响较大，由于原子频标每次通电时所处的温度都不一样，导致压控晶振的输出频率每次也不一样。而原子频标中倍频次数等参数都是严格按照理论计算得到的，压控晶振的输出频率的大范围改变，将有可能导致伺服模块无法将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。

[0064] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0065] 实施例一

[0066] 本发明实施例提供了一种时间标准设备的控制方法，参见图1，该控制方法包括：

[0067] 步骤101：压控晶振输出原始频率信号。

[0068] 步骤102：电子线路对原始频率信号进行倍频和混频，产生微波探询信号。

[0069] 在本实施例的一种实现方式中，该步骤102可以包括：

[0070] 电子线路中的综合模块产生综合调制信号；

[0071] 电子线路中的微波倍混频模块对原始频率信号和综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号。

[0072] 在本实施例的另一种实现方式中，在步骤102之前，该控制方法还可以包括：

[0073] 电子线路中的隔离放大器隔离和放大原始频率信号。

[0074] 步骤103：物理系统对微波探询信号进行鉴频，产生光检信号。

[0075] 步骤104：伺服模块对光检信号进行选频放大、方波整形、以及同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振。

[0076] 步骤105：温度测量电路获取时间标准设备工作环境的温度。

[0077] 在具体实现中，可以在时间标准设备上贴上热敏电阻，温度测量电路获取热敏电阻的阻值，即可确定时间标准设备工作环境的温度。

[0078] 步骤106：全球定位系统(Global Positioning System，GPS)接收机接收GPS信号。该步骤106可以与步骤105同时执行。

[0079] 步骤107：频率比较模块比较原始频率信号与GPS信号，获得原始频率信号与GPS信号的频率差。

[0080] 步骤108：伺服模块根据温度和频率差，产生第二纠偏电压作用于压控晶振。该步骤108可以与步骤104同时执行。

[0081] 在具体实现中，伺服模块可以包括微控制器和压控控制单元，微控制器用于根据输入伺服模块的参数值进行计算并产生相应的控制指令，压控控制单元专门根据微处理器的控制指令进行电压转换并输出相应的直流电压信号。

[0082] 在本实施例的又一种实现方式中，该步骤108可以包括：

[0083] 伺服模块根据温度和频率差，按照设定的公式计算修正频率；

[0084] 伺服模块按照修正频率和设定的压控晶振的压控斜率值，产生第二纠偏电压作用于压控晶振。

[0085] 在具体实现中，伺服模块中设有存储器，设定的压控晶振的压控斜率值(即压控晶振的输出频率与压控晶振受到的直流电压的比值)一般由压控晶振的供应厂商提供，进而存储在存储器中。

[0086] 可选地，伺服模块根据温度和频率差，按照设定的公式计算修正频率，可以包括：

[0087] 伺服模块按照如下公式(1)-(4)计算修正频率b：

[0088]

[0089]

[0090]

[0091]

[0092] 其中，fi为ti时的计算结果， 为ti时的频率差，w为设定的温度系数， 为ti时的温度，ti为第i个计算周期，i＝1，2，…，n，n为计算周期总数， 为所有计算周期的平均值， 为所有计算结果的平均值。

[0093] 在具体实现中，伺服模块的存储器中还存储有温度系数(温度系数用于表示时间标准设备工作环境的温度变化与压控晶振的输出频率的变化的对应关系)、以及每个计算周期获得的频率差和温度和/或计算结果。

[0094] 可以理解地，由于是按照设定的计算周期获取频率差和温度，因此计算周期ti与计算结果fi之间可以用如下公式(5)的数学模型表示：

[0095] fi＝a+b*ti+ε (5)；

[0096] 其中，a、b为未知常数，b为上述公式(4)所需要求得的修正频率，ε为随机误差，ε的期望为0。

[0097] 在t＝ti时，偏差Δfi满足如下公式(6)：

[0098] Δfi＝fi-(a+bti) (6)。

[0099] 由于偏差有正有负，n个计算周期的偏差的代数和会出现正负相抵消的情况，同时偏差取绝对值后求和，不便于计算，因此采用偏差平方和计算总偏差 即如下公式(7)：

[0100]是a、b的非负二次函数，极小值一定存在，因此采用如下公式(8)和(9)计算总偏差 的极小值：

[0101]

[0102]

[0103] 对公式(8)和(9)进行整理，即可得到公式(2)-(4)所表示的修正频率b的计算公式。

[0104] 在本实施例的又一种实现方式中，该控制方法还可以包括：

[0105] 伺服模块根据计算周期总数和设定的压控晶振的漂移数据，获取压控晶振的漂移值；

[0106] 伺服模块根据漂移值，产生第三纠偏电压作用于压控晶振。

[0107] 可选地，伺服模块根据计算周期总数和设定的压控晶振的漂移数据，获取压控晶振的漂移值，可以包括：

[0108] 伺服模块对设定的压控晶振的漂移数据按照计算周期划分，得到与计算周期一一对应的漂移值；

[0109] 伺服模块根据计算周期总数和漂移值，确定压控晶振的漂移值。

[0110] 具体地，设定的压控晶振的漂移数据(如图2所示，横坐标表示时间，纵坐标表示压控晶振的输出频率)也由压控晶振的厂商提供。由于厂商提供的数据的横坐标的精确度有限(如“天”)，与计算周期(如“小时”)不匹配，因此可以采用线性处理的方式(如将压控晶振的输出频率的差值除以24)得到与计算周期一一对应的漂移值，进而补偿压控晶振由于老化漂移造成的频率变化，使压控晶振的输出频率保持不变。

[0111] 可以理解地，参见图3，本实施例对压控晶振分别进行了三个控制，第一个控制与现有的相同，是通过电子线路对原始频率信号进行倍频和混频，产生微波探询信号，物理系统对微波探询信号进行鉴频，产生光检信号，以及伺服模块对光检信号进行选频放大、方波整形、以及同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振实现的。第二个控制针对温度的变化对压控晶振的输出频率影响较大产生的，是通过温度测量电路获取时间标准设备工作环境的温度，GPS接收机接收GPS信号，频率比较模块比较原始频率信号与GPS信号，获得原始频率信号与GPS信号的频率差，以及伺服模块根据温度和频率差，产生第二纠偏电压作用于压控晶振实现的。第三个控制针对时间标准设备由于老化而产生的漂移产生的，是通过伺服模块先根据计算周期总数和设定的压控晶振的漂移数据，获取压控晶振的漂移值，再根据漂移值产生第三纠偏电压作用于压控晶振实现的。在第一纠偏电压、第二纠偏电压、以及第三纠偏电压产生之后，将第一纠偏电压、第二纠偏电压、以及第三纠偏电压三者相加之后作用于压控晶振，从而将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。

[0112] 本发明实施例通过温度测量电路获取时间标准设备工作环境的温度，GPS接收机接收GPS信号，频率比较模块比较原始频率信号与GPS信号，获得原始频率信号与GPS信号的频率差，以及伺服模块根据温度和频率差，产生第二纠偏电压作用于压控晶振，使压控晶振的输出频率不会由于温度变化而出现大范围改变，从而将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。

[0113] 实施例二

[0114] 本发明实施例提供了一种时间标准设备，参见图4，该时间标准设备包括：

[0115] 压控晶振201，用于输出原始频率信号；

[0116] 电子线路202，用于对原始频率信号进行倍频和混频，产生微波探询信号；

[0117] 物理系统203，用于对微波探询信号进行鉴频，产生光检信号；

[0118] 伺服模块204，用于对光检信号进行选频放大、方波整形、以及同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振201；

[0119] 温度测量电路205，用于获取时间标准设备工作环境的温度；

[0120] GPS接收机206，用于接收GPS信号；

[0121] 频率比较模块207，用于比较原始频率信号与GPS信号，获得原始频率信号与GPS信号的频率差；

[0122] 伺服模块204还用于，根据温度和频率差，产生第二纠偏电压作用于压控晶振201。

[0123] 在本实施例的一种实现方式中，伺服模块204可以包括：

[0124] 修正频率计算单元，用于根据温度和频率差，按照设定的公式计算修正频率；

[0125] 修正电压产生单元，用于按照修正频率和设定的压控晶振的压控斜率值，产生第二纠偏电压作用于压控晶振201。

[0126] 可选地，计算单元可以用于，

[0127] 按照公式(1)-(4)计算修正频率b。

[0128] 在本实施例的另一种实现方式中，伺服模块204还可以包括：

[0129] 漂移值获取单元，用于根据计算周期总数和设定的压控晶振的漂移数据，获取压控晶振的漂移值；

[0130] 补偿电压产生单元，用于根据漂移值，产生第三纠偏电压作用于压控晶振201。

[0131] 可选地，漂移值获取单元可以用于，

[0132] 对设定的压控晶振的漂移数据按照计算周期划分，得到与计算周期一一对应的漂移值；

[0133] 根据计算周期总数和漂移值，确定压控晶振的漂移值。

[0134] 本发明实施例通过温度测量电路获取时间标准设备工作环境的温度，GPS接收机接收GPS信号，频率比较模块比较原始频率信号与GPS信号，获得原始频率信号与GPS信号的频率差，以及伺服模块根据温度和频率差，产生第二纠偏电压作用于压控晶振，使压控晶振的输出频率不会由于温度变化而出现大范围改变，从而将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。

[0135] 需要说明的是：上述实施例提供的时间标准设备在实现时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将时间标准设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的时间标准设备与时间标准设备的控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

[0136] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0137] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0138] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。