噴泉鐘駕馭恒溫晶振方法研究

肖婭聰，劉昆,*，劉洪康，房芳，陳偉亮，戴少陽，鄭發松，李天初

(1.中國計量科學研究院，北京 100029；2.北京理工大學，北京 100081)

0 引言

冷原子噴泉鐘[1]是一種基于激光冷卻原子技術建立起來的頻率基準裝置。包含銫和銣兩種工作介質。銫原子噴泉鐘[2-4]是目前復現秒定義的頻率基準裝置，準確度和不確定度比使用熱原子的前一代基準鐘——銫束鐘有了極大的提高。銣原子噴泉鐘[5-8]有著碰撞頻移小等優勢，也被多家研究機構研制和應用。但另一方面，銫束鐘[9]系統結構相對簡單，能夠連續不間斷運行，獨立輸出標準頻率，目前作為守時鐘發揮著重大作用。作為基準鐘使用的噴泉鐘一般需要氫鐘作為參考源，噴泉鐘輸出的是與該氫鐘的相對頻率偏差值，并駕馭氫鐘形成標準時間[10]，但不輸出標準頻率。為了能夠更好地利用原子噴泉鐘，需要實現噴泉鐘駕馭氫鐘或者晶振，輸出標準頻率作為守時鐘信號使用。這種駕馭的駕馭周期為幾秒或者幾十秒。美國海軍天文臺(USNO)實現了銣噴泉鐘駕馭氫鐘輸出標準頻率作為守時鐘使用[11]，使得時標穩定度有了極大的提高。

1 算法原理

噴泉鐘駕馭氫鐘或者晶振等頻率源的核心是根據歷史數據預測下一個駕馭周期的頻率平均值，并對頻率源的頻率進行調整。對于氫鐘，頻率調整需要通過相位微躍器[12-13]實現。對于恒溫晶振，可以通過調整電壓或者微躍器實現。噴泉鐘數據是一種時間序列數據，關于時間序列的預測算法有很多種，包括移動平均法，簡單指數平滑法，自回歸平均移動模型(ARIMA)等。……