基于ＭＡＸ２７６９Ｂ的ＢＤＳ接收机设计与实现

为了实现ＢＤＳ卫星信号Ｂ１频点的接收,采用ＭＡＸ２７６９Ｂ设计了一种射频信号接收系统方案。该方案具有功耗低、集成度高、稳定性好等特点,根据ＭＡＸ２７６９Ｂ的工作原理和结构特点,利用ＭＡＸ２７６９Ｂ实现了一种ＢＤＳ接收机射频前端方案。详细描述了射频前端每个模块的功能,介绍了电路板制作的重要原则和北斗Ｂ１频点信号接收方法。在制作完成射频接收前端后,对射频模块输出的中频信号进行测试,射频模块输出的中频信号满足理论分析,输出信号功率增益１１２ｄＢ,且能用在基带信号处理程序上实现信号捕获。     

基于自动扫描光栅单色仪的光学腔色散测量

通过引入自动扫描光栅单色仪,实现了快速色散测量,极大程度地降低了载波包络偏频慢漂对测量准确度的影响,降低了测量复杂度,提高了色散测量精度。以815nm钛宝石锁模激光器作为光源,以自建的八镜光学腔作为参考,对厚度约为6.35mm的熔融石英窗片的群延迟色散(GDD)进行了测量,结果与Sellmeier方程给出的理论值相差1.2fs2,不准确度仅为0.5%。测得八镜光学腔在常温常压状态下的GDD为28.8fs2,比理论值低约12fs2,原因可归结为8片腔镜镀膜的不均匀性。     

基于天波重构技术的eLORAN信号周期识别算法

针对增强型罗兰(eLORAN)系统在信号处理中的核心问题——周期识别,该文提出一种应对强天波干扰及低信噪比(SNR)等恶劣环境的联合算法。该方法首先在改进窗函数的基础上利用频谱相除技术估计信号特征参数,并根据大数理论的思想实现了天地波识别;其次,提出天地波时延差及幅度比的自适应2阶网格搜索匹配算法,在节省计算量的同时准确重构并去除天波;最后利用伪地波信号准确实现周期识别。仿真结果分析表明,该算法能够成功地克服现有技术中的一些弊端,实现小时延差及大强度天波干扰下的天波识别及分离,同时结合频谱相除技术的稳定性极大提高周期识别的正确率,进而为后续解调解码等流程提供保障。     

针对eLORAN系统窄带干扰的权函数陷波算法

针对增强型罗兰(eLORAN)系统的带内干扰问题,该文基于陷波滤波器(NF)原理提出一种抗带内窄带干扰的自适应权函数陷波算法(WF-NF)。首先,该文分析讨论了NF算法在eLORAN系统中的适用性及检测频差引起的伪收敛问题;之后通过增加频差权函数,推导出新的WF-NF算法,解决了固有频差导致的陷波逻辑缺陷;随后,提出梯度跳跃收敛优化技术,改进了权系数收敛速度过慢的问题;最后,通过多种环境下的实验验证了算法的稳定性、多元适用性及实用性。分析结果表明,WF-NF算法能够克服检测频差的实际问题,实现高效的干扰跟踪及滤除,同时也可以补偿干扰检测精度,进而为后续的信号处理流程提供保障。     

锶原子光钟钟跃迁谱线探测中的程序控制

为了实现中国科学院国家授时中心研制的锶原子光晶格钟钟跃迁的自动化探测,设计了完整的自动控制系统。该系统主要由延迟精度与同步精度在μs量级的时序控制系统和满足要求的激光频率扫描系统组成。两个控制系统均通过LabVIEW软件编程及虚拟仪器控制光场和磁场。完成了锶原子的两级冷却和光晶格囚禁,最终得到了高信噪比载波线宽为180Hz的锶原子1S0-3P0钟跃迁谱线。谱线展现了高信噪比和窄线宽的特点,表明整个锶原子光钟系统的运行较为稳健,整个控制系统满足实验对于控制精度的需求,实现了锶原子光钟系统的自动化操作与控制。该控制系统具有一定普适性,也可拓展至需要对光场及磁场进行控制的其他系统中。     

基于温度变化的测地激光陀螺相对误差分析

大型测地激光陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性传感器,能够精确监测地球自转角速度,在世界时、地震波检测以及基础物理等领域都有很好的应用前景。测地激光陀螺对环境温度的变化较为敏感,温度变化使测地激光陀螺的腔长发生改变,进而引起尺度因子的改变,最终影响到测地激光陀螺仪的测试精度。本文通过对测地激光陀螺的不同工作环境进行温度测试,当温度变化并且热源位置不同时,分析并讨论了测地激光陀螺的相对误差。当温度变化最大时,分析了激光陀螺环形腔材料使用量与相对误差的关系。结果表明：当实验室的温度变化最大时,蒲城实验室的工作环境优于临潼实验室的工作环境,不同构型测地激光陀螺相对误差的范围在10^-6—10^-9。当测地激光陀螺仪中微晶玻璃的使用量增加时,相对误差减小。     

基于TDC的无死区频率测量技术研究

在精密时频测控领域中,高分辨率、无死区的时间间隔和频率测量非常关键,而时间数字转换器(Timeto Digital Converter,TDC)是时间频率测量的常用手段.该文研制了基于ACAM公司生产的时间数字转换芯片TDC-GP21和Altera公司FPGA芯片EP4CE6E22C8N的时间频率测量设备,实现了高分辨率的时间间隔测量,测量分辨率达到13ps.同时采用时间间隔测量模块两两组合的方式实现了无死区频率测量,创新性地采用每组3个TDC芯片,共4组搭建了时间频率测量系统,并对组内3个TDC芯片测量结果采用平均值滤波法,使频率测量稳定度达到1.1×10-11@5.6×10-15@10000 s,与商用K+K FXE频率计数器指标相当.本设备具有体积小、无需校准、成本低等优点,能够广泛应用到高精度时间间隔和精密频率测量领域中.     

基于波长到时间映射快速测量纠缠光子相位匹配波长的实验方法

准相位匹配有利于实现高效的自发参量下转换,它由非线性晶体的极化周期和依赖于温度的折射率决定。为了确定特定波长处所需的晶体温度,需要测量相位匹配波长随晶体温度的变化关系。单色仪的传统测量方法具有测量精度较低且耗时长等缺点。提出了一种实验方法,该方法能快速准确测量纠缠光子相位匹配波长随晶体温度变化的关系。在信号和闲置光路中先后加入色散元件,通过测量纠缠光子对到达时间关联峰值处的时间延迟随晶体温度的变化关系,利用波长到时间的映射关系将其转化为波长随晶体温度的变化关系。给出了周期极化铌酸锂(PPLN)波导和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的实验测量结果,测量精度优于0.1 nm,测量时间约为几分钟。测量精度受限于单光子探测器的抖动时间和色散元件色散量的大小。原则上,抖动时间越小,色散量越大,测量精度越高。最后讨论了Sellmeier方程计算的结果与实验结果存在差异的可能原因。所提方法可以用来校准相位匹配波长与晶体温度的关系及极化周期,并有望实现温度依赖的Sellmeier方程的修正或改进。     

测地激光陀螺仪的倾斜角误差分析

测地激光陀螺仪是测量地球自转角速度的重要工具,为世界时(universal time,UT1) 解算提供依据。环境变化会影响测地激光陀螺仪光学腔的几何形状,从而影响陀螺仪的测量精度。本文主要针对由测地激光陀螺仪平面倾斜带来的陀螺仪萨格奈克(Sagnac) 频差之误差进行研究,结合基本误差理论、坐标系理论,推导出倾斜对陀螺仪旋转角速度影响的理论模型;利用艾伦方差法(Allan deviation,AD) 分析3个实验室的倾斜数据,并根据分析结果对原始数据作去噪处理;在此基础上使用时间序列法建立倾斜误差补偿模型,将倾斜造成的角速度误差降低一个量级,使输出的Sagnac频差更接近理论值。表明通过构建合理的倾斜误差补偿模型,可以改善陀螺仪输出数据的噪声水平,为陀螺仪进一步优化运行环境及相关数据的处理方法提供参考。     

环境对大型激光陀螺仪的影响研究综述

基于萨格纳克效应的大型激光陀螺仪被认为是精确监测地球自转的合适传感器,可用于潜在的地面科学研究和重大工程应用,如世界时UT1精密测量,地球固体潮观测、旋转地震波探测、广义相对论预言引力磁效应等领域。激光陀螺的灵敏度随环形腔尺寸增大而提高,其运行的长期稳定性受环境变化的影响。本文从激光陀螺仪工作原理出发,梳理了温度、倾斜、气压和风等环境变化对大型激光陀螺仪灵敏度和稳定度的影响,分析说明监测环境因素变化对其输出的萨格纳克频差修正和处置方法,为提高大型激光陀螺仪应用性能提供相关指导。