銣(rú)鐘(zhōng)又被稱為銣(rú)原子(zǐ)鐘，是由(yóu)銣原子部(bù)分(fēn)和(hé)壓控晶體振(zhèn)蕩器組成
。銣(rú)頻(pín)標是一(yī)種被(bèi)動型原子(zǐ)頻率，利(lì)用(yòng)的(dí)是基(jī)態超(chāo)精細能(néng)級(jí)之間的躍遷(qiān)，躍(yuè)遷頻率為6.834,682,612 GHz
。原子(zǐ)遷(qiān)躍對微(wēi)波信(xìn)號起鑒頻作(zuò)用而產生(shēng)誤(wù)差(chà)信號，通(tōng)過(guò)鎖(suǒ)相環路(lù)伺服(fú)晶振(zhèn)的頻率(shuài)，使激(jī)勵信號頻率(shuài)鎖(suǒ)定到原子躍(yuè)遷(qiān)頻(pín)率(shuài)，實現晶(jīng)振輸(shū)出頻(pín)率(shuài)的高度穩(wěn)定(dìng)和準確
。

銣(rú)原子鐘主要由(yóu)單片機電(diàn)路(lù)，伺(sì)服(fú)電路，微波倍(bèi)頻(pín)電路，頻率(shuài)調(tiáo)製(zhì)，倍頻(pín)綜合(hé)電(diàn)路幾(jī)個模(mó)塊組(zǔ)成
。

美國SRS公(gōng)司銣(rú)鐘(zhōng)PRS10的10MHz輸(shū)出來(lái)自第(dì)三(sān)倍頻，應(yīng)力(lì)補(bǔ)償(cháng)（SC-cut）晶體(tǐ)振蕩器(qì)工(gōng)作(zuò)在(zài)一(yī)個(gè)恒溫室中，雙回(huí)路(lù)RF合(hé)成器（晶體頻(pín)率(shuài)22.482MHz）產生359.72MHz，並(bìng)讓6.834 GHz頻率通(tōng)過階躍恢復二極(jí)管
。這樣的(dí)設計(jì)可以(yǐ)使相(xiāng)位噪聲非常低(dī)（< −130 dBc/Hz at 10 Hz），即便在(zài)沒(méi)有鎖定(dìng)銣原(yuán)子(zǐ)的(dí)情況下，其(qí)輸出表(biǎo)現也很(hěn)良好（老化率：<5 × 1E⁻¹⁰ /day），與傳統(tǒng)銣鐘相比(bǐ)相(xiāng)位噪聲降(jiàng)低(dī)42dB（如下(xià)圖），並使用側(cè)臂裝有1毫(háo)克(kè)銣(rú)的燈
。消(xiāo)除了銣耗盡作為一(yī)種(zhǒng)失效(xiào)機製(zhì)，並提供(gōng)了更好(hǎo)的(dí)溫(wēn)度(dù)控(kòng)製，而沒(méi)有多餘的(dí)閃(shǎn)爍噪聲(shēng)
。

PRS10銣(rú)鐘主要性(xìng)能：
· 輸(shū)出頻(pín)率：10MHz
· 相位噪(zào)聲：< −130 dBc/Hz (10 Hz)
· 準確性：±5 × 10E⁻¹¹
· 老(lǎo)化率：<5 × 1E⁻¹¹ (monthly)
· 穩定(dìng)性：<2 × 10E⁻¹² (100 s)
· 體積：2.00" × 3.00" × 4.00" (HWD)

銣(rú)原(yuán)子鐘具有體(tǐ)積小，功耗低，環(huán)境適應能(néng)力強，價格便宜等特點(diǎn)，並擁(yōng)有較(jiào)好(hǎo)的中(zhōng)短期頻率穩定(dìng)度(dù)
。但由於量(liáng)子結構的(dí)頻率漂(piāo)移，相檢(jiǎn)及運(yùn)放的(dí)漂移等因(yīn)素(sù),會產生頻率漂移,從而(ér)導致(zhì)時(shí)差漂(piāo)移
。為(wéi)保證(zhèng)頻(pín)率(shuài)源的可(kě)靠性,銣頻標需(xū)要定期送(sòng)廠進(jìn)行頻(pín)率(shuài)校準
。
 

下麵(miàn)向大(dà)家簡(jiǎn)單(dān)介紹下通過美國(guó)SRS公(gōng)司(sī)的FS740 GPS Time and Frequency System來馴(xùn)服銣鐘，此設(shè)備同樣(yàng)適(shì)用(yòng)於GLONASS和(hé)我(wǒ)國的北(běi)鬥(dǒu)係統(tǒng)
。

FS740提(tí)供10MHz的頻率(shuài)基(jī)準，服(fú)從GPS，北鬥等(děng)規範(fàn)，長期(qī)穩定(dìng)性(xìng)優於1×10E–13
。該(gāi)儀(yí)器還(huán)可以(yǐ)對(duì)與UTC或GPS有(yǒu)關(guān)的外(wài)部(bù)事件(jiàn)進(jìn)行時間(jiān)標記(jì)，並測(cè)量用戶輸(shū)入的頻率
。具(jù)有DDS合成(chéng)頻率(shuài)輸(shū)出，可調速(sù)率(shuài)（和(hé)寬度）脈(mài)衝(chōng)輸(shū)出和(hé)AUX輸(shū)出，用於(yú)包(bāo)括(kuò)IRIGB時(shí)間碼輸出在(zài)內的任意(yì)波形(xíng)
。
 
GPS由(yóu)星載(zǎi)高性(xìng)能銣(rú)鐘(zhōng)或(huò)銫鐘產生，其相(xiāng)位受地麵站控(kòng)製(zhì)，因此其長期(qī)特性(xìng)非常穩定，高於(yú)普(pǔ)通(tōng)的銣鐘，銫(sè)鐘或氫鐘
。從而可利(lì)用其長期穩(wěn)定特性(xìng)對晶(jīng)振，如(rú)中(zhōng)等(děng)頻(pín)標進行(háng)校準(zhǔn)
。（以下馴(xùn)服(fú)原(yuán)理示意圖來(lái)源(yuán)於(yú)網(wǎng)絡(luò)）

在FS740係統中對於(yú)輸出的1pps由內置(zhì)的(dí)晶振(zhèn)或(huò)者銣鐘產生(shēng)，若銣(rú)鐘或晶振獨立產(chǎn)生秒(miǎo)脈衝，其(qí)相(xiāng)位(wèi)會(huì)隨(suí)其老化(huà)特(tè)性而逐(zhú)漸漂移(yí)
。而(ér)FS740中(zhōng)存在一(yī)個反(fǎn)饋，通(tōng)過(guò)每秒或更高速(sù)率將1pps脈衝與(yǔ)GPS進行實時對比，計算出(chū)1pps脈(mài)衝(chōng)與GPS的相(xiāng)位(wèi)差，並利用(yòng)FS740內(nèi)部DDS進行相(xiāng)位調整(zhěng)
。終(zhōng)輸(shū)出的1pps即(jí)利用(yòng)調(tiáo)整後的10MHz產(chǎn)生
。由於存在相位調整(zhěng)，故1pps的長(cháng)期(qī)相位(wèi)特性與(yǔ)內置的晶(jīng)振的長(cháng)期漂(piāo)移不(bù)再相關，而與GPS/北(běi)鬥衛星時間(jiān)直接(jiē)相關(guān)
。因此(cǐ)，可利用其(qí)長期穩定的(dí)特性(xìng)對銣鐘進行(háng)馴服
。
兩(liǎng)圖(tú)是典型(xíng)的對比(bǐ)：

FS740的操(cāo)作(zuò)步驟(zhòu):

1，安裝天(tiān)綫，放(fàng)置(zhì)於(yú)空(kōng)曠處或樓(lóu)頂，以獲取可靠(kào)的信(xìn)號，增加(jiā)長期穩定性
。

2，將(jiāng)電纜(lǎn)從天綫(xiàn)連(lián)接到標有“GPS ANT”的FS740的後麵板(bǎn)輸入(rù)端
。

3，開機
。FS740將(jiāng)自動(dòng)搜索GPS衛星，需要(yào)1個(gè)小時(shí)來保(bǎo)證*穩定
。穩(wěn)定後(hòu)LED燈(dēng)亮起
。

用(yòng)戶(hù)可(kě)以通過計算和(hé)輸入天綫延遲(chí)來改善FS740的UTC值(zhí)以(yǐ)獲得(dé)校準
。
 
4，測量天綫到FS740設備的電纜長度
。
 
5，按(àn)下麵板GPS按鈕以激(jī)活GPS屏(píng)幕顯示
。

6，導航到GPS>配置(zhì)>天綫更(gēng)正

7，用天(tiān)綫的(dí)長(cháng)度(dù)乘(chéng)以(yǐ)1.5417ns/ft,並(bìng)將數值輸(shū)入(rù)
。

8，熟悉(xī)FS740的各(gè)種(zhǒng)功能(néng)和查看屏幕(mù)的狀態顯示
。

9，也可以遠(yuǎn)程通過GnssDO Application程(chéng)序(xù)控(kòng)製並調用

10，通過(guò)FS740設備後(hòu)麵(miàn)板(bǎn)的PULSE OUT於銣鐘的1PPS in連(lián)接，即(jí)可實(shí)現對(duì)銣鐘的(dí)長期校(xiào)準，以(yǐ)使(shǐ)其獲得更長期的(dí)穩定行
。

相關性(xìng)設備(bèi)：

參照(zhào)文獻(xiàn)：

陳智(zhì)勇(yǒng)，韓蒂，慶(qìng)毅(yì)，董(dǒng)柯，湯超，盛榮(róng)武. 麵向(xiàng)時間應(yīng)用(yòng)的可(kě)馴服銣鐘.2013.2
遲(chí)華山(shān)，張(zhāng)磊(lěi)，遲(chí)文波,強成虎.基於GPS/北(běi)鬥共(gòng)視技(jì)術(shù)的銣(rú)鐘(zhōng)馴(xùn)服(fú)方(fāng)法. 2017.25
中(zhōng)國衛星海(hǎi)上(shàng)測控(kòng)部 吳(wú) 昊. 測量(liáng)船(chuán)自適(shì)應馴(xùn)服(fú)銣鐘設計(jì)
 
資料源(yuán)自(zì)：
美國(guó)Stanford Research Systems公(gōng)司(sī)，