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1、2015年10月宇航计测技术Oct.,2015第35卷第5期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol.35,No.5試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試文章编号:1000-7202(2015)05-0036-05中图分类号:V411.8文献标识码:A基于Matlab的被动型氢原子频标仿真模型研究1,222郑贺斐冯克明李晶(1.中国航天科工集团公司第二研究院,北京100854;2.北京无线电计量测试研究所,北京100039)摘要针对被动型氢原子频
2、标的特点,分别建立了物理系统和伺服环路的仿真模型,搭建了氢原子频标的整个系统的闭环仿真模型。在开环和闭环两种情况下对氢原子频标进行仿真分析和实验验证。关键词氢原子频标仿真模型MatlabResearchontheSimulationModeltoAnalysisandExperimentaloftheHydrogenMaserFrequencyStandardbasedonMatlab1,222ZHENGHe-feiFENGKe-mingLIJing(1.TheSecondAcademyoftheCASIC,Beijing100854;2.Beijin
3、gInstituteofRadioMetrology&Measurement,Beijing100039)AbstractConsideringthefeaturesofHydrogenmaserFrequencyStandard(HFS),simulationmodelswasbuiltup,includingthehydrogenphysicspackageandservoloop.Thenthosemodelswerelinkedfrombeginningtoendandthewholeclosed.Theloopsimulationmodelo
4、fHFSwasgotten.TheHFSsystemoutputresponsewasanalyzedandvalidatedundertheconditionofopenloopandclosedloop.KeywordsHydrogenmaserFrequencyStandard(HFS)SimulationmodelMatlab[1]1引言频环路。以往分析锁频环路都是基于数学推导和公式[2]被动型氢原子频标主要是由物理系统和锁频计算的方法,本文用可视化模型的方法表征整电路系统闭环构成。物理系统是氢原子超精细结个氢原子频标锁频环路,并借助Matla
5、b对其进行[3]构能级与腔内辐射场相互作用产生稳定的受激辐仿真分析,这样不仅可以全面地掌握氢原子频射跃迁,是整个环路中的高稳鉴频器。通过对输标系统的工作过程,还可以更加方便地控制系统出信号的处理,将误差信息反馈控制晶振,构成锁响应,而且通过精确量化系统参数,使调试工作更收稿日期:2015-03-04,修回日期:2015-09-23作者简介:郑贺斐(1991-),女,博士研究生,主要研究方向:时间频率信号处理技术。第5期基于Matlab的被动型氢原子频标仿真模型研究·37·有针对性。成链路、压控晶振和伺服环路四部分,搭建整个氢原基于被动型氢原子频标的工作
6、原理,本文介绍子频标系统的仿真模型。氢原子频标的原理框图如了建立各部分仿真模型的方法,即物理系统、频率合图1所示。图1氢原子频标原理框图2物理系统的仿真模型Kenschaft模型)。Kenschaft模型能够准确预测量子氢原子频标的物理部分主要包括氢原子跃迁和跃迁,将其作为线宽、射频功率以及调制的函数。本微波腔两部分,将这两部分级联,模拟微波腔内发生文用类似的方法对氢原子频标的相应参数进行测的量子跃迁。Kenschaft博士建立了铷气泡频标量量,得到氢原子跃迁的仿真2模型,如图2所示,详子系统输出光吸收信号的早期模型[4,5](以下简称细实验见参考文献
7、5。图2氢原子跃迁的仿真模型图氢脉泽的跃迁频率与自由、不受干扰的氢原子式中:δf———氢原子跃迁频率变化;Q———微波腔ac超精细结构跃迁频率有一定的差异。当微波腔的谐的品质因数;Q———氢原子跃迁谱线的品质因数;a振频率与原子跃迁频率不同时产生腔牵引效应。腔δf———微波腔的频率相对跃迁频率偏差。c[1]牵引相对频移由式(1)表示物理系统的微波腔给辐射场与原子相互作用及受激辐射反馈提供场所。微波腔的S特性接近带Q21cδf=δf(1)ac宽160kHz增益-20dB的洛伦兹函数g(f,f),数学Qa0表达式由式(2)表示。微波腔中心频率受到温度和·3
8、8·宇航计测技术2015年腔误差信号影响,式(3)和式(4)表示微波腔和量子×π×△v;f——
