频率稳定度测量方法的对比分析.pdf

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1、2013年2月宇航计测技术Feb．．2013第33卷第l期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33．No．1文章编号：1000-7202(2013)01—0035—04中图分类号：TM935．12文献标识码：A频率稳定度测量方法的对比分析焦月1张升康1’2(1．北京无线电计量测试研究所，北京100039；2．计量校准技术国防科技重点实验室，北京100039)摘要作为衡量频率标准工作性能的重要指标，频率稳定度对评估产品的稳定性和可靠性起到重要作用。利用传统的阿仑方差测量频标的长期稳定度时，

2、通常需要很长的时间，测量周期较长。本文首先研究了阿仑总方差、Thgol和ThgoH几种相比阿仑方差可缩短测量周期的频率稳定度时域分析方法，然后基于一组实测的铷钟时间偏差数据，对这几种方差进行了对比和分析。关键词时间频率时域稳定度Au舳方差总方差neoHComparisonandAnalysisoftheMethodstoMeasuretheFrequencyStabilityJIAOYuelZHANGSheng．kan91’2(1．BeijingInstituteofRadioMetrologyandMeasurement，Beijing100

3、039；2．TheKeyLaboratoryofMetrologyandCalibrationTechnology，Bering100039)AbstractAsamainaspecttomeasuretheperformanceofthefrequencystandards，thefrequeneystabilityplaysanimportantroleinevaluatingthestabilityandreliabilityoftheproducts．Itusuallytakesalongtimetocomputethetraditio

4、nalAllanvarianceformeasuringthelong—termstabilityofthefrequencystandards．Inthispaper，Totalvariance，Th60landThgoHal'estudied，whichCallreducethemeasuringtimeintimedomainstabilityanalysiscomparingwiththetraditionalAll趴variance；then，basedonthetimeerrordataofaRubidium(ab)clockmea

5、suredinthelaboratory，thesevariancesarecomparedandanalyzed．KeywordsTimeandfrequencyTimedomainstabilityAllanvarianceTotalvarianceTheoH1引言频率稳定度是衡量频率标准(频标)稳定性的重要指标，目前，频标的频域稳定度一般用单边带相位噪声来表征，在时域的稳定性测量中，广泛采用阿仑方差(AuaJlVariance)来表征¨J。此外，还衍生出多种适合不同场合需求的方差，如重叠估计阿仑方差(OvedappedAllanVaria

6、nce)，因增加了等效自由度个数，进而可以提高方差估计的置信度；改进阿仑方差(ModifiedAllanVariance)与重叠阿仑方差相比，多了一重相位平滑运算，因此前者能够区分调相闪变噪声和调相白噪声影响口’；哈达玛方差(Had．amardVariance)不受线性频率漂移的影响，且对随机游走噪声是收敛的，非常适合对铷钟的稳定性分析p1；阿仑总方差(TotalVariance)是用于频率稳定度分析较新的统计工具，当平滑时间较长时，仍能给·36·宇航计测技术2013焦出较高的置信度，且对频率漂移不敏感¨1；还有Th台ol∞1和Th60H。6J

7、等更新的时域稳定性统计方法。在时域测量中，频率稳定度通常分为短期稳定度和长期稳定度。频标的短期稳定度，通常指的是采样间隔小于10s的稳定度；频标的长期稳定度，通常是指采样间隔大于10s的稳定度。当使用阿仑方差计算频标的长期稳定度时，通常需要较长的测量时间，本文基于阿仑总方差、Theol和Th仑oH可以计算更长平滑时间下的稳定性估值的特性，使用相对较短的时差数据，分别计算了同一台铷钟在重叠阿仑方差、阿仑总方差、Theol和TheoH几种方差下的长期稳定度，并与阿仑方差进行了对比和分析。2时域稳定性分析方法2．1阿仑方差阿仑方差是最常用的时域稳定性

8、分析方法，是基于时域的描述相邻两次频率差值测量结果的方差，表征频率稳定度的阿仑方差表达式为⋯盯：(f)=<(歹。+1一歹，)2>1吖一12赤荟(弧一∥