CN104467837B - 应用于航天器的时间校准方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于航天器的时间校准方法和装置，属于时间校准技术领域。所述时间校准方法包括：压控晶振输出原始频率信号；综合模块产生综合调制信号；微波倍混频模块对原始频率信号和综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号；在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，第一物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；在从第二时刻到第三时刻之间的时间内，第二物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；伺服***分别对第一光检信号和第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压和第二纠偏电压作用于压控晶振。本发明保证了时间校准的连续性，而且避免了更换原子频标的麻烦。

Description

应用于航天器的时间校准方法和装置

技术领域

本发明涉及时间校准技术领域，特别涉及一种应用于航天器的时间校准方法和装置。

背景技术

对于卫星、空间站等航天器来说，时间校准的准确性和连续性都非常重要。原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源，已广泛应用于卫星等设备，当原子频标中的碱金属原子消耗殆尽时，只能从地面上重新更换一个原子频标上天以继续航天器的时间校准，不但对时间校准的连续性有影响，而且更换原子频标十分麻烦。

发明内容

为了解决现有技术影响时间校准的连续性、更换原子频标十分麻烦的问题，本发明实施例提供了一种应用于航天器的时间校准方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种应用于航天器的时间校准方法，所述时间校准方法包括：

压控晶振输出原始频率信号；

综合模块产生综合调制信号；

微波倍混频模块对所述原始频率信号和所述综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号；

在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，物理单元中的第一物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；伺服***对所述第一光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于所述压控晶振；

在从所述第二时刻到第三时刻之间的时间内，物理单元中的第二物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；伺服***对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第一时刻为原子频标进入工作状态的初始时刻，或所述原子频标进入稳定状态的初始时刻，所述第二时刻为所述第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽的时刻，所述第三时刻为所述第二物理子单元中的所述碱金属原子消耗殆尽的时刻。

在本发明一种可能的实现方式中，在第四时刻到所述第一时刻之间的时间内，所述时间校准方法还包括：

所述第一物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；

所述第二物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

所述伺服***根据所述第一光检信号和所述第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第四时刻为所述原子频标进入工作状态的初始时刻，所述第一时刻为所述原子频标进入稳定状态的初始时刻。

可选地，所述伺服***根据所述第一光检信号和所述第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于所述压控晶振，包括：

伺服***中的第一同步鉴相单元对所述第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压；

伺服***中的第二同步鉴相单元对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压；

当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负相同，或者所述第二纠偏电压为0时，伺服***中的中央处理器将所述第一纠偏电压作为第三纠偏电压作用于所述压控晶振；

当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负不同，或者所述第一纠偏电压为0时，所述中央处理器将值为0的第三纠偏电压作用于所述压控晶振。

另一方面，本发明实施例提供了一种应用于航天器的时间校准装置，所述时间校准装置包括：

压控晶振，用于输出原始频率信号；

综合模块，用于产生综合调制信号；

微波倍混频模块，用于对所述原始频率信号和所述综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号；

物理单元，包括第一物理子单元和第二物理子单元；其中，所述第一物理子单元，用于在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；所述第二物理子单元，用于在从所述第二时刻到第三时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

伺服***，用于对所述第一光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于所述压控晶振；对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第一时刻为原子频标进入工作状态的初始时刻，或所述原子频标进入稳定状态的初始时刻，所述第二时刻为所述第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽的时刻，所述第三时刻为所述第二物理子单元中的所述碱金属原子消耗殆尽的时刻。

在本发明一种可能的实现方式中，所述第一物理子单元还用于，在第四时刻到所述第一时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；

所述第二物理子单元还用于，在所述第四时刻到所述第一时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

所述伺服***还用于，根据所述第一光检信号和所述第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第四时刻为所述原子频标进入工作状态的初始时刻，所述第一时刻为所述原子频标进入稳定状态的初始时刻。

可选地，所述伺服***包括：

第一同步鉴相单元，用于对所述第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压；

第二同步鉴相单元，用于对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压；

中央处理器，用于当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负相同，或者所述第二纠偏电压为0时，将所述第一纠偏电压作为第三纠偏电压作用于所述压控晶振；当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负不同，或者所述第一纠偏电压为0时，将值为0的第三纠偏电压作用于所述压控晶振。

在本发明另一种可能的实现方式中，所述物理单元还包括：

光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

微波腔，设置在所述第一物理子单元和所述第二物理子单元外，用于为原子的微波共振提供微波场；

均匀磁场线圈，圈绕所述微波腔设置，用于产生与所述微波场方向平行的弱静磁场；

磁屏，设置在所述微波腔外，用于屏蔽电磁波；

恒温子单元，设置在所述微波腔与所述磁屏之间，用于稳定所述微波腔内的温度；

屏蔽层，位于所述第一物理子单元与所述第二物理子单元之间，用于隔离所述第一物理子单元和所述第二物理子单元之间的微波干扰。

可选地，所述第一物理子单元包括：

第一耦合环，用于传递微波探询信号；

第一集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第一光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第一光检信号；

其中，所述第一集成滤光共振泡位于所述光谱灯和所述第一光电池的中间；

所述第二物理子单元包括：

第二耦合环，用于传递微波探询信号；

第二集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第二光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第二光检信号；

其中，所述第二集成滤光共振泡位于所述光谱灯和所述第二光电池的中间。

优选地，所述第一集成滤光共振吸收泡和所述第二集成滤光共振泡的形状、结构、尺寸全部相同。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述第一物理子单元包括：

第一光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

第一微波腔，用于为原子的微波共振提供微波场；

第一均匀磁场线圈，圈绕所述第一微波腔设置，用于产生与所述微波场方向平行的弱静磁场；

第一磁屏，设置在所述第一微波腔外，用于屏蔽电磁波；

第一恒温子单元，设置在所述第一微波腔与所述第一磁屏之间，用于稳定所述第一微波腔内的温度；

第一耦合环，用于传递微波探询信号；

第一集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第一光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第一光检信号；

其中，所述第一集成滤光共振泡位于所述第一光谱灯和所述第一光电池的中间；

所述第二物理子单元包括：

第二光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

第二微波腔，用于为原子的微波共振提供微波场；

第二均匀磁场线圈，圈绕所述第二微波腔设置，用于产生与所述微波场方向平行的弱静磁场；

第二磁屏，设置在所述第一微波腔外，用于屏蔽电磁波；

第二恒温子单元，设置在所述第二微波腔与所述第二磁屏之间，用于稳定所述第二微波腔内的温度；

第二耦合环，用于传递微波探询信号；

第二集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第二光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第二光检信号；

其中，所述第二集成滤光共振泡位于所述第二光谱灯和所述第二光电池的中间。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，物理单元中的第一物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；伺服***对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振；在从第二时刻到第三时刻之间的时间内，物理单元中的第二物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；伺服***对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于压控晶振，在第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，由第二物理子单元接替第一物理子单元的工作，保证了时间校准的连续性，而且避免了更换原子频标的麻烦，特别适用于卫星、空间站等航天器上的时间校准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种原子频标的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种应用于航天器的时间校准方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的一种应用于航天器的时间校准装置的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的物理单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

下面先结合图1对原子频标的基本结构和工作原理进行简单介绍。该结构仅为举例，并不作为对本发明的限制。

如图1所示，原子频标包括压控晶振1、隔离放大器2、微波倍混频模块3、物理单元4、综合模块5以及伺服***6。其中，压控晶振1用于输出原始频率信号；隔离放大器2用于将压控晶振1的输出频率信号进行隔离和放大；综合模块5用于产生综合调制信号；微波倍混频模块3用于对隔离放大器2的输出信号和综合模块5产生的综合调制信号同时进行倍频和混频，以产生微波探询信号；物理单元4用于对微波探询信号进行鉴频，产生光检信号；伺服***6用于对光检信号进行选频放大和方波整形并与综合调制信号进行同步鉴相，产生纠偏电压作用于压控晶振1，以调整压控晶振1的输出频率；通过上述结构单元，最终将压控晶振1的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。

实施例一

本发明实施例提供了一种应用于航天器的时间校准方法，参见图2，该时间校准方法包括：

步骤101：压控晶振输出原始频率信号。

步骤102：综合模块产生综合调制信号。

步骤103：微波倍混频模块对所原始频率信号和综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号。

在本实施例中，步骤101-103可以与现有技术相同，在此不再详述。

在执行步骤10-103之后，若在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，则执行步骤104-105；若在从第二时刻到第三时刻之间的时间内，则执行步骤106-107。其中，第一时刻可以是原子频标进入工作状态的初始时刻，也可以是原子频标进入稳定状态的初始时刻，如在原子频标进入工作状态的初始时刻之后的一年后。第二时刻为第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，如在第一时刻之后的四年后。第三时刻为第二物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，如在第二时刻之后的四至五年后。

步骤104：物理单元中的第一物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号。

步骤105：伺服***对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振。

具体地，当第一纠偏电压小于0时，第一纠偏电压作用于压控晶振，压控晶振输出的原始频率信号的频率增大；当第一纠偏电压大于0时，第一纠偏电压作用于压控晶振，压控晶振输出的原始频率信号的频率减小。最终，压控晶振输出的原始频率信号锁定在铷原子的基态超精细0－0跃迁频率上。

步骤106：物理单元中的第二物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号。

步骤107：伺服***对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于压控晶振。

在本实施例的一种实现方式中，该时间校准方法还可以包括：

在第四时刻到第一时刻之间的时间内，第一物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；

在第四时刻到第一时刻之间的时间内，第二物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

伺服***根据第一光检信号和第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于压控晶振。

在该种实现方式中，第四时刻为原子频标进入工作状态的初始时刻，第一时刻为原子频标进入稳定状态的初始时刻，如在第四时刻之后的一年后。

可选地，伺服***根据第一光检信号和第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于压控晶振，可以包括：

伺服***中的第一同步鉴相单元对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压；

伺服***中的第二同步鉴相单元对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压；

当第一纠偏电压与第二纠偏电压正负相同，或者第二纠偏电压为0时，伺服***中的中央处理器将第一纠偏电压作为第三纠偏电压作用于压控晶振；

当第一纠偏电压与第二纠偏电压正负不同，或者第一纠偏电压为0时，中央处理器将值为0的第三纠偏电压作用于压控晶振。

可以理解地，根据第一光检信号和第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于压控晶振，可以在原子频标工作的初期，避免***或内部的干扰，提高原子频标的短期稳定度。在原子频标工作的中期，原子频标已经进入非常稳定的工作状态，只需要根据第一光检信号，产生第一纠偏电压即可。在原子频标工作的后期，由于第一物理子单元中的碱金属消耗殆尽，无法继续工作，而第二物理子单元中的碱金属还有，此时根据第二光检信号，产生第二纠偏电压，原子频标即可继续工作。

在具体实现中，由于第一物理子单元和第二物理子单元工作时需要***电路提供温度场、磁场和射频场，也就是说，只有当温度场、磁场和射频场同时施加到第一物理子单元和第二物理子单元上时，第一物理子单元和第二物理子单元才能工作。而***电路受到中央处理器的控制，因此中央处理器可以通过切断温度场、磁场和射频场中的一个或多个(即控制***电路)，对第一物理子单元和第二物理子单元是否工作进行控制。例如，中央处理器切断磁场，第一物理子单元和第二物理子单元中的原子不能发生***，第一物理子单元和第二物理子单元不能工作。又如，中央处理器切断射频场，原子虽然通过磁场作用产生了***，但是没有射频场激发，第一物理子单元和第二物理子单元同样不能工作。再如，中央处理器切断温度场，原子不能起辉发光，第一物理子单元和第二物理子单元还是不能工作。

具体地，由于物理子单元上的射频场是通过微波探询信号产生的，微波探询信号是通过耦合环传递的，当第一物理子单元和第二物理子单元使用同一个均匀磁场线圈、恒温子单元时，中央处理器通过对一个物理子单元传递微波探询信号，另一个不传递微波探询信号，即可实现两个物理子单元不同时工作或不工作。

当第一物理子单元和第二物理子单元使用不同的均匀磁场线圈、恒温子单元时，中央处理器可以通过均匀磁场线圈、恒温子单元、耦合环中的一个或多个控制，实现两个物理子单元不同时工作或不工作。

所以，原子频标中设置的中央处理器会对整个处理过程进行控制，在原子频标工作的初期，如原子频标工作的第一年，控制第一物理子单元和第二物理子单元同时工作；在原子频标工作的中期，如原子频标工作的第二年至第五年，控制第一物理子单元单独工作；在原子频标工作的后期，如原子频标工作的五年之后，控制第二物理子单元单独工作。

本发明实施例通过在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，物理单元中的第一物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；伺服***对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振；在从第二时刻到第三时刻之间的时间内，物理单元中的第二物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；伺服***对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于压控晶振，在第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，由第二物理子单元接替第一物理子单元的工作，保证了时间校准的连续性，而且避免了更换原子频标的麻烦，特别适用于卫星、空间站等航天器上的时间校准。

实施例二

本发明实施例提供了一种应用于航天器的时间校准装置，参见图3，该时间校准装置包括：

压控晶振201，用于输出原始频率信号；

综合模块202，用于产生综合调制信号；

微波倍混频模块203，用于对原始频率信号和综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号；

物理单元204，包括第一物理子单元2041和第二物理子单元2041；其中，第一物理子单元，用于在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；第二物理子单元2042，用于在从第二时刻到第三时刻之间的时间内，对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

伺服***205，用于对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振201；对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于压控晶振201。

在本实施例中，第一时刻可以是原子频标进入工作状态的初始时刻，也可以是原子频标进入稳定状态的初始时刻，如在原子频标进入工作状态的初始时刻之后的3-5年后。第二时刻为第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，如在第一时刻之后的5年后。第三时刻为第二物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，如在第二时刻之后的5年后。

时间校准中87Rb原子跃迁频率为6834.687MHz，为了实现共振探询和同步检测，必须通过将微波探询信号调到原子共振跃迁频率中心频率上，即产生源于石英晶体振荡器(即压控晶振201)的微波探询信号，并将压控晶振201的输出频率锁定在铷原子的基态超精细0－0跃迁频率上。

压控晶振201是激励微波场的初始信号源，并提供标准频率输出，其振荡频率受伺服***205输出的纠偏电压控制，对时间校准而言，它的相位噪声决定了伺服环路带宽以外的输出信号的相噪特性。

伺服电路将物理单元204输出的量子鉴频信号(即光检信号)转变为直流纠偏电压，来控制压控晶振201的输出频率，从而完成环路的锁定。

在本实施例的一种实现方式中，第一物理子单元2041还可以用于，在第四时刻到第一时刻之间的时间内，对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号。

第二物理子单元2042还可以用于，在第四时刻到第一时刻之间的时间内，对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号。

伺服***205还可以用于，根据第一光检信号和第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于压控晶振201。

在该种实现方式中，第四时刻为原子频标进入工作状态的初始时刻，第一时刻为原子频标进入稳定状态的初始时刻，如在第四时刻之后的3-5年后。

可选地，伺服***205可以包括：

第一同步鉴相单元2051，用于对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压；

第二同步鉴相单元2052，用于对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压；

中央处理器2053，用于当第一纠偏电压与第二纠偏电压正负相同，或者第二纠偏电压为0时，将第一纠偏电压作为第三纠偏电压作用于压控晶振201；当第一纠偏电压与第二纠偏电压正负不同，或者第一纠偏电压为0时，将值为0的第三纠偏电压作用于压控晶振201。

在本实施例的另一种实现方式中，参见图4，物理单元204还可以包括：

光谱灯2043，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

微波腔2044，设置在第一物理子单元2041和第二物理子单元2042外，用于为原子的微波共振提供微波场；

均匀磁场线圈2045，圈绕微波腔2044设置，用于产生与微波场方向平行的弱静磁场；

磁屏2046，设置在微波腔2044外，用于屏蔽电磁波；

恒温子单元2047，设置在微波腔2044与磁屏2046之间，用于稳定微波腔2044内的温度；

屏蔽层2048，位于第一物理子单元2041与第二物理子单元2042之间，用于隔离第一物理子单元2041和第二物理子单元2042之间的微波干扰。

在本实施例中，光谱灯2043是一个无极放电的铷灯，灯泡内除了充有铷外，还充有激发电位低的惰性启辉气体。常用的启辉气体为Kr或Ar。整个光谱灯2043由射频源激励发光。

微波腔2044、均匀磁场线圈2045、以及第一物理子单元2041或者第二物理子单元2042组成共振探测部分。微波腔2044的主要作用是为原子的微波共振提供合适的微波场。均匀磁场线圈2045的作用是产生一个和微波场方向相平行的弱静磁场，使原子基态超精细结构发生塞曼***，并为原子跃迁提供量子化轴，同时通过调节均匀磁场线圈2045中电流的大小，改变磁场的强度，微调***的输出频率。

恒温子单元2047提供温度恒定的工作环境。

可选地，第一物理子单元2041包括：

第一耦合环2041a，用于传递微波探询信号；

第一集成滤光共振泡2041b，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第一光电池2041c，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第一光检信号；

其中，第一集成滤光共振泡2041b位于光谱灯2043和第一光电池2041c的中间。

在本实施例中，第一耦合环2041a将外部电子线路的微波引入微波腔2044中。第一光电池2041c选择在800nm处有较好灵敏度的硅光电池，作为第一集成滤光共振泡2041b透射光的探测器。

在第一集成滤光共振泡2041b中为进行滤光和原子共振，除需要充入适量的87Rb及85Rb外，还需充入适当压力的混合缓冲气体，以进行荧光淬灭、能级混杂和减小多谱勒频移。第一集成滤光共振泡2041b中的87Rb原子的基态超精细跃迁频率即是铷时间校准的量子鉴频参考频率。

可选地，第二物理子单元2042包括：

第二耦合环2042a，用于传递微波探询信号；

第二集成滤光共振泡2042b，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第二光电池2042c，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第二光检信号；

其中，第二集成滤光共振泡2042b位于光谱灯2043和第二光电池2042c的中间。

可以理解地，在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，第一集成滤光共振泡2041b按照现有时间校准原理参与正常的光抽运、光检测，即有微波探询信号通过第一耦合环2041a作用到第一集成滤光共振泡2041b中，而此时第二集成滤光共振泡2042b并没有微波场能量的馈入。随着时间的流逝，从第二时刻到第三时刻之间的时间内，第一集成滤光共振泡2041b中的碱金属元素将逐渐消耗，而第二集成滤光共振泡2042b由于没有消耗，比如在5年后，第一集成滤光共振泡2041b将成为废泡，这时原子频标将启用第二集成滤光共振泡2042b进行工作延续，此时微波探询信号通过第二耦合环2042a馈入到第二集成滤光共振泡2042b中。

优选地，第一集成滤光共振吸收泡2041b和第二集成滤光共振泡2042b的形状、结构、尺寸全部相同。

同样地，第一光电池2041c与第二光电池2042c的型号相同。

在本实施例的又一种实现方式中，第一物理子单元可以包括：

第一光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

第一微波腔，用于为原子的微波共振提供微波场；

第一均匀磁场线圈，圈绕第一微波腔设置，用于产生与微波场方向平行的弱静磁场；

第一磁屏，设置在第一微波腔外，用于屏蔽电磁波；

第一恒温子单元，设置在第一微波腔与第一磁屏之间，用于稳定第一微波腔内的温度；

第一耦合环，用于传递微波探询信号；

第一集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第一光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第一光检信号；

其中，第一集成滤光共振泡位于第一光谱灯和第一光电池的中间。

第二物理子单元可以包括：

第二光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

第二微波腔，用于为原子的微波共振提供微波场；

第二均匀磁场线圈，圈绕第二微波腔设置，用于产生与微波场方向平行的弱静磁场；

第二磁屏，设置在第一微波腔外，用于屏蔽电磁波；

第二恒温子单元，设置在第二微波腔与第二磁屏之间，用于稳定第二微波腔内的温度；

第二耦合环，用于传递微波探询信号；

第二集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第二光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第二光检信号；

其中，第二集成滤光共振泡位于第二光谱灯和第二光电池的中间。

本发明实施例通过在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，物理单元中的第一物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；伺服***对第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于压控晶振；在从第二时刻到第三时刻之间的时间内，物理单元中的第二物理子单元对微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；伺服***对第二光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于压控晶振，在第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽时，由第二物理子单元接替第一物理子单元的工作，保证了时间校准的连续性，而且避免了更换原子频标的麻烦，特别适用于卫星、空间站等航天器上的时间校准。

需要说明的是：上述实施例提供的应用于航天器的时间校准装置在校准时间时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的应用于航天器的时间校准装置与应用于航天器的时间校准方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于航天器的时间校准方法，所述时间校准方法包括：

压控晶振输出原始频率信号；

综合模块产生综合调制信号；

微波倍混频模块对所述原始频率信号和所述综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号；

其特征在于，所述时间校准方法还包括：

在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，物理单元中的第一物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；伺服***对所述第一光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于所述压控晶振；

在从所述第二时刻到第三时刻之间的时间内，物理单元中的第二物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；伺服***对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第一时刻为原子频标进入工作状态的初始时刻，或所述原子频标进入稳定状态的初始时刻，所述第二时刻为所述第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽的时刻，所述第三时刻为所述第二物理子单元中的所述碱金属原子消耗殆尽的时刻。

2.根据权利要求1所述的时间校准方法，其特征在于，在第四时刻到所述第一时刻之间的时间内，所述时间校准方法还包括：

所述第一物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；

所述第二物理子单元对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

所述伺服***根据所述第一光检信号和所述第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第四时刻为所述原子频标进入工作状态的初始时刻，所述第一时刻为所述原子频标进入稳定状态的初始时刻。

3.根据权利要求2所述的时间校准方法，其特征在于，所述伺服***根据所述第一光检信号和所述第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于所述压控晶振，包括：

伺服***中的第一同步鉴相单元对所述第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压；

伺服***中的第二同步鉴相单元对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压；

当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负相同，或者所述第二纠偏电压为0时，伺服***中的中央处理器将所述第一纠偏电压作为第三纠偏电压作用于所述压控晶振；

当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负不同，或者所述第一纠偏电压为0时，所述中央处理器将值为0的第三纠偏电压作用于所述压控晶振。

4.一种应用于航天器的时间校准装置，所述时间校准装置包括：

压控晶振，用于输出原始频率信号；

综合模块，用于产生综合调制信号；

微波倍混频模块，用于对所述原始频率信号和所述综合调制信号同时进行倍频和混频，产生微波探询信号；

其特征在于，所述时间校准装置还包括：

物理单元，包括第一物理子单元和第二物理子单元；其中，所述第一物理子单元，用于在从第一时刻到第二时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；所述第二物理子单元，用于在从所述第二时刻到第三时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

伺服***，用于对所述第一光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压作用于所述压控晶振；对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第一时刻为原子频标进入工作状态的初始时刻，或所述原子频标进入稳定状态的初始时刻，所述第二时刻为所述第一物理子单元中的碱金属原子消耗殆尽的时刻，所述第三时刻为所述第二物理子单元中的所述碱金属原子消耗殆尽的时刻。

5.根据权利要求4所述的时间校准装置，其特征在于，所述第一物理子单元还用于，在第四时刻到所述第一时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第一光检信号；

所述第二物理子单元还用于，在所述第四时刻到所述第一时刻之间的时间内，对所述微波探询信号进行鉴频，产生第二光检信号；

所述伺服***还用于，根据所述第一光检信号和所述第二光检信号，产生第三纠偏电压作用于所述压控晶振；

其中，所述第四时刻为所述原子频标进入工作状态的初始时刻，所述第一时刻为所述原子频标进入稳定状态的初始时刻。

6.根据权利要求5所述的时间校准装置，其特征在于，所述伺服***包括：

第一同步鉴相单元，用于对所述第一光检信号进行选频放大并与综合调制信号进行同步鉴相，产生第一纠偏电压；

第二同步鉴相单元，用于对所述第二光检信号进行选频放大并与所述综合调制信号进行同步鉴相，产生第二纠偏电压；

中央处理器，用于当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负相同，或者所述第二纠偏电压为0时，将所述第一纠偏电压作为第三纠偏电压作用于所述压控晶振；当所述第一纠偏电压与所述第二纠偏电压正负不同，或者所述第一纠偏电压为0时，将值为0的第三纠偏电压作用于所述压控晶振。

7.根据权利要求4-6任一项所述的时间校准装置，其特征在于，所述物理单元还包括：

光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

微波腔，设置在所述第一物理子单元和所述第二物理子单元外，用于为原子的微波共振提供微波场；

均匀磁场线圈，圈绕所述微波腔设置，用于产生与所述微波场方向平行的弱静磁场；

磁屏，设置在所述微波腔外，用于屏蔽电磁波；

恒温子单元，设置在所述微波腔与所述磁屏之间，用于稳定所述微波腔内的温度；

屏蔽层，位于所述第一物理子单元与所述第二物理子单元之间，用于隔离所述第一物理子单元和所述第二物理子单元之间的微波干扰。

8.根据权利要求7所述的时间校准装置，其特征在于，所述第一物理子单元包括：

第一耦合环，用于传递微波探询信号；

第一集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第一光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第一光检信号；

其中，所述第一集成滤光共振泡位于所述光谱灯和所述第一光电池的中间；

所述第二物理子单元包括：

第二耦合环，用于传递微波探询信号；

第二集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第二光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第二光检信号；

其中，所述第二集成滤光共振泡位于所述光谱灯和所述第二光电池的中间。

9.根据权利要求8所述的时间校准装置，其特征在于，所述第一集成滤光共振吸收泡和所述第二集成滤光共振泡的形状、结构、尺寸全部相同。

10.根据权利要求4-6任一项所述的时间校准装置，其特征在于，所述第一物理单元子包括：

第一光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

第一微波腔，用于为原子的微波共振提供微波场；

第一均匀磁场线圈，圈绕所述第一微波腔设置，用于产生与所述微波场方向平行的弱静磁场；

第一磁屏，设置在所述第一微波腔外，用于屏蔽电磁波；

第一恒温子单元，设置在所述第一微波腔与所述第一磁屏之间，用于稳定所述第一微波腔内的温度；

第一耦合环，用于传递微波探询信号；

第一集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第一光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第一光检信号；

其中，所述第一集成滤光共振泡位于所述第一光谱灯和所述第一光电池的中间；

所述第二物理子单元包括：

第二光谱灯，内部充有铷和启辉气体，用于提供抽运光；

第二微波腔，用于为原子的微波共振提供微波场；

第二均匀磁场线圈，圈绕所述第二微波腔设置，用于产生与所述微波场方向平行的弱静磁场；

第二磁屏，设置在所述第一微波腔外，用于屏蔽电磁波；

第二恒温子单元，设置在所述第二微波腔与所述第二磁屏之间，用于稳定所述第二微波腔内的温度；

第二耦合环，用于传递微波探询信号；

第二集成滤光共振泡，内部充有铷和缓冲气体，用于滤光和原子共振；

第二光电池，用于探测集成滤光共振泡透射光，产生第二光检信号；

其中，所述第二集成滤光共振泡位于所述第二光谱灯和所述第二光电池的中间。