国产光抽运小铯钟频率控制算法研究取得进展

国产光抽运小铯钟工艺较国外磁选态小铯钟显著改进,原子利用率高,理论性能高于磁选态小铯钟。近期,针对国产光抽运小铯钟噪声特性开展频率控制研究并取得初步进展,研究成果以《基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法研究》为题,发表于“物理学报”期刊。为了提升我国标准时间的自主性和安全性,需要将国产小铯钟加入守时。此前守时工作中的频率控制主要针对国外磁选态小铯钟的开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟) 的工作原理和性能不同 ,因此需要发展新的方法以适应国产钟。

国家授时中心科研人员构建了国产钟的状态模型,进行了国产钟的噪声分析,实现了基于线性二次高斯控制的控制系统结构设计,研究了不同控制间隔的国产钟的性能分析以及多约束下的国产钟的长期频率稳定度和漂移率分析。结果表明,该方法能够有效处理国产光抽运小铯钟的调频白噪声、调频闪变噪声和调频随机游走噪声,显著提高国产钟的频率稳定性(见图1)。

这一工作改善了国产光抽运小铯钟的多项噪声指标,为我国的自主守时体系奠定了的理论基础。

图1 频率控制前后国产钟相对于UTCr的频率稳定度