本发明涉及时间计量技术领域，尤其涉及一种应用于原子喷泉钟的信号获取方法及装置。
背景技术：
1967年，第十三届国际计量大会决议将秒的定义从天文秒改为原子秒，即“秒是铯(cesium，简称：cs)-133原子在0k(开氏度)温度基态两个超精细能级对应辐射9192631770个周期持续的时间”。1997年国际计量委员会确认，上述定义铯原子处于“基态0k温度”。从此，实验室型铯原子喷泉钟成为时间频率的计量基准装置。实验室型铯原子喷泉钟利用铯原子内部的电子在两个能级的跃迁谱线对激励信号进行鉴频，再经锁频环路将激励信号的频率锁定于跃迁谱线中心频率上，实现秒定义的复现。因此，激励信号的性能对复现秒定义极为重要。
现有技术主要通过光生微波法产生激励信号，光生微波法是通过光学频率梳将超稳激光的稳定度传递到微波信号，所产生的激励信号的短期稳定度可达到10-14。但通过上述方法生成的激励信号的长期稳定度较差。
技术实现要素：
本发明提供一种应用于原子喷泉钟的信号获取方法及装置，以生成具有长期稳定度的激励信号。
第一方面，本发明提供一种信号获取装置，该包括：
激光移频单元、超稳微波频率变换单元、标准信号获得单元、长期稳定度获得单元、激励信号获得单元；
其中，所述激光移频单元用于根据超稳激光生成超稳微波；
所述超稳微波频率变换单元的输入端与所述激光移频单元的输出端连接，所述超稳微波频率变换单元用于根据所述超稳微波生成与所述超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波；
所述标准信号获得单元的输入端与所述超稳微波频率变换单元的输出端连接，所述标准信号获得单元用于根据所述高频超稳微波生成标准高频信号；
所述长期稳定度获得单元的输入端与所述标准信号获得单元的输出端连接，所述长期稳定度获得单元用于根据所述标准高频信号补偿所述超稳激光的频率漂移；
所述激励信号获得单元的输入端分别与所述标准信号获得单元的输出端及所述超稳微波频率变换单元的输出端连接，所述激励信号获得单元用于根据所述标准高频信号和所述高频超稳微波生成激励信号。
进一步地，所述激光移频单元包括：声光调制器、光学频率梳、第一直接数字频率合成器、第一氢钟；
其中，所述声光调制器用于对所述超稳激光进行移频，并将所述光学频率梳锁定于移频后的超稳激光上，生成所述超稳微波；
所述声光调制器的射频源使用的驱动信号由所述第一直接数字频率合成器来提供，所述第一直接数字频率合成器由所述长期稳定获得单元输出的误差信号和所述第一氢钟控制。
进一步地，所述超稳微波频率变换单元包括第一介质振荡器。
进一步地，所述标准信号获得单元包括：恒温晶振、第一处理单元、第二介质振荡器、拍频单元、鉴频鉴相单元、滤波器、频率综合器、第二氢钟；
其中，所述第二介质振荡器的输入端与所述恒温晶振的输出端连接，所述第二介质振荡器用于根据所述恒温晶振输出的所述标准高频信号生成第一微波信号；
所述拍频单元用于对所述高频超稳微波以及所述第一微波信号进行拍频处理，得到低频信号，所述低频信号经所述滤波器传输至所述鉴频鉴相单元；
所述鉴频鉴相单元的输入端还与所述频率综合器连接，所述鉴频鉴相单元用于对所述滤波器输出的信号以及所述频率综合器输出的信号进行鉴频鉴相处理，得到第一误差信号；所述频率综合器由所述第二氢钟伺服；
所述第一处理单元的输入端与所述鉴频鉴相单元的输出端连接，所述第一处理单元用于对所述第一误差信号进行滤波、比例放大和积分处理，并将处理后的第一误差信号发送至所述恒温晶振，以使所述恒温晶振根据所述处理后的第一误差信号生成所述标准高频信号。
进一步地，所述标准高频信号的频率为100mhz。
进一步地，所述长期稳定度获得单元包括：鉴相单元、第三氢钟、第二处理单元；
其中，所述鉴相单元用于对所述标准高频信号以及所述第三氢钟输出的信号进行鉴相处理，生成第二误差信号；
所述第二处理单元用于对所述第二误差信号进行滤波、比例放大和积分处理，得到处理后的第二误差信号，所述第二误差信号用于补偿所述超稳激光的频率漂移。
进一步地，所述激励信号获得单元包括：第一单边混频器、第二单边混频器、频率合成单元、功率衰减器、功分器、移相器、干涉开关、第四氢钟、第二直接数字频率合成器；
其中，所述功分器用于对所述标准高频信号进行功率放大和分配；所述功分器的输出端分别与所述功率衰减器和所述移相器连接；
所述功率衰减器用于对接收到的信号进行功率衰减，并将衰减后的信号传输至所述频率合成单元；
所述移相器用于对接收到的信号进行移相处理，并将移相后的信号通过所述干涉开关传输至所述频率合成单元；
所述第一单边混频器的输入端分别与所述频率合成单元的输出端、所述超稳微波频率变换单元的输出端连接，所述第一单边混频器用于对所述高频超稳微波以及所述频率合成单元输出的信号进行混频处理，得到第一混频信号；
所述第二单边混频器的输入端分别与所述第一单边混频器的输出端、由所述第四氢钟伺服的所述第二直接数字频率合成器的输出端连接，所述第二单边混频器用于根据所述第一混频信号以及所述第二直接数字频率合成器输出的信号，生成所述激励信号。
进一步地，第一氢钟、第二氢钟、第三氢钟以及所述第四氢钟为同一氢钟。
第二方面，本发明提供一种信号获取方法，应用于第一方面所述的信号获取装置，该方法包括：
通过所述激光移频单元根据超稳激光生成超稳微波；
通过所述超稳微波频率变换单元根据所述超稳微波生成与所述超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波；
通过所述标准信号获得单元根据所述高频超稳微波生成标准高频信号；
通过所述长期稳定度获得单元根据所述标准高频信号补偿所述超稳激光的频率漂移；
通过所述激励信号获得单元根据所述标准高频信号和所述高频超稳微波生成激励信号。
第三方面，本发明提供一种原子喷泉钟，所述原子喷泉钟利用原子内部的电子在两个能级的跃迁谱线对激励信号进行鉴频，再经锁频环路将如第一方面所述的信号获取装置获取的所述激励信号的频率锁定于跃迁谱线中心频率上，实现秒定义的复现。
进一步地，所述原子喷泉钟包括所述信号获取装置。
本发明提供一种应用于原子喷泉钟的信号获取方法及装置，其中，该装置包括：激光移频单元、超稳微波频率变换单元、长期稳定度获得单元、标准信号获得单元、激励信号获得单元，其中，激光移频单元用于根据超稳激光生成超稳微波，超稳微波频率变换单元的输入端与激光移频单元的输出端连接，超稳微波频率变换单元用于根据超稳微波生成与超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波，标准信号获得单元的输入端与超稳微波频率变换单元的输出端连接，标准信号获得单元用于根据高频超稳微波生成标准高频信号，长期稳定度获得单元的输入端与标准信号获得单元的输出端连接，长期稳定度获得单元用于根据标准高频信号补偿超稳激光的频率漂移，激励信号获得单元的输入端分别与标准信号获得单元的输出端及超稳微波频率变换单元的输出端连接，激励信号获得单元用于根据标准高频信号和高频超稳微波生成激励信号。
本发明的有益效果在于：该装置通过根据长期稳定度获得单元输出的信号对超稳激光的频率漂移进行补偿，提高了超稳激光的长期稳定度，从而提高了激励信号的长期稳定度以及原子跃迁的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的信号获取装置实施例一的结构示意图；
图2为本发明提供的信号获取装置实施例二的结构示意图；
图3为本发明提供的信号获取方法实施例一的流程示意图；
图4为本发明提供的原子喷泉钟实施例一的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的信号获取装置实施例一的结构示意图。如图1所示，本实施例的装置10包括：激光移频单元11、超稳微波频率变换单元12、标准信号获得单元13、长期稳定度获得单元14、激励信号获得单元15。
其中，激光移频单元11用于根据超稳激光使用光学频率梳生成超稳微波。
超稳激光，又称超窄线宽激光，是指通过激光稳频技术将普通的单频激光器的中心频率锁定在一个超稳法布里-珀罗腔(简称：超稳腔)的共振频率上，从而得到线宽小于1hz的激光。
激光移频单元11通过对超稳激光进行移频后使用光学频率梳生成超稳微波。
超稳微波频率变换单元12的输入端与激光移频单元11的输出端连接，超稳微波频率变换单元12用于根据超稳微波生成与超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波。
例如，超稳微波频率变换单元12对激光移频单元11输出的超稳微波的频率进行变换，得到高频超稳微波。由于超稳微波频率变换单元12仅对超稳微波的频率进行变换，并未对超稳微波的其他特性进行改变，因此，得到的高频超稳微波的稳定度与超稳微波的稳定度相同。
进一步，超稳微波频率变换单元12将生成的高频超稳微波信号传输至标准信号获得单元13。标准信号获得单元13的输入端与超稳微波频率变换单元12的输出端连接，标准信号获得单元13用于根据高频超稳微波生成标准高频信号。标准信号获得单元13根据接收到的高频超稳微波信号生成具有标准高频信号。由于标准高频信号是根据高频超稳微波生成的，因此，标准高频信号具有与高频超稳微波信号相同的稳定度。通过频率变换的方法使得超稳微波的稳定度传递到高频超稳微波，进而将高频超稳微波的稳定度传递到标准高频信号，保证标准高频信号具有良好的稳定度。
可选地，标准高频信号的频率可以100mhz。当然，标准高频信号的频率也可以为5mhz或10mhz，标准高频信号的频率可以根据具体需求来确定。
需要说明的是，标准信号获得单元13为校准氢钟守时提供了直接接口。具体地，标准信号获得单元13生成的标准高频信号能够直接用于校准氢钟守时，进而为建立时间频率基准提供了可靠的解决方案。
长期稳定度获得单元14的输入端与标准信号获得单元13的输出端连接，长期稳定度获得单元14用于根据标准高频信号补偿超稳激光的频率漂移。由于超稳激光的频率具有长期漂移的特性，会导致激光移频单元11根据超稳激光生成的超稳微波的长期稳定度比较差。因此，长期稳定度获得单元14根据标准高频信号生成误差信号，通过误差信号补偿超稳激光的频率漂移，提高超稳激光的长期稳定度。进一步，提高超稳微波的长期稳定度。
激励信号获得单元15的输入端分别与标准信号获得单元13的输出端及超稳微波频率变换单元12的输出端连接，激励信号获得单元15用于根据标准高频信号和高频超稳微波生成激励信号。其中，激励信号获得单元15生成的激励信号，由于激励信号是根据标准高频信号和高频超稳微波生成的，因此，激励信号具有高频超稳微波的稳定度。
进一步地，由于长期稳定度获得单元14输入的误差信号克服了超稳激光的长期漂移特性，提高了超稳微波的长期稳定度，则进一步提高了高频超稳微波的长期稳定度，从而提高了激励信号的长期稳定度。
本实施例中，该装置包括：激光移频单元、超稳微波频率变换单元、标准信号获得单元、长期稳定度获得单元、激励信号获得单元。其中，激光移频单元用于根据超稳激光生成超稳微波，超稳微波频率变换单元的输入端与激光移频单元的输出端连接，超稳微波频率变换单元用于根据超稳微波生成与超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波，标准信号获得单元的输入端与超稳微波频率变换单元的输出端连接，标准信号获得单元用于根据高频超稳微波生成标准高频信号，长期稳定度获得单元的输入端与标准信号获得单元的输出端连接，长期稳定度获得单元用于根据标准高频信号补偿超稳激光的频率漂移，激励信号获得单元的输入端分别与标准信号获得单元的输出端及超稳微波频率变换单元的输出端连接，激励信号获得单元用于根据标准高频信号和高频超稳微波生成激励信号。该装置通过根据长期稳定度获得单元输出的信号对超稳激光的频率漂移进行补偿，提高了超稳激光的长期稳定度，从而提高了激励信号的长期稳定度以及原子跃迁的准确度。
下面采用一个具体的实施例，对图1所示装置实施例的技术方案进行详细说明。
图2为本发明提供的信号获取装置实施例二的结构示意图，如图2所示，本实施例的装置20包括：激光移频单元11、超稳微波频率变换单元12、标准信号获得单元13、长期稳定度获得单元14、激励信号获得单元15。
具体地，激光移频单元11可以包括：声光调制器111、光学频率梳112、第一直接数字频率合成器113、第一氢钟114。
其中，声光调制器111用于对超稳激光进行移频，并将光学频率梳112锁定于移频后的超稳激光上，生成超稳微波。
另外，声光调制器111的射频源使用的驱动信号由第一直接数字频率合成器113来提供，第一直接数字频率合成器113由长期稳定获得单元输出的误差信号和第一氢钟114控制。
具体地，第一直接数字频率合成器113对由长期稳定度获得单元14输出的误差信号以及第一氢钟114输出的信号进行频率合成，从而生成声光调制器111的射频源的驱动信号。声光调制器111根据该驱动信号对超稳激光进行移频，并将光学频率梳112锁定于移频后的超稳激光上，生成超稳微波。
进一步地，超稳微波频率变换单元12可以包括第一介质振荡器(dro)121。具体地，第一介质振荡器121的输入端即超稳微波频率变化单元12的输入端，第一介质振荡器121的输出端即超稳微波频率变化单元12的输出端。第一介质振荡器121用于根据超稳微波产生频率接近激励信号，且与超稳微波具有相同稳定度的高频超稳微波。
可选地，第一介质振荡器121通过对超稳微波的频率进行变换，得到高频超稳微波。频率变换的范围可根据实际需求确定。
在上述基础上，标准信号获得单元13可以包括：恒温晶振131、第一处理单元132、第二介质振荡器133、拍频单元134、鉴频鉴相单元135、滤波器136、频率综合器137、第二氢钟138。
具体地，第二介质振荡器133的输入端与恒温晶振131的输出端连接，第二介质振荡器133用于根据恒温晶振131输出的标准高频信号生成第一微波信号。可选地，第二介质振荡器133通过对标准高频信号的频率进行变换，得到第一微波信号。
拍频单元134用于对高频超稳微波以及第一微波信号进行拍频处理，得到低频信号，低频信号经滤波器136传输至鉴频鉴相单元135。也就是说，低频信号为超稳微波与第一微波信号之差。
可选地，拍频单元134可以为混频器，该混频器能够获取两路输入信号的差值信号，即低频信号的频率等于第一微波信号的频率减去高频超稳微波的频率。
鉴频鉴相单元135的输入端还可以与频率综合器137连接，鉴频鉴相单元135用于对滤波器136输出的信号以及频率综合器137输出的信号进行鉴频鉴相处理，得到第一误差信号；频率综合器137由第二氢钟138伺服。
第一处理单元132的输入端与鉴频鉴相单元135的输出端连接，第一处理单元132用于对第一误差信号进行滤波、比例放大和积分等处理，并将处理后的第一误差信号发送至恒温晶振131，以使恒温晶振131根据处理后的第一误差信号生成标准高频信号。
由于超稳微波的稳定度优于10-14，并且由于光学频率梳112输出的超稳微波频率受到本身谐振器的腔长控制，对于光学频率梳112来说，输出的重复频率的频率值可调范围较小，输出的超稳微波的频率可能无法直接变换到标准高频信号的频率。因此，先将超稳微波无损地变换成高频超稳微波，进一步，再经过拍频处理得到低频信号。由于低频信号的频率与高频超稳微波频率相差2个量级甚至以上，因此，可以通过锁定低频信号实现超稳微波的频率变换。
标准信号获得单元13通过上述过程，能够完成恒温晶振131产生的标准高频信号锁定于超稳微波。
进一步地，长期稳定度获得单元14可以包括：鉴相单元141、第三氢钟142和第二处理单元143。
其中，鉴相单元141可以用于对标准高频信号以及第三氢钟142输出的信号进行鉴相处理，生成第二误差信号。
第二处理单元143可以用于对第二误差信号进行滤波、比例放大和积分处理，得到处理后的第二误差信号，第二误差信号用于补偿超稳激光的频率漂移。
其中，第二处理单元143可以对第二误差信号进行滤波、比例放大和积分等处理，消除噪音信号的干扰，能够提高第二误差信号的精确度，从而准确补偿超稳激光的频率漂移。
具体地，恒温晶振131锁定于超稳微波后产生的标准高频信号与第三氢钟142输出的对比信号进行鉴频，从而产生第二误差信号，第二处理单元143对第二误差信号进行滤波、比例放大和积分等处理，将处理后的第二误差信号反馈到第一直接数字频率合成器113，控制第一直接数字频率合成器113的输出信号的频率，从而准确补偿超稳激光的频率漂移，提高了超稳激光的长期稳定度。
激励信号获得单元15可以包括：第一单边混频器151、第二单边混频器152、频率合成单元153、功率衰减器154、功分器155、移相器156、干涉开关157、第四氢钟158和第二直接数字频率合成器159。
其中，功分器155用于对标准高频信号进行功率放大和分配。功分器155的输出端分别与功率衰减器154和移相器156连接。
在实际应用中，功分器155可以为有源功分器155，能够对标准高频信号的功率进行放大并分配，分配后的两路信号中一路输出到功率衰减器154，一路输出到移相器156。
功率衰减器154用于对接收到的信号进行功率衰减，并将衰减后的信号传输至频率合成单元153。衰减后的信号的功率为频率合成单元153能接受的电平。
移相器156用于对接收到的信号进行移相处理，并将移相后的信号通过干涉开关157传输至频率合成单元153。可选地，移相器156对接收到的信号进行90°移相。
频率合成单元153，用于将来自功率衰减器154和干涉开关157的信号进行信号合成。可选地，干涉开关157利用来自pc机输出的控制信号，实现开启与断开。当干涉开关157开启时，频率合成单元153两输入端信号相互抵消，频率合成单元153无输出信号。当干涉开关157断开时，移相器156输出的信号被切断，频率合成单元153输出功率衰减器154输出的信号。
第一单边混频器151的输入端分别与频率合成单元153的输出端、超稳微波频率变换单元12的输出端连接，第一单边混频器151用于对高频超稳微波以及频率合成单元153输出的信号进行混频处理，得到第一混频信号。具体地，第一单边混频器151的输入端分别与频率合成单元153的输出端、第一介质振荡器121的输出端连接。
第二单边混频器152的输入端分别与第一单边混频器151的输出端、由第四氢钟158伺服的第二直接数字频率合成器159的输出端连接，第二单边混频器152用于根据第一混频信号以及第二直接数字频率合成器159输出的信号，生成激励信号。
当干涉开关157开启时，功率衰减器154与移相器156输出的信号的相位相反，相互抵消，频率合成器无输出信号，导致生成的信号与所需的激励信号的频率相差较大，激励信号对原子喷泉钟没有作用，从而实现关闭激励信号的作用。当干涉开关157断开时，移相器156输出的信号被切断，频率合成单元153输出功率衰减器154输出的信号，第一单边混频器151对接收到的高频超稳微波以及频率合成单元153输出的信号进行混频，得到第一混频信号，第二单边混频器152对第一混频信号以及由第四氢钟158伺服的第二直接数字频率合成器159的输出信号进行混频，从而生成激励信号。该激励信号不仅具有短期稳定度，还具有长期稳定度。
可选地，第一氢钟114、第二氢钟138、第三氢钟142以及第四氢钟158可以为同一个氢钟。
本实施例中的激光移频单元根据长期稳定度获得单元输出的误差信号以及第一氢钟输出的信号对超稳激光进行移频，克服了超稳激光的频率长期漂移的特性，提高了超稳激光的长期稳定度，同时，能够实现与氢钟实时对比，从而提高了激励信号的长期稳定度以及原子跃迁的准确度。进一步，本实施例中的装置为校准氢钟守时提供了直接接口，通过标准信号获得单元生成的标准高频信号能够直接用于校准氢钟守时，进而为建立时间频率基准提供了可靠的解决方案。
示例性地，将上述实施例中的装置产生的激励信号应用于铯原子喷泉钟，以激励9192631770hz的铯原子跃迁为例详细介绍本发明的信号获取装置。
参考图2，通过声光调制器，对光学频率梳移频40mhz，由于超稳激光的稳定度很高，因此，驱动声光调制器所用的射频源由氢钟伺服。本实施例中光梳重复频率fr为221mhz，通过第一介质振荡器后输出其42倍频频率，也就是说高频超稳微波n*fr的频率为9282mhz，高频超稳微波与恒温晶振输出的100mhz经过第二介质振荡器后输出频率为9300mhz的第一微波信号ω1进行拍频获得低频信号ω2，ω2的频率为18mhz，获得的18mhz的低频信号ω2再与由氢钟伺服的频率综合器输出的频率为18mhz的信号ω3进行鉴频鉴相，获得第一误差信号，第一误差信号经过滤波、比例放大和积分后反馈控制恒温晶振，从而实现恒温晶振锁定于超稳微波，使得恒温晶振获得超稳微波的稳定度。
恒温晶振锁定后，输出的100mhz频率标准高频信号的稳定度与超稳微波一致，但是由于超稳激光的超稳腔的老化问题，会使得超稳激光频率一直漂移，平均每天漂移量可以达到khz量级，在此将恒温晶振输出频率为100mhz的标准高频信号与氢钟输出频率为100mhz的信号进行鉴频鉴相，然后根据氢钟的稳定度和超稳微波的稳定度来设置相关的滤波、比例放大和积分参数，从而控制声光调制器对超稳激光的移频量，实现对超稳激光频率漂移的补偿，使得超稳微波获得氢钟的长期稳定度，而恒温晶振输出的100mhz也相应的获得了氢钟的长期稳定度。
进一步，超稳微波获得了氢钟的长期稳定度后，直接对第一介质振荡器输出的频率为9282mhz的高频超稳微波n*fr的频率进行变频，从而获得激励信号所需要的频率。首先，对恒温晶振输出的频率为100mhz的标准高频信号通过功分器获得两路相位相同的信号，其中一路经过功率衰减器实现最终对激励信号的功率的控制，另一路经过移相器后相位偏移90°，然后再通过干涉开关最终与通过功率衰减器后的信号的频率进行合成。
当干涉开关断开时，移相后的信号被切断，频率合成单元输出的信号的频率为100mhz，与9282mhz频率混频后获得9182mhz频率信号，9182mhz频率信号再与由氢钟伺服的第二直接数字频率合成器输出的10.63177mhz的频率信号混频，获得最终的激励信号，其中，激励信号的频率为9192631770hz。
当干涉开关开启，两个100mhz频率的信号由于相位反相，相互抵消，频率合成单元输出频率为0，从而使最终输出的频率为9292.63177mhz，远离铯原子喷泉钟所需的激励信号的频率，激励信号将不对铯原子喷泉钟起作用，从而关闭信号源。
需要说明的是，激励其他原子跃迁的情形与激励铯原子跃迁的情形类似，本发明提供的装置，可以根据实际需求设置相应的参数，本发明对此不做限制。
上述实施例解释说明了本发明提供的信号获取装置的具体结构，接下来说明对该信号获取装置的使用方法，即信号获取方法。
图3为本发明提供的信号获取方法实施例一的流程示意图。本实施例的方法应用于图1、图2所示的信号获取装置，如图3所示，本实施例的方法包括：
s301、通过激光移频单元根据超稳激光生成超稳微波。
具体地，激光移频单元对超稳激光的频率进行移频，并将光学频率梳锁定于移频后的超稳激光上，从而生成超稳微波。
s302、通过超稳微波频率变换单元根据超稳微波生成与超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波。
其中，超稳微波频率变换单元对超稳微波的频率进行变换，生成高频超稳微波。由于超稳微波频率变化单元仅对频率进行变换，并未对超稳微波的其他特性进行改变，因此，得到的高频超稳微波的稳定度与超稳微波的稳定度相同。
s303、通过标准信号获得单元根据高频超稳微波生成标准高频信号。
具体地，标准信号获得单元根据高频超稳微波以及反馈控制信号，生成标准高频信号。
s304、通过长期稳定度获得单元根据标准高频信号补偿超稳激光的频率漂移。
具体地，长期稳定度获得单元根据标准高频信号与氢钟对比产生误差信号，将误差信号传输至激光移频单元，以补偿超稳激光的频率漂移。
s305、通过激励信号获得单元根据标准高频信号和高频超稳微波生成激励信号。
其中，高频超稳微波是根据补偿了频率漂移后的超稳微波获得的，因此，高频超稳微波的长期稳定度较好。可选地，激励信号获得单元对高频超稳微波以及标准高频信号进行频率变换，生成激励信号。
可选地，通过干涉开关控制激励信号源的开启与关闭。
对于该实施例中各单元的具体结构可参考前述实施例，此处不再赘述。
本实施例中，通过所述激光移频单元根据超稳激光生成超稳微波，通过所述超稳微波频率变换单元根据所述超稳微波生成与所述超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波，通过所述标准信号获得单元根据所述高频超稳微波生成标准高频信号，通过所述长期稳定度获得单元根据所述标准高频信号补偿所述超稳激光的频率漂移，通过所述激励信号获得单元根据所述标准高频信号和所述高频超稳微波生成激励信号。通过根据长期稳定度获得单元输出的误差信号以及第一氢钟输出的信号对超稳激光进行移频，克服了超稳激光的频率长期漂移的特性，提高了超稳激光的长期稳定度，同时，能够实现与氢钟实时对比，从而提高了激励信号的长期稳定度以及原子跃迁的准确度。进一步，为校准氢钟守时提供了直接接口，通过标准信号获得单元生成的标准高频信号能够直接用于校准氢钟守时，进而为建立时间频率基准提供了可靠的解决方案。
图4为发明提供的原子喷泉钟实施例一的结构示意图。该原子喷泉钟40利用原子内部的电子在两个能级的跃迁谱线对激励信号进行鉴频，再经锁频环路将信号获取装置41获取的激励信号的频率锁定于跃迁谱线中心频率上，实现秒定义的复现。
可选地，信号获取装置41可为图1、图2所示实施例中的信号获取装置。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：
1.一种信号获取装置，其特征在于，包括：激光移频单元、超稳微波频率变换单元、标准信号获得单元、长期稳定度获得单元、激励信号获得单元；
其中，所述激光移频单元用于根据超稳激光生成超稳微波；
所述超稳微波频率变换单元的输入端与所述激光移频单元的输出端连接，所述超稳微波频率变换单元用于根据所述超稳微波生成与所述超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波；
所述标准信号获得单元的输入端与所述超稳微波频率变换单元的输出端连接，所述标准信号获得单元用于根据所述高频超稳微波生成标准高频信号；
所述长期稳定度获得单元的输入端与所述标准信号获得单元的输出端连接，所述长期稳定度获得单元用于根据所述标准高频信号补偿所述超稳激光的频率漂移；
所述激励信号获得单元的输入端分别与所述标准信号获得单元的输出端及所述超稳微波频率变换单元的输出端连接，所述激励信号获得单元用于根据所述标准高频信号和所述高频超稳微波生成激励信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光移频单元包括：声光调制器、光学频率梳、第一直接数字频率合成器、第一氢钟；
其中，所述声光调制器用于对所述超稳激光进行移频，并将所述光学频率梳锁定于移频后的超稳激光上，生成所述超稳微波；
所述声光调制器的射频源使用的驱动信号由所述第一直接数字频率合成器来提供，所述第一直接数字频率合成器由所述长期稳定获得单元输出的误差信号和所述第一氢钟控制。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超稳微波频率变换单元包括第一介质振荡器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标准信号获得单元包括：恒温晶振、第一处理单元、第二介质振荡器、拍频单元、鉴频鉴相单元、滤波器、频率综合器、第二氢钟；
其中，所述第二介质振荡器的输入端与所述恒温晶振的输出端连接，所述第二介质振荡器用于根据所述恒温晶振输出的所述标准高频信号生成第一微波信号；
所述拍频单元用于对所述高频超稳微波以及所述第一微波信号进行拍频处理，得到低频信号，所述低频信号经所述滤波器传输至所述鉴频鉴相单元；
所述鉴频鉴相单元的输入端还与所述频率综合器连接，所述鉴频鉴相单元用于对所述滤波器输出的信号以及所述频率综合器输出的信号进行鉴频鉴相处理，得到第一误差信号；所述频率综合器由所述第二氢钟伺服；
所述第一处理单元的输入端与所述鉴频鉴相单元的输出端连接，所述第一处理单元用于对所述第一误差信号进行滤波、比例放大和积分处理，并将处理后的第一误差信号发送至所述恒温晶振，以使所述恒温晶振根据所述处理后的第一误差信号生成所述标准高频信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述标准高频信号的频率为100mhz。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述长期稳定度获得单元包括：鉴相单元、第三氢钟、第二处理单元；
其中，所述鉴相单元用于对所述标准高频信号以及所述第三氢钟输出的信号进行鉴相处理，生成第二误差信号；
所述第二处理单元用于对所述第二误差信号进行滤波、比例放大和积分处理，得到处理后的第二误差信号，所述第二误差信号用于补偿所述超稳激光的频率漂移。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激励信号获得单元包括：第一单边混频器、第二单边混频器、频率合成单元、功率衰减器、功分器、移相器、干涉开关、第四氢钟、第二直接数字频率合成器；
其中，所述功分器用于对所述标准高频信号进行功率放大和分配；所述功分器的输出端分别与所述功率衰减器和所述移相器连接；
所述功率衰减器用于对接收到的信号进行功率衰减，并将衰减后的信号传输至所述频率合成单元；
所述移相器用于对接收到的信号进行移相处理，并将移相后的信号通过所述干涉开关传输至所述频率合成单元；
所述第一单边混频器的输入端分别与所述频率合成单元的输出端、所述超稳微波频率获得单元的输出端连接，所述第一单边混频器用于对所述高频超稳微波以及所述频率合成单元输出的信号进行混频处理，得到第一混频信号；
所述第二单边混频器的输入端分别与所述第一单边混频器的输出端、由所述第四氢钟伺服的所述第二直接数字频率合成器的输出端连接，所述第二单边混频器用于根据所述第一混频信号以及所述第二直接数字频率合成器输出的信号，生成所述激励信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第一氢钟、第二氢钟、第三氢钟以及所述第四氢钟为同一氢钟。
9.一种信号获取方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一所述的信号获取装置，所述方法包括：
通过所述激光移频单元根据超稳激光生成超稳微波；
通过所述超稳微波频率变换单元根据所述超稳微波生成与所述超稳微波的稳定度相同的高频超稳微波；
通过所述标准信号获得单元根据所述高频超稳微波生成标准高频信号；
通过所述长期稳定度获得单元根据所述标准高频信号补偿所述超稳激光的频率漂移；
通过所述激励信号获得单元根据所述标准高频信号和所述高频超稳微波生成激励信号。
10.一种原子喷泉钟，其特征在于，所述原子喷泉钟利用原子内部的电子在两个能级的跃迁谱线对激励信号进行鉴频，再经锁频环路将如权利要求1至8任一项所述信号获取装置获取的所述激励信号的频率锁定于跃迁谱线中心频率上，实现秒定义的复现。
技术总结
本发明提供一种应用于原子喷泉钟的信号获取方法及装置。该装置包括：激光移频单元、超稳微波频率变换单元、长期稳定度获得单元、标准信号获得单元、激励信号获得单元，其中，激光移频单元用于根据超稳激光生成超稳微波，超稳微波频率变换单元的输入端与激光移频单元的输出端连接，标准信号获得单元的输入端与超稳微波频率变换单元的输出端连接，长期稳定度获得单元的输入端与标准信号获得单元的输出端连接，激励信号获得单元的输入端分别与标准信号获得单元的输出端及超稳微波频率变换单元的输出端连接。通过根据长期稳定度获得单元输出的信号对超稳激光的频率漂移进行补偿，提高了超稳激光的长期稳定度，从而提高了激励信号的长期稳定度。
技术研发人员：戴少阳;房芳;刘年丰;陈伟亮;刘昆;李天初
受保护的技术使用者：中国计量科学研究院
技术研发日：.08.09
技术公布日：.02.21
