基于LabVIEW的星用铷频标多通道时差数据自动采集系统.pdf

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1、第32卷2015年第5期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：10061630(2015)05一006904基于LabVIEW的星用铷频标多通道时差数据自动采集系统范凤军，杨正，祁士青(上海精密计量测试研究所，上海201109)摘要：针对同时测量多台星用铷频标长期频率特性时测量周期长、数据量大等问题，设计了一种基于Lab—VIEw平台的多通道时差数据自动采集系统，用LabSQL数据库访问技术实现数据的实时存储、分析与处理。实验结果表明：该系统自动化程度高、稳定可靠，实现了同时对16台星用铷频标进行长期频率特性

2、的测量，提高了工作效率。关键词：铷频标；长期频率特性；多通道时差；数据自动采集中图分类号：TM935．12文献标志码：AMulti—ChanneITimeDifferenceAutomaticDataAcquisitionSystemforSpaceborneRubidiumFrequencyStandardBasedonLabVIEWFANFeng—jun，YANGZheng，QIShi—qing(ShanghaiInstituteofPrecisionMetrology&Test，Shanghai201109，Chin

3、a)0引言时间频率计量是研究周期运动或周期现象的特性和量的表征及测量的一门学科，时间和频率又是周期运动及其属性的不同侧面描述和表征一j。近年来，基于时问间隔测量原理的时差法因其简便而在长期频率特性测量中的应用日趋普及和广泛。星用铷频标是卫星飞行和测控的时间基准，它与导航定位、目标探测密切相关，是卫星的关键仪器收稿日期：2014—05一09；修回日期：20140620作者简介：范凤军(1984一)，男，工程师，主要研究方向为时间频率计量。设备口]。日频率漂移率是星用铷频标长期运行工作的基本特性。随着卫星研制的发展，需要对多台

4、星用铷频标同时进行测量。如采用单通道数据采集系统，每台每天需采集数据780个，连续测量16台铷频标则需要15d，采集数据187200个，且两天间的测量间隔无法准确保证。采用多通道时差数据自动采集系统可实现多台星用铷频标的快速测量，该系统的关键是通过脉冲多路开关实现多路秒信号时差数据的自动定时采集，因测量时问持续15d，故对其可靠性提出了严格的要求。本文对利用计算机分析软件和测量仪器程控功能的星用铷频标多通道时差数据自动采集系统设计进行了研究。一～一一一～一一～～一～一一硝愉m唧吼呵龇～一～一一一一一讪阿删砌

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9、一一～～一一一一一一一一～一一一～一一一～上海航天AERoSPACESHANGHAl第32卷2015年第5期1硬件系统该系统利用时频实验室已有的硬件设备，添置部分设备，编制一套时差数据自动化采集软件实现16台星用铷频标长期频率特性的同时测量。星用铷频标多通道时差数据自动采集系统组成如图1所示。系统主要由标准参考源、被校星用铷频标秒信号脉冲多路开关和数据采集处理三部分组成。标准参考源为时

10、间频率实验室已有的氢钟；分频钟输出被校星用铷频标产生1个秒信号；计算机程控分析软件程控脉冲多路开关和时差数据采集器，进行通道切换和时差数据的采集及处理。图1系统组成Fig．1SystembIockdiagram与单通道测试相比，多通道时差数据自动采集系统增加了脉冲多路开关和若干分频钟。时差数据采集器的一路信号是标准参考源产生的1个秒信号，另一路信号是被校星用铷频标通过脉冲多路开关提供的1个秒信号，计算机程控分析软件控制时差数据采集器进行时差数据的采集、处理和保存，每天可连续测量16台被校星用铷频标的时差数据。2数据处理与分

11、析本系统利用本地钟1个秒信号作为参考，时差数据采集器从设定的比对时刻开始，每秒测量1次与星用铷频标1个秒信号的时差值y(￡：)，连续采集测量13min，得到测量值780个(i一1，2，⋯，，z，⋯，780)，在用最小二乘法算法处理数据。将780个测量值分为52组，每组15s的数据用最小二乘法进行二次项拟合(j一1，2，⋯，m，⋯，15)，拟合方程为y一以+缸，+c(f，)2．(1)式中：口，6，c均为待定系数。用实验数据确定方程中的待定系数，可计算出该测量时间段中点的拟合值y(￡。)，共得到52个时差拟合值y(“)，再次进

12、行最小二乘法线性拟合(志一1，2，⋯，声，⋯，52)可得X(￡。)一A+B￡^．(2)经过上述对时差数据的处理，可获得被校铷频标某一天的时差测量结果。对被校铷频标连续测量15d，得到16个时差值X：，相邻两个X：的时间间隔r=1d，则被校铷频标日频率漂移率15∑(△x：一△叉)(f。一i)K一兰L—可—