铯原子钟物理谐振器特性测试系统设计与实现
发布时间：2021-02-06 20:37
精确的时间频率参量在国防建设、卫星导航、数字通讯、科学实验等场景下都是不可或缺的。自1967国际计量大会将秒的定义从天文计时改为原子秒,计时标准正式进入原子时代,铯原子钟作为能够复现秒定义的装置对国家时频体系的建立具有重要意义。谐振器作为铯原子钟物理系统的核心部件其特性测试结果是衡量一台铯原子钟性能的重要参量。本文首先对铯原子钟及频率合成技术的发展进行简要介绍,并针对铯原子钟工作原理及结构进行分析,设计测试系统方案,解决现有测试系统调制复杂、设备间联系紧密,无法独立完成测试的问题。系统可划分为微波频率综合器硬件、中频信号调制模块、谱线采集模块、上位机软件四个部分,由上位机软件实现硬件调制参数的调节及跃迁谱线绘制,达到简化测试工作的目的。微波频率综合器将直接频率合成、锁相频率合成、直接数字频率合成三种技术结合,可输出高稳微波信号激励谐振器工作。其次对直接数字频率合成技术的频率合成原理及输出信号参数进行研究,基于AD9854芯片实现中频调制模块,由STM32控制输出满足谐振器测试所需的线性扫频、跳频、点频模式的中频信号,输出信号参数均可经USB动态配置,且与ADC采集和DMA传输配合工作,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究景及意义
1.2 原子钟发展概述
1.2.1 时间计量标准发展
1.2.2 原子钟发展及应用
1.3 频率合成技术发展概述
1.4 本文研究内容及章节安排
第二章 谐振器测试系统方案设计
2.1 铯原子钟工作原理
2.1.1 原子跃迁原理分析
2.1.2 铯原子钟结构及工作原理
2.2 系统整体方案设计
2.3 微波频率综合器硬件方案设计
2.4 谐振器测试系统需求分析
2.4.1 中频调制与谱线采集需求分析
2.4.2 上位机软件需求分析
2.5 本章小结
第三章 中频调制与谱线采集模块实现
3.1 直接数字频率合成技术
3.1.1 DDS信号合成原理分析
3.1.2 DDS的基本结构
3.2 基于AD9854 的中频调制模块设计与实现
3.2.1 DDS芯片选型
3.2.2 芯片工作模式及寄存器结构分析
3.2.3 中频调制程序设计
3.3 谱线采集模块设计与实现
3.3.1 AD采集程序设计
3.3.2 DMA传输程序设计
3.4 USB通讯模块设计与实现
3.4.1 USB协议概述
3.4.2 设备枚举流程分析
3.4.3 基于STM32 固件库的程序设计
3.5 本章小结
第四章 上位机软件设计与实现
4.1 Win Form窗体软件开发
4.2 谱线绘制模块设计与实现
4.2.1 GDI+图像绘制接口
4.2.2 谱线绘制面板实现
4.3 USB通讯模块设计与实现
4.3.1 USB主机驱动模型
4.3.2 设备枚举实现
4.3.3 设备通讯及组件封装实现
4.4 硬件参数配置模块实现
4.5 本章小结
第五章 实验与测试结果
5.1 输出调制模块功能测试
5.2 微波频率综合器性能测试
5.3 铯原子钟物理谐振器特性测试
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于C#的WinForm窗体传值方法探讨[J]. 王彬. 电脑知识与技术. 2013(17)
[2]基于GDI+的多波束测深数据可视化研究[J]. 韩李涛,孔巧丽,阳凡林,李万冲. 测绘科学. 2012(04)
[3]基于DDS的高精度任意波形发生器设计[J]. 王晨. 电子科技. 2010(07)
[4]新型原子钟发展现状[J]. 张首刚. 时间频率学报. 2009(02)
[5]基于STM32的USB数据采集模块的设计与实现[J]. 王铁流,李宗方,陈东升. 测控技术. 2009(08)
[6]GDI+图像处理程序中的性能提高技术[J]. 王权海,李灿平,王理. 物探化探计算技术. 2009(01)
[7]现代DDS的研究进展与概述[J]. 张涛,陈亮. 电子科技. 2008(03)
[8]频率合成技术发展概述[J]. 迟忠君,徐云,常飞. 现代科学仪器. 2006(03)
[9]基于DDS芯片AD9854的信号产生器设计[J]. 刘立新,赫建国,郑燕. 西安邮电学院学报. 2004(03)
[10]空间用原子频率标准[J]. 管仲成,狄青叶,于洪喜. 空间电子技术. 1999(04)
硕士论文
[1]基于DDS的高精度信号发生器[D]. 岳晓龙.北京邮电大学 2014
[2]铯原子频标伺服电路系统的研究[D]. 马沛.兰州大学 2012
[3]基于STM32F103芯片的USB接口的研究与实现[D]. 蔡磊.复旦大学 2009
本文编号：3021058
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究景及意义
1.2 原子钟发展概述
1.2.1 时间计量标准发展
1.2.2 原子钟发展及应用
1.3 频率合成技术发展概述
1.4 本文研究内容及章节安排
第二章 谐振器测试系统方案设计
2.1 铯原子钟工作原理
2.1.1 原子跃迁原理分析
2.1.2 铯原子钟结构及工作原理
2.2 系统整体方案设计
2.3 微波频率综合器硬件方案设计
2.4 谐振器测试系统需求分析
2.4.1 中频调制与谱线采集需求分析
2.4.2 上位机软件需求分析
2.5 本章小结
第三章 中频调制与谱线采集模块实现
3.1 直接数字频率合成技术
3.1.1 DDS信号合成原理分析
3.1.2 DDS的基本结构
3.2 基于AD9854 的中频调制模块设计与实现
3.2.1 DDS芯片选型
3.2.2 芯片工作模式及寄存器结构分析
3.2.3 中频调制程序设计
3.3 谱线采集模块设计与实现
3.3.1 AD采集程序设计
3.3.2 DMA传输程序设计
3.4 USB通讯模块设计与实现
3.4.1 USB协议概述
3.4.2 设备枚举流程分析
3.4.3 基于STM32 固件库的程序设计
3.5 本章小结
第四章 上位机软件设计与实现
4.1 Win Form窗体软件开发
4.2 谱线绘制模块设计与实现
4.2.1 GDI+图像绘制接口
4.2.2 谱线绘制面板实现
4.3 USB通讯模块设计与实现
4.3.1 USB主机驱动模型
4.3.2 设备枚举实现
4.3.3 设备通讯及组件封装实现
4.4 硬件参数配置模块实现
4.5 本章小结
第五章 实验与测试结果
5.1 输出调制模块功能测试
5.2 微波频率综合器性能测试
5.3 铯原子钟物理谐振器特性测试
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于C#的WinForm窗体传值方法探讨[J]. 王彬. 电脑知识与技术. 2013(17)
[2]基于GDI+的多波束测深数据可视化研究[J]. 韩李涛,孔巧丽,阳凡林,李万冲. 测绘科学. 2012(04)
[3]基于DDS的高精度任意波形发生器设计[J]. 王晨. 电子科技. 2010(07)
[4]新型原子钟发展现状[J]. 张首刚. 时间频率学报. 2009(02)
[5]基于STM32的USB数据采集模块的设计与实现[J]. 王铁流,李宗方,陈东升. 测控技术. 2009(08)
[6]GDI+图像处理程序中的性能提高技术[J]. 王权海,李灿平,王理. 物探化探计算技术. 2009(01)
[7]现代DDS的研究进展与概述[J]. 张涛,陈亮. 电子科技. 2008(03)
[8]频率合成技术发展概述[J]. 迟忠君,徐云,常飞. 现代科学仪器. 2006(03)
[9]基于DDS芯片AD9854的信号产生器设计[J]. 刘立新,赫建国,郑燕. 西安邮电学院学报. 2004(03)
[10]空间用原子频率标准[J]. 管仲成,狄青叶,于洪喜. 空间电子技术. 1999(04)
硕士论文
[1]基于DDS的高精度信号发生器[D]. 岳晓龙.北京邮电大学 2014
[2]铯原子频标伺服电路系统的研究[D]. 马沛.兰州大学 2012
[3]基于STM32F103芯片的USB接口的研究与实现[D]. 蔡磊.复旦大学 2009
本文编号：3021058
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