Учет влияния внешних воздействующих факторов на частотные характеристики квантового стандарта частоты на рубидиевой газовой ячейке

Д. В. Залетов, Д. В. Захаров, Д. П. Папичев

В настоящее время в системах автономной навигации различных мобильных объектов наибольшее распространение получили квантовые стандарты частоты на рубидиевой газовой ячейке (КСЧ-РГЯ) [1]. Их отличают небольшие габариты и энергопотребление, низкая стоимость и хорошо освоенная технология изготовления. К недостаткам стоит отнести наличие линейного дрейфа частоты, обусловленного фундаментальными физическими принципами работы, и зависимость выходных параметров от внешних воздействующих факторов.

Целью работы является оценка влияния внешних воздействующих факторов на параметры сигналов КСЧ–РГЯ и предложение различных способов их компенсации.

Рассмотрено влияние внешней температуры на КСЧ–РГЯ и приведены результаты термокомпенсации на основе алгоритмов параметризации и с помощью методов, основанных на использовании нейронных сетей.

Показана зависимость изменения выходной частоты КСЧ–РГЯ от воздействия внешних магнитных полей, и приведены результаты применения различных вариантов магнитных экранов.

Наибольший интерес представляют способы парирования механических воздействий, таких как механический удар однократного и многократного действия, синусоидальная и широкополосная вибрации, морская качка. В результате проведенных исследований установлено, что использование различных видов пассивных амортизирующих устройств недостаточно для снижения влияния этих внешних воздействующих факторов до приемлемого уровня. Для компенсации их негативного воздействия эффективным методом является применение псевдослучайного закона изменения частоты модуляции в КСЧ-РГЯ и применение специальных алгоритмов в системе автоматической подстройки частоты.

Важным фактором, который вносит ощутимый вклад в нестабильность частоты КСЧ–РГЯ, является атмосферное давление. Минимизировать его влияние возможно либо созданием изолированных конструкций атомных дискриминаторов, что создает проблемы для создания теплоотвода и увеличивает их массогабаритные показатели, либо созданием алгоритмов компенсации выходной частоты КСЧ–РГЯ.

Учет приведенных выше ВВФ и их компенсация с помощью различных методов позволяют более чем на порядок повысить частотные характеристики (относительную нестабильность и ОПЧ) КСЧ–РГЯ для мобильных объектов, что в свою очередь обеспечивает значительное улучшение точности навигации объектов установки.

Литература

1) Риле Ф. Стандарты частоты. Принципы и приложения / пер. с англ. Н. Н. Колачевского. М.: Физматлит, 2009. 512 с.