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书书书犐犆犛１７．０８０犆犆犛犃５７!#$%&’’()*犌犅／犜３９７２４—２０２０!#$%&’()*+,-犜犲犮犺狀犻犮犪犾狊狆犲犮犻犳犻犮犪狋犻狅狀狊犪狀犱狋犲狊狋犻狀犵犿犲狋犺狅犱狊犳狅狉犮犲狊犻狌犿犪狋狅犿犻犮犮犾狅犮犽２０２０１２１４./２０２１０７０１01’(+,-./012’()*3/0456./书书书目 次前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………１ 范围１………………………………………………………………………………………………………２ 规范性引用文件１…………………………………………………………………………………………３ 术语和定义１………………………………………………………………………………………………４ 铯原子钟的分类和组成２………………………………………………………………………………… ４．１ 概述３………………………………………………………………………………………………… ４．２ 铯原子钟产品的分类３……………………………………………………………………………… ４．３ 铯原子钟产品的组成３………………………………………………………………………………５ 技术要求３………………………………………………………………………………………………… ５．１ 功能要求３…………………………………………………………………………………………… ５．２ 性能要求４…………………………………………………………………………………………… ５．３ 电气特性５…………………………………………………………………………………………… ５．４ 通信功能要求５……………………………………………………………………………………… ５．５ 供电要求６…………………………………………………………………………………………… ５．６ 外观要求６…………………………………………………………………………………………… ５．７ 尺寸和质量要求６…………………………………………………………………………………… ５．８ 功耗要求７…………………………………………………………………………………………… ５．９ 环境适应性７………………………………………………………………………………………… ５．１０ 电磁兼容性７………………………………………………………………………………………… ５．１１ 可靠性和维修性要求７………………………………………………………………………………６ 测试方法７………………………………………………………………………………………………… ６．１ 测试环境条件７……………………………………………………………………………………… ６．２ 测试仪器７…………………………………………………………………………………………… ６．３ 测试方法９……………………………………………………………………………………………７ 检验规则１８………………………………………………………………………………………………… ７．１ 检验规则说明１８……………………………………………………………………………………… ７．２ 鉴定检验１８…………………………………………………………………………………………… ７．３ 出厂检验１８…………………………………………………………………………………………… ７．４ 检验项目１８……………………………………………………………………………………………参考文献２１……………………………………………………………………………………………………Ⅰ犌犅／犜３９７２４—２０２０前 言 本文件按照ＧＢ／Ｔ１．１—２０２０《标准化工作导则 第１部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中央军委装备发展部提出。本文件由全国北斗卫星导航标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ５４４）归口。本文件起草单位：北京大学、中国计量科学研究院、中国卫星导航工程中心、中国航天科技集团第五研究院五一所、成都天奥电子股份有限公司、中国航天科工集团第二研究院二三所。本文件主要起草人：王延辉、张爱敏、焦文海、刘莹、王骥、赵杏文、黄凯。Ⅲ犌犅／犜３９７２４—２０２０铯原子钟技术要求及测试方法１ 范围本文件规定了铯原子钟（又称铯原子频率标准）产品的技术要求、测试方法和检验规则。本文件适用于铯原子钟产品的研制、生产与验收。２ 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ１００２—２００８ 家用和类似用途单相插头插座 型式、基本参数和尺寸ＧＢ４８２４—２０１９ 工业、科学和医疗设备 射频骚扰特性 限值和测量方法ＧＢ／Ｔ４８５７．２３—２０１２ 包装 运输包装件基本试验 第２３部分：随机振动试验方法ＧＢ／Ｔ６５８７—２０１２ 电子测量仪器通用规范ＧＢ／Ｔ１７６２６．３—２０１６ 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验ＧＢ／Ｔ１７６２６．４—２０１８ 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验ＧＢ／Ｔ１７６２６．６—２０１７ 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度ＧＢ／Ｔ１７６２６．１２—２０１３ 电磁兼容 试验和测量技术 振铃波抗扰度试验ＧＢ／Ｔ３４０９４—２０１７ 信息技术设备功耗测量方法ＪＪＧ４９２—２００９ 铯原子频率标准检定规程３ 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。３．１磁场敏感度 犿犪犵狀犲狋犻犮狊犲狀狊犻狋犻狏犻狋狔设备在正常工作的磁场环境范围内，其输出特性随磁场变化的程度。 注：通常以单位高斯变化（每变化１Ｇｓ）引起设备信号输出特性（相对频率偏差）变化量来表示。３．２频率复现性 犳狉犲狇狌犲狀犮狔狉犲狆犲犪狋犪犫犻犾犻狋狔频标工作一段时间关机后，下次再开机达到稳定后，频率值与上次关机时频率值的一致程度。 注：用两次相对频差表示。［来源：ＪＪＦ１１８０—２００７，３．３８，有修改］３．３频率调整范围 犳狉犲狇狌犲狀犮狔狊犲狋狋犻狀犵狉犪狀犵犲通过频率调整指令所能实现的频率输出范围。３．４频率调整分辨力 犳狉犲狇狌犲狀犮狔狊犲狋狋犻狀犵狉犲狊狅犾狌狋犻狅狀通过频率调整指令所能实现的频率调整的最小值。１犌犅／犜３９７２４—２０２０３．５频率稳定度 犳狉犲狇狌犲狀犮狔狊狋犪犫犻犾犻狋狔描述平均频率随机起伏的量。 注：平均时间称为取样时间。不同的稳定度度量值对应不同的取样时间。［来源：ＪＪＦ１１８０—２００７，３．２３，有修改］３．６温度敏感度 狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狊犲狀狊犻狋犻狏犻狋狔设备在正常工作的温度范围内，其输出特性随温度变化的程度。 注：通常以单位温度变化（每变化１℃）引起设备信号输出特性（相对频率偏差）变化量来表示。３．７相对频率偏差 狉犲犾犪狋犻狏犲犳狉犲狇狌犲狀犮狔狅犳犳狊犲狋频率实际值与频率标称值之差。 注：一般用相对值表示，如偏差狔＝犳狓－犳０犳０，犳０为标称值，犳狓为实际测得值。［来源：ＪＪＦ１１８０—２００７，３．２０，有修改］３．８相位噪声 狆犺犪狊犲狀狅犻狊犲单边带偏离信号载频处单位带宽（取１Ｈｚ）内功率与载频功率之比。 注：单位为ｄＢｃ／Ｈｚ。偏离载频的偏离值称为傅里叶频率，一般取１Ｈｚ～１００ｋＨｚ。［来源：ＪＪＦ１１８０—２００７，３．３１，有修改］３．９谐波失真 犺犪狉犿狅狀犻犮犱犻狊狋狅狉狋犻狅狀目标谐波的均方根值与信号电平均方根值的比值。４ 铯原子钟的分类和组成４．１ 概述铯原子钟是以铯原子束为频率参考的被动原子频率标准，其工作原理是利用微波场与铯原子相互作用产生鉴频信号，利用鉴频信号将微波频率锁定在铯原子基态的超精细能级上，从而实现基准频率信号的输出，输出信号与原子跃迁频率具有同等水平的相对频率偏差和长期稳定度特性。铯原子钟主要包括铯原子谐振器、微波频率单元和电路控制单元等组成部分，如图１。图１ 铯原子钟的基本结构２犌犅／犜３９７２４—２０２０４．２ 铯原子钟产品的分类为了实现对微波作用后原子状态的检测，需要对原子束进行态制备。按原子态制备和检测方法的不同，铯原子钟可分为磁选态铯原子钟、光抽运铯原子钟和磁选态光检测铯原子钟三类。磁选态铯原子钟采用选态磁铁产生的非均匀磁场进行原子态制备，并采用热丝离化与电子倍增器放大技术检测原子态获得鉴频信号；光抽运铯原子钟采用激光抽运技术进行原子态制备、采用激光诱导荧光检测技术检测原子态；磁选态光检测铯原子钟采用选态磁铁产生的非均匀磁场进行原子态制备、采用激光诱导荧光检测技术检测原子态。按照性能指标要求的不同，铯原子钟可分为标准型铯原子钟和高性能型铯原子钟两类。４．３ 铯原子钟产品的组成４．３．１ 铯原子谐振器铯原子谐振器是铯原子钟的核心部分，主要用于在高真空的环境下产生准直的铯原子束。在铯原子谐振器中内置微波谐振腔，当原子束经过谐振腔时，原子束与微波场相互作用发生跃迁。铯原子谐振器还包含态检测装置，用于将原子束的状态转化为电信号。在磁选态铯原子钟中，应内置离化丝、电子倍增器等态检测装置；对于光抽运铯原子钟和磁选态光检测铯原子钟，应内置荧光检测装置。４．３．２ 微波频率单元微波频率单元主要包括压控晶体振荡器和微波频率综合部分，微波频率综合部分将压控晶体振荡器的输出信号进行倍频和调制，产生微波激励信号馈入铯原子振荡器的微波谐振腔中。４．３．３ 电路控制单元电路控制单元对铯原子谐振器输出的误差信号进行处理，并输出到微波频率单元，从而实现对压控晶体振荡器的闭环锁定。电路控制单元同时对铯原子钟的各部分工作状态进行监控，通过与上位机的通信输出铯原子钟的状态信息。４．３．４ 光学单元在光抽运铯原子钟中，光学单元输出两束激光分别对原子束进行态制备和态检测。在磁选态光检测铯原子钟中，光学单元输出一束激光对原子束进行态检测。５ 技术要求５．１ 功能要求铯原子钟应具备以下功能：ａ） 信号输出，铯原子钟需能够输出１０ＭＨｚ正弦信号及１ＰＰＳ脉冲信号，可输出５ＭＨｚ正弦信号；ｂ）自动闭环锁定功能，铯原子钟在开机或断电重启的情况下能自动实现闭环锁定；ｃ）频率调整功能，铯原子钟应可以通过控制面板或者调整指令实现输出频率调整；ｄ）外同步功能，铯原子钟应具备通过外部１ＰＰＳ信号进行频率信号同步的功能；ｅ）远程监控功能，铯原子钟应可以利用监控端口，通过产品对应指令实现远程监控功能；ｆ）故障检测功能，铯原子钟应具备故障自检、故障报警以及工作参数信息上传的功能。３犌犅／犜３９７２４—２０２０５．２ 性能要求铯原子钟产品应满足如表１性能要求。表１ 铯原子钟产品性能指标要求序号性能指标要求１相对频率偏差标准型高性能型优于±１Ｅ１２ａ优于±５Ｅ１３ｂ２频率调整范围优于±１Ｅ１１ｃ３频率调整分辨力≤１Ｅ１５４频率复现性≤２Ｅ１３５１０ＭＨｚ、５ＭＨｚ正弦信号幅度１３ｄＢｍ±１ｄＢｍ（阻抗５０Ω）６谐波失真（１０ＭＨｚ、５ＭＨｚ）≤－４０ｄＢｃ７非谐波失真（１０ＭＨｚ、５ＭＨｚ）≤－８０ｄＢｃ８１ＰＰＳ信号幅度高电平电压犞ｈ满足２．４Ｖ≤犞ｈ≤５．０Ｖ低电平电压犞ｌ满足０．０犞≤犞ｌ≤０．７Ｖ（阻抗５０Ω）９１ＰＰＳ信号宽度２０μｓ±１μｓ１０１ＰＰＳ信号上升时间≤５ｎｓ１１１ＰＰＳ信号抖动≤１ｎｓＲＭＳ１２１ＰＰＳ信号同步误差优于±５０ｎｓ１３１ＰＰＳ信号相位一致性≤１ｎｓ１４温度敏感度（１８℃～２８℃）标准型高性能型≤１Ｅ１３／℃≤５Ｅ１４／℃１５磁场敏感度（０～２Ｇｓ）≤２Ｅ１３／Ｇｓ１６锁定时间≤６０ｍｉｎ ａ相对频率偏差优于±１Ｅ１２指－１Ｅ１２至１Ｅ１２范围内的相对频率偏差满足指标要求。ｂ相对频率偏差优于±５Ｅ１３指－５Ｅ１３至５Ｅ１３范围内的相对频率偏差满足指标要求。ｃ频率调整范围优于±１Ｅ１１指频率正向、负向调整范围应大于１Ｅ１１。 输出１０Ｍ