一种基于MATLAB平台的分子钟性能分析装置及方法

本发明属于时间与频率，特别是一种基于matlab平台的分子钟性能分析装置及方法。

背景技术：

1、在日常生活中，时间对于我们来说至关重要。人们常用钟表作为我们日常的计时参考，高精度的钟表大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，在许多民用授时领域都得到了广泛的应用。随着5g技术的迅速发展，对时钟的准确度和稳定度都提出了更高的要求，为了适用于各种设备和环境，需要时钟具有更加小的体积和更低的成本。

2、传统的温补晶振(ocxo)存在难以解决的长期频率漂移问题；小型化铷钟在准确度和长期稳定度表现优异，但其尺寸和质量都较大且价格昂贵，在一些平台无法适用。而分子钟相对而言，具有低成本、小体积等优点，在某些地方可以很好的弥补二者的不足，有望在某些领域替代原子钟。所以研究频率稳定技术，研发高性能的分子钟，对于国防安全和科学研究意义重大。

3、因此，设计与实现分子钟性能分析调节平台对于研发高性能的分子钟和国防安全和科学都具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于matlab平台的分子钟性能分析装置及方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种基于matlab平台的分子钟性能分析装置，包括：

4、控制模块，通过产生不同的时序信号和控制信号来控制整个装置，使各个模块在时序和控制信号的作用下进行相互协同工作；

5、参数设置模块，用于设置和调整实验中的各种参数，并将设置好的各种参数传输给数据采集模块使其按照设置的参数进行数据采集，以确保装置正常运行和分析结果的准确性；

6、数据采集模块，根据用户设置的数据采集条件，采集相应的数据，用于后面的数据分析，同时模块里面包含了频率计和电压数据采集卡，用于采集频率数据和电压数据，并将采集到的频率和电压数据传递给数据分析模块；

7、数据分析模块，由频率分析模块和电压分析模块组成，用于将采集到的频率和电压数据进行分析，并绘制分析之后的结果图，并将分析得到的结果传递给数据存储模块；

8、数据存储模块，用于将数据采集模块采集到的原始数据和数据分析模块分析得到的结果进行存储。

9、优选地，所述数据采集模块，可根据用户需求采集固定采样周期、采样点数的频率和电压数据，频率计用于采集频率数据，电压数据采集卡用于采集电压数据，频率计和电压数据采集卡都支持多路数据同步采集。

10、优选地，所述频率分析模块，主要使用allan偏差和hadamard偏差来实现对频率稳定度的一个分析，其计算方法为：

11、

12、

13、其中，σ2(τ)为allan偏差，为hadamard偏差，t是数据样本点的总数，yi是第i个标本点的频率测量值，m为平滑因子，然后将采集得到的频率数据通过上述计算方法计算得到结果后，在绘制相应的曲线，通过该曲线可以得到分子钟的频率稳定度数据。

14、优选地，所述电压分析模块，主要使用最大峰-峰值计算法和均方根值计算法，其计算方法为：

15、

16、

17、其中，vr和vrms分别表示最大峰-峰值计算法和均方根值计算法的电压波动率，vref表示为电压基准，vmax和vmin分别表示电压最大和最小值，vi是第i个标本点的电压测量值，然后将采集得到的频率数据通过上述计算方法计算得到结果后，在绘制相应的曲线，通过该曲线可以得到时域的一个波动情况。

18、优选地，所述数据存储模块，用于将实验采集到的原始数据和数据分析得到的结果进行存储。

19、一种基于matlab平台的分子钟性能分析方法，包括以下步骤：

20、(1)确定分析模式，即频率稳定度分析或电压波动分析；

21、(2)拟定分析参数，包括采样周期、采样点数、时间序列、参考频率、计算方法、设备阻抗设置；

22、(3)采集频率和电压数据；

23、(4)通过使用allan偏差和hadamard偏差来实现对频率稳定度的一个分析，或者结合最大峰-峰值计算法和均方根值计算法来实现对信号电压波动情况进行分析；

24、(5)将分析结果与现有数据指标进行比对验证，若达到要求，结束分析并且保存数据，若结果相差加大，则重新执行步骤1到步骤4。

25、在一方面，一种电子设备，所述设备包括分布式存储器、处理器以及在存储器中并可在处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现装置各个模块的正常运行。

26、本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明实现了在windows环境下，以matlab语言、matlab gui为工具，设计了一款分子钟性能测试平台，通过友好的人机交互界面，可以实现对分子钟的频率数据和时域电压进行实时监测和分析，有助于实验操作人员快速直观的观测到实验结果，大大提高了实验效率。为后续分子钟的研制和优化提供了一种有利的工具。

技术特征：

1.一种基于matlab平台的分子钟性能分析装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于matlab平台的分子钟性能分析装置，其特征在于：所述数据采集模块，可根据用户需求采集固定采样周期、采样点数的频率和电压数据，频率计用于采集频率数据，电压数据采集卡用于采集电压数据，频率计和电压数据采集卡均支持多路数据同步采集。

3.根据权利要求1所述的基于matlab平台的分子钟性能分析装置，其特征在于：所述频率分析模块，使用allan偏差和hadamard偏差来实现对频率稳定度的分析，其分析方法为：

4.根据权利要求1所述的基于matlab平台的分子钟性能分析装置，其特征在于：所述电压分析模块，使用最大峰-峰值计算法和均方根值计算法，其分析方法为：

5.根据权利要求1所述的基于matlab平台的分子钟性能分析装置，其特征在于：所述数据存储模块，用于将实验采集到的原始数据和数据分析得到的结果进行存储。

6.一种基于matlab平台的分子钟性能分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

7.一种计算机设备，其特征在于：所述设备包括分布式存储器、处理器以及在存储器中并可在处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现如权利要求6所述的一种基于matlab平台的分子钟性能分析方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于MATLAB平台的分子钟性能分析装置及方法。其中，数据采集模块负责完成频率数据和电压数据的采集；参数设置模块用于设置和调整实验中的各种参数，并将设置好的各种参数传输给数据采集模块使其按照设置的参数进行数据采集；数据采集模块根据用户设置的数据采集条件，采集相应的数据，用于后面的数据分析；数据分析模块，用于将采集到的频率和电压数据进行分析，绘制分析之后的结果图；数据存储模块，用于将数据采集模块采集到的原始数据和数据分析模块分析得到的结果进行存储。本发明对分子钟的频率数据和时域电压进行实时监测和分析，有助于实验操作人员快速直观的观测到实验结果，提高了实验效率。有利于后续分子钟的研制和优化。技术研发人员：孙铭,徐小发,吴毅,陈钱受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15