氢钟和铯钟联合守时初探

氢钟和铯钟作为两种不同类型的频标,从统计角度上来说,它们在短期和长期频率稳定度方面的表现为时间频率领域中的学者们共识．随着技术的改进氢钟近年来在长稳方面有所提高．根据中国科学院国家授时中心(NTSC)新进口的2台美国氢钟(Sigma T)近一年来实验数据的分析,定量说明氢钟不同采样间隔的频率稳定度,并与铯钟的性能做比较．同时根据这两种类型频标的性能取长补短,探讨一组铯钟和两台氢钟联合守时的方案和地方原子时计算方法．     

SOHM型氢钟在国家授时中心的运行情况分析

上海天文台研制的型号为SOHM-3和SOHM-4的3台氢原子钟在中国科学院国家授时中心(NTSC)已经运行了一年多时间。收集了每个氢原子钟与NTSC主钟的时间比对数据。数据的分析结果给出了这几台氢钟在不同采样间隔上的频率稳定度,也显示出1台氢钟明显的相位跳变,讨论了这种相位跳变的原因。比较了这3台氢钟和从美国进口的Symmetricom公司制造的氢钟的频率稳定度的温度变化效应,指出了上海天文台研究制的氢钟存在的主要问题。     

氢原子钟的频率驾驭算法研究

以氢钟作为主钟系统的频率源,可产生短期稳定度更好的本地时间UTC(k),氢钟通常具有频率漂移效应,这使得氢原子钟的长期稳定度随着时间的推移不断降低,进而影响UTC(k)的稳定度与准确度.为解决这一问题,比较分析了氢钟和铯钟的性能,改进了氢钟参与时间尺度计算的算法,并提出了基于主钟为氢钟的频率驾驭算法.通过搭建试验系统,编制相关的软件,对该算法进行了检验.测试结果表明当氢钟参与原子时计算时,可有效改善参考时间尺度的短期稳定度,同时主钟频率源为氢钟比主钟频率源为铯钟产生的本地时间UTC(k)具有更好的短期频率稳定度.     

脉冲星对氢原子钟的频率驾驭算法研究

氢原子钟具有较高的短期稳定度,将其作为主钟可在短期内产生高精度的本地时间信号.但氢钟存在频率漂移现象,导致其长期稳定度较差,从而影响本地时间的准确性.毫秒脉冲星自转高度稳定,借助于其长期稳定度高的特性,可定期实现对氢原子钟的频率驾驭,并对实时信号加以控制.首先分析了国际脉冲星计时阵(International Pulsar Timing Array,IPTA)第二批发布数据中四颗毫秒脉冲星的稳定度随时间的变化,同时采用哈达玛方差分析了中国科学院国家授时中心(National Time Service Center,NTSC)一台氢钟的频率稳定性能,最终给出了利用脉冲星驾驭氢原子钟频率的方法.     

高精度守时对原子钟性能的要求

该文根据NTSC 20多台原子钟的ADEV和HDEV的分析、BIPM发表的TAI系统中原子钟的速率公报和权重报告.讨论了在高精度守时系统中对原子钟频率稳定度的要求.建议用τ≈30 d铯钟的ADEV和氢钟的HDEV至少达到1E-14来作为一个钟能否用于高精度守时的判断标准.     

用于守时工作的时间间隔计数法与双混频时差测量比对法的比较

为了比较用于守时工作的时间间隔计数法和双混频时差测量法,分析了国家授时中心时频基准实验室的两种测量比对设备(SR620时间间隔计数器和PCOMP多通道相位比较仪)对同一组原子钟进行测量时所得到的结果(钟的速率、RMS、测量精度和稳定度)。分析所得的主要结论是:双混频时差测量法具有更高的比对精度,更适用于氢原子钟短期(τ≤5 d)稳定度的测量。     

NTSC守时氢钟性能分析

首先对NTSC(National Time Service Center)守时实验室的氢原子钟进行了测试,为了规避铯原子钟噪声较大的影响,没有采用TA(k)或UTC(k)作为参考,而是以4台氢原子钟互为参考进行测试,利用四角帽法对氢原子钟的频率稳定度进行分析,估计出单台氢原子钟在不同取样时间上的Allan标准差.然后根据氢原子钟的特性,扣除趋势项,剔除异常值,利用数学方法平滑,分离出了氢原子钟的高斯噪声,并且通过了Kolmogorov-Smirnov检验,估计出单台氢原子钟高斯噪声.     

原子时尺度分析研究

守时型原子钟主要包括氢原子钟和铯原子钟,为进一步探究不同类型守时原子钟计算时间尺度相关性能,本文开展全氢钟及氢铯联合时间尺度研究。首先依据国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures, BIPM)发布的d公报将氢原子钟进行分类,针对分类结果分别运用原子时尺度理论方法计算全氢钟时间尺度,并给出分析结果。随后计算全铯钟时间尺度,并分析探究两种不同的氢铯联合钟组时间尺度。结果表明,基于频率漂移量较小的氢钟组形成的时间尺度波动范围小,且稳定度优于频率漂移量较大的氢钟组形成的时间尺度。氢铯联合形成的时间尺度稳定度优于全铯钟时间尺度,不同的氢铯联合钟组计算得到的时间尺度结果相近。     

法国的频标研制简况

法国集中力量开展了光频标和氢脉泽的研制工作,重点放在潜力很大的光频标上。交谈中从国际时间局(BIH)主席Guinot到频标实验室的研究人员普遍认为到本世记末铯钟仍然是国际通用的时间频率标准,然而他们在自己是否需要研制大铯钟这个问题上一直比较犹豫,没有做大铯钟的计划。各时间工作的天文台均采用美HP5061A商品型小     

BPL工作钟信号T(PU)的监控方法研究

中国科学院国家授时中心(NTSC)BPL长波授时台升级改造项目要求实现BPL系统的工作钟信号T(PU)的自动监控.T(PU)的控制指标为T(PU)与NTSC时频基准实验室的主钟信号UTC(NTSC)之间的相位时间差的绝对值| UTC(NTSC)-T(PU)|小于50 ns;T(PU)的频偏绝对值优于5×10-13.为达到上述指标,并尽可能提高T(PU)的准确度,研究了在采用不同类型的原子钟作为工作钟频率源时所需采用的T(PU)的监控方法.结论是对日稳较好的频率源,用对工作钟频率源的频偏进行准实时预报得到的值和实测得到的相位时间差UTC(NTSC)-T(PU)来计算应该加到相位微调仪上的频率补偿值,从而进行工作钟的频率驾驭,可以大大提高工作钟信号T(PU)的准确度;而对不太稳定的频率源,频偏准实时预报准确度很差,采用几个月时间段内的平均频偏以及实时实测的相位时间差来进行频率驾驭,以便确保T(PU)的准确度.     

同步广播卫星电视中秒信号的测量结果及其分析

简单介绍了国家授时中心的卫星电视比对系统,给出了利用时间比对系统测量CCTV信号中插入的时间信号(它们或仅由卫星转发或由卫星转发后再经地方电视台转播)时延的方法和测量结果,并对其进行了分析,对定时用户具有参考价值。     

SOHM-4与MHM-2010氢原子频标的特点比较

基于对已投入国家授时中心守时运转的SOHM-4型与MHM-2010型氢原子频标的长期关注,对这两种氢原子频标的性能作了较详细的比较和分析。讨论了它们共同的优点、各自的特长和不足之处,还给出了稳定度的测试结果。     

NTSC时频基准实验室守时系统自动监测软件

为了能实时了解中国科学院国家授时中心（NTSC）时频基准实验室守时系统的运转情况,编制了本软件。本软件的功能是对系统中原子钟最近一个月的比对数据进行实时计算后,得到一个纸面的加权平均时间尺度“TA”,用它作为监测UTC（NTSC）、UTC（JATC）和原子钟运转情况的参考,给出TA-UTC（NTSC）、TA-UTC（JATC）、以及每个钟相对于TA的速率曲线。通过选用窗体上设置的各个按钮,能很方便地监测原子钟和测量设备的运行情况。位于陕西蒲城的BPL监控室可以通过远程局域网得到NTSC守时实验室的数据,实时运行本软件,并用TA作为参考,即可监测BPL监控室原子钟运行情况,并且对BPL发播工作钟时间T（PU）进行监测和频率驾驭,以实现T（Pu）同步到扩形（NTSC）。     

Local Oscillator Distribution Using A Geostationary Satellite

A satellite communication system suitable for distribution of local oscillator reference signals for a widely spaced microwave array has been developed and tested experimentally. The system uses a round-trip correction method to remove effects of atmospheric fluctuations and radial motion of the satellite. This experiment was carried out using Telstar-5, a commercial Ku-band geostationary satellite. A typical Ku-band satellite has uplink and downlink capacity at 14–14.5 GHz and 11.7–12.2 GHz, respectively. For this initial experiment, both earth stations were located at the same site to facilitate direct comparison of the received signals. The local oscillator reference frequency was chosen to be 300 MHz and was sent as the difference between two Ku-band tones. The residual error after applying the round trip correction has been measured to be better than 3 ps for integration times ranging from 1 to 2000 s. For integration times greater than 500 s, the system outperforms a pair of hydrogen masers with the limitation believed to be ground-based equipment phase stability. The idea of distributing local oscillators using a geostationary satellite is not new; several researchers experimented with this technique in the eighties, but the achieved accuracy was 3 to 100 times worse than the present results. Since then, the cost of both leased satellite bandwidth and the Ku-band ground equipment has dropped substantially and the performance of various components has improved. An important factor is the availability of narrow bands which can be leased on a communications satellite. We lease three 100 kHz bands at approximately one hundredth the cost of a full 36 MHz-wide transponder. Further tests of the system using terminals separated by large distances and comparison tests with two hydrogen masers and radio interferometry of astronomical objects are needed.     

SOHM-4型氢原子钟的设计改进与初步性能

氢原子钟是一种最稳定的 (除极短测量时间间隔之外 )频率标准 ,但是环境温度变化及微波谐振腔老化会引起原子钟输出频率的变化 ,从而导致氢原子钟长期性能变差。为了减小这些影响 ,可借助一种自动调谐器来确保谐振腔的频率始终工作在所需的频率上 ,并采用新的温度控制系统来改善氢原子钟的长期性能。针对这些年来许多氢钟出现的有关问题 ,上海天文台在借鉴国外氢钟实验室经验的基础之上 ,对原有氢钟进行了技术改造 ,并为国家授时中心研制了SOHM - 4型氢原子钟。对该型氢原子钟技术改造特点作了介绍 ,并给出了期望的性能指标及初步的测试结果     

NTSC的守时工作进展

概括介绍了中国科学院国家授时中心（简称NTSC）时间基准系统的组成、功能和相关工作的最新进展情况。NTSC负责我国标准时间的产生、保持和发播。多年来,NTSC的守时系统以完美的表现满足了国家大科学装置—长、短波授时系统的发播控制任务的要求。2008年度,NTSC的守时工作取得突破性进展,实现的指标综合排名于全球实验室的2～3位,我国守时工作已经跻身世界前列,NTSC已成为国际原子时合作单位中最重要的守时实验室之一。     

GPS共视比对技术在综合原子时中的应用

为提高我国标准时间的准确度和稳定度,中国科学院国家授时中心(NTSC)自2003年开始与国内相关单位合作进行我国综合原子时(JATC)系统的建立与保持的研究。远地时钟间的比对是建立JATC的关键工作之一。为满足JATC对远地时钟间比对的需求,NTSC研制了单频和双频GPS时间传递接收机。     

北斗亚欧全视时间比对试验

基于卫星导航双频时间传递型接收机的伪码观测量,利用国际全球卫星导航系统服务组织(International Global Navigation Satellite System (GNSS) Service, IGS)提供的高精度卫星轨道和钟差产品,实现了北斗全视法时间比对.以IGS提供的时间尺度为两个待比对站的公共参考时间,首先使用双频组合法消除电离层对伪距观测的影响,然后将对流层和地球自转效应带来的时延利用理论模型在伪码观测量中进行扣除,分别获得两个比对站时间与公共参考时间之差后,将2者再做差,便得到了北斗全视时间比对结果.以中国科学院国家授时中心(NTSC)、德国物理技术研究院(PTB)和西班牙海军天文台(ROA)所保持的国家标准时间作为比对对象,开展了长基线北斗全视时间比对试验,获得北斗全视时间传递结果,最后利用阿伦方差和时间方差两项关键性能指标以及卫星双向时间比对对其进行性能评估.结果表明:北斗全视时间比对的天稳为10-14量级,可以满足国际时间比对需求.