一种天文CCD观测用的GPS实时钟

本文介绍了ＧＰＳＴ－１型ＧＰＳ实时钟研制中的一些新设计,新技术,如：自动置时,核对和修正;分段并行同步;软硬件抗干扰措施以及应急下的人工置时外同步功能等等。这种ＧＰＳ实时钟的精度达８５ｎｓ,稳定可靠。     

激光天文动力学弱光锁相的研究

近年来激光物理与应用的进展促成了激光天文动力学空间任务概念的提出。在激光天文动力学任务概念研究方面 ,必须对由远程航天器上传回的激光进行讯号的测量与处理。激光经过长距离的传输后 ,功率大幅下降 ,因此在空间任务概念的考虑上 ,弱光锁相是计划中关键性的技术。由航天器射来的激光 ,经过望远镜聚光后与本地激光进行锁相 ,由本地激光承载及传达太空激光的相位信息。实验中 ,我们使用 2支半导体激光泵浦非平面环形共振腔钇镏石激光 (Diodelaserpumpednon -planarringcavityNd :YAGlaser) ,分别代表远程的弱光及代表本地的强光 ,建立弱光锁相环路系统 (weak -lightphase -lockedloopsystem)。以中性光强度滤光器 (ND -filter;neutraldensityfilter)减弱光讯号来仿真远程激光传来的弱光。在相位探测部分使用均衡探测法 ,消除激光强度噪声 ,以提高讯噪比。同时配合适当的环路滤波器 ,控制激光频率 ,提高锁相的能力。对 2nW的弱光与 2mW的强光可长时间锁相 ,其均方根相位误差为 57mrad。 2 0 0pW的弱光与 2 0 0 μW的强光锁相时间可达 2h以上 ,其相位误差为 2 0 0mrad。 2 0pW的弱光与 2 0 0 μW的强光锁相时间亦可达 2h以上 ,其相位误差为 1 60mrad。最后 ,我们对 2pW的弱光与 2 0 0 μW的强光锁相 ,     

小型激光天文动力学空间计划概念

小型激光天文动力学空间计划是 :使用在太阳轨道上无拖曳航天器和地面站以激光干涉和脉冲测距的方法 ,精确地探讨天文动力学 ,检测相对论与时空基本定律 ,改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳、行星和小行星的参数。 1 969年开始的月球激光 (反射 )测距 ,对地球物理、参考坐标的选定、相对论的检验均有重要的贡献。 3 0年来 ,激光技术的长足进步 ,使现在正是适合于开始进行研究空间有源 (主动 )测距和光波空间通讯的时候。激光天文动力学的兴起是必然的趋势 ,其精确度将比现在提高 3到 6个数量级 ,将是天文动力学革命性的发展。小型激光天文动力学空间计划可以起到带头作用。它的关键技术有三 ,即 :弱光锁相、极精确无拖曳航天和高衰减日冕仪。弱光锁相已有长足的进步。对高衰减日冕仪的研究 ,也有了初步的方案。LISA空间计划将于 2 0 0 6年 8月发射SMART -2 ,研究测试极精确无拖曳航天。小型激光天文动力学空间计划的关键技术已日趋成熟。在第一届国际激光天文动力学研讨会 ( 2 0 0 1 ,9.1 3 -2 3 )中介绍了各相关学科背景及前沿研究 ,讨论了激光天文动力学空间计划科学目标及相关技术 ,并召开了两次小型激光天文动力学空间计划预研究筹备会 ,建立了和欧洲的合作关系。会后着手进行此项对基础     

星地激光时间比对中地面激光发射时刻的精确控制

在高精度星地激光时间比对中,为了降低星载设备的研制难度,采用了无门控星载激光探测器。根据星地先验钟差、卫星距离和系统延迟量,精确计算地面激光发射时刻,使得激光信号能在星载计时器星钟开门信号之后短时间内到达星载探测器,使星载计时器关门,这样可以大大降低背景噪声影响,获得有效数据。该文研究了精确控制地面激光发射时刻的方法,包括激光发射时刻计算和激光控制器硬件的实现,该方法已在星地激光时间比对在轨试验中得到了成功应用,控制精度在20ns以内,满足了试验的要求。     

Loran—C和GPS国际时间比对的长期结果比较

根据1990－1994年上海天台（SO）和世界上一些时间中心（国际计量局（BIPM）时间部、美国海军天台（USNO））的时间公报公布的数据，对两种时间传递技术（Loran-C和GPS）确定的国际时间同步的长期结果进行了比较分析。SO时间实验室得到如下一些结果：1、1990－1992年，由Loran-C时间传递技术确定的结果表明：系统差约为600ns，不确定度约为90ns(1σ），准确度估计优于1μs。2、1993－1994年，由GPS时间传递技术确定的结果表明：系统差优于30ns，不确定度约为15ns(1σ），准确度估计优于100ns。这些比较结果充分说明了GPS时间传递技术在国际高水平时间同步的中必须有广泛的应用。     

激光天文动力学弱光锁相的研究

近年来激光物理与应用的进展促成了激光天文动力学空间任务概念的提出。在激光天文动力学任务概念研究方面，必须对由远程航天器上传回的激光进行讯号的测量与处理。激光经过长距离的传输后，功率大幅下降，因此在空间任务概念的考虑上，弱光锁相是计划中关键性的技术。由航天器射来的激光，经过望远镜聚光后与本地激光进行锁相，由本地激光承载及传达太空激光的相位信息。实验中，我们使用2支半导体激光泵浦非平均环形共振腔钇馏石激光（Diode laser pumped non-planar ring cavity Nd:YAG laser），分别代表远程的弱及光代表本地的强光，建立弱光锁相环路系统（weak-light phase-locked loop system)。以中性光强度滤光器（ND－filter;neutrel density filter)减弱光讯叫来仿真远程激光传来的弱光。在相位探测部分使用均衡探测法，消除激光强度噪声，以提高讯噪比。同时配合适当的环路滤波器，控制激光频率，提高锁相的能力。对2nW的弱光与2mW的强光可长时间锁相，其均方根相位误差为５７mrad。 200Pw的弱光与200μW的强光锁相时间可达2h以上，其相位误差为200mrad。20pW弱光与200μW的强光锁相时间亦可达2h以上，其相位误差为160mrad。最后，我们对2pW的弱光与200μW的强光锁相，锁相后的相位误差为290mrad，锁相时间可维持一分半钟。     

天文地球动力学中的相对论效应

天文地球动力学利用空间与地面观测手段，监测和研究地球整体与各圈层的物质运动以及它们间的相互作用，这都离不开广义相对论及的时间与空间。随着空间对地观测精度的，为了充分利用高精度观测提供的信息，在天文地球动力学的研究中必须考虑相对论效应。所涉及的相对论效应包括：（1）相对论参考系的建立，（2）在恰当的参考系中对观测者和被观测对象的相对论运动方程（平动和自转）的描述，（3）观测者和被观测对象间的电磁信号传播，（4）依赖于坐标选择的结果与具有物理意义的可观测量的转换，（5）某些基本概念在定义在广义相对论框架下的重新确认。本文对天文地球动力学中的这些相对论效应作了简要的评述。     

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。     

用PCI中断实现射电望远镜跟踪的方法

讨论运用PCI 9054(美国PLX公司生产的接口芯片)作为接口芯片的PCI(Peripheral Component Interconnect)板卡的软硬件设计,以实现天线跟踪的两个时间同步中断。利用标准秒信号中断作为系统时钟同步信号,并同步产生时间间隔为20ms(或40、50ms,可选)的中断信号,来处理天线跟踪指令输出。中断信号通过PCI中断口INTA#接入计算机,在驱动中识别不同的中断信号,并在应用程序响应中断处理后,命令ACU(Antenna Control Unit)机,实现射电天文望远镜的同步跟踪。其控制过程分3部分阐述:硬件设计、驱动程序设计、安装及应用;着重讨论了前两者的设计方法及思路。     

基于GNSS CV的精密时间服务系统的设计与实现

通过研究GNSS(global navigation satellite syetem,全球导航卫星系统)共视远程时间传递技术,并结合现代网络通信技术,搭建了基于GNSS CV(common-view,共视)的精密时间服务系统的硬件平台。利用中国科学院国家授时中心保持的精确时间UTC(NTSC)和GNSS共视接收机观测数据,实现了用户与国家授时中心之间的在线数据传输和比对处理,为用户时间与UTC(NTSC)之间的高精度时间同步提供了一种解决方案。     

卫星电视授时系统及精度估计

我国已建成短波、长波授时台，进行毫秒级、微秒级的时间服务．随着现代科技和经济的发展，上述方法已不能满足国家及国际交流的需要．本文提出卫星电视授时系统，同步卫星定位精度小于１１０ｍ，卫星授时精度为亚微秒。两原子钟利用卫星进行时刻同步，其精度与两原子钟的距离有关，相距３千多公里的两钟同步精度小于３５ｎｓ，相距数百公里的两原子钟同步精度小于２０ｎｓ     

T2L2 - Time transfer by Laser link: a new optical time transfer generation

The T2L2 experiment allows the synchronisation of remote clocks on Earth, and the monitoring of a satellite clock with an accuracy in the 50 ps range. It is based on the propagation of light pulses in space which is better controlled than the radio waves propagation. Some new optical timer and the definition of a new time origin allow direct accurate time transfer without external calibration. The time equations and the uncertainty budget are presented so as to justify the announced performance. This optical time transfer associated to an ultra-stable clock in space has many scientific application as the study of some aspects of the gravitation.     

The problem of clock synchronization: A relativistic approach

The problem of synchronization of the Earth-based clocks has been discussed in the framework of General Relativity Theory. The synchronization is considered as the transformation of the observers' proper time scales to the coordinate time scale of local inertial geocentric reference system, which is single for all the observers. The formulas for the relativistic corrections occurring in some methods of Earth-based clock synchronization (transported clock, duplex communication via geostationary satellite and meteor-burst link, LASSO experiments) have been derived enabling one to attain the accuracy of 0.1 ns.     

罗兰C自主TOC同步的研究

研究了罗兰C自主实现TOC同步的原理。根据TOC的特点 ,分析了罗兰C自主TOC同步的基本要求。定义了TOC信息的概念 ,提出了一种新的信息类型和相应的通信规约。分析了GRI脉冲序列与参考脉冲 ,以及调制码组与罗兰C脉冲组的时间关系。最后详细研究了在连续传输 (TOC信息和DGNSS交替 )方式下TOC同步的原理和方法。     

698nm窄线宽激光器研究进展

窄线宽激光器在铯原子喷泉钟、光钟以及时间频率传递等方面有着重要的作用。主要介绍中国科学院国家授时中心开展的工作波长为698 nm窄线宽激光器的研究进展。实验中采用两级稳频方法将激光锁到初稳腔和高稳腔。通过第一级稳频,激光线宽为1.1 kHz;目前已初步实现了第二级稳频。通过逐渐优化第二级稳频,可以实现Hz量级线宽激光。     

GPS共视时间比对中的电离层时延改正问题

众所周知，GPS共视是目前国际上主要的时间传递比对技术，其中扣除电离层时延是很重要的一个方面。介绍了如何采用国际GPS服务中心(IGS-International GPS Service)公布的电离总电子含量(TEC-Total Electron Content)图来进行电离层时延改正。结果表明：对于单频GPS接收机，采用TEC图作电离层时延改正后的单站定时和共视比对精度比用理论模型作改正的精度有很大的提高。通过比较还表明，亚太地区的时间实验室之室的时间传递精度比欧美地区的要低，这可能是因为亚太地区用于测量TEC的IGS测站少，因而导致该地区的TEC的精度较低。     

利用多链罗兰C信号实现UTC同步方法的研究

通过分析多链罗兰C信号的特点，提出了利用多链罗兰C信号实现UTC同步的方法，首次提出了多链罗兰C信号的有关定义和性质，研究了用户利用多链信号实现UTC同步的基本原理，给出了多链TOC秒重合和不重合两种情况下的实现方法，采用这些方法，用户可以摆脱对粗同步手段的依赖，提高定时的自动化水平。     

用于JATC远程时间比对的双频GPS接收机

中国科学院国家授时中心为“我国综合原子时（JATC）建立与保持的研究”项目研制的双频多通道GPS时间传递接收机NTSCGPS-2，不仅具有远程时间比对的功能，还增加了我国综合原子时需要的本地钟比对功能和精密定位功能。在不增加其它比对设备的情况下，满足JATC项目对远程时间比对的要求。NTSCGPS-2具有如下性能特点：（1）采用双频观测，可实测电离层时延；（2）远程（西安-上海、西安-澳门）时间比对精度达到2ns；（3）具有本地钟间的比对功能，在正常共视观测的同时，还可进行2个本地钟间的比对；（4）具有精密定位功能，相对定位精度为5cm。     

The Model of Radio Two-way Time Comparison between Satellite and Station and Experimental Analysis

Time synchronization between satellite and station is the key technique of satellite navigation system and the foundation of realization of satellite navigation and positioning. Aiming at solving the problems of time synchronization, we have discussed a new method of radio two-way time comparison between satellite and station, deduced in detail the reduction model of up- and down-link pseudo ranges between satellite and station, and provided a practical calculation model of clock error between satellite and station. By calculating the differences between up- and down-link pseudo ranges, this method has eliminated the influences of common errors, such as the tropospheric delay, satellite ephemeris errors, ground station coordinates errors and so on. The ionospheric delay relevant to signal frequency is also weakened largely, thus this improves the accuracy of time comparison greatly. Finally, experimental analysis is conducted by using observational data, and the results show that the accuracy of radio two-way time comparison between satellite and station can attain about 0.34 ns, which validates the correctness of theoretical method and model.