原子钟噪声误差估计方法研究

给出了原子钟不同噪声的模拟方法.研究了利用马氏过程理论模拟原子钟的频率闪变噪声,利用维纳过程理论估计频率白噪声的最大区间误差的方法.结合国家授时中心时频基准实验室9台铯原子钟的运行情况,估计了幂律谱模型的噪声系数,并根据噪声模型进行了仿真,最后得到了这9台铯原子钟的频率白噪声产生的最大区间误差估计.     

原子时的小波分解算法

时间尺度的就是根据一组原子钟的数据,用统计的方法计算出平均的时间尺度。其目的是使综合时间尺度的噪声最小。一般的原子时算有脱离经典加权的局限性,只能抑制原子钟的栽一种噪声。运用小波分解的方法建立以分解原子时,将原子信号在小汉域按频率尺度分解原,然后在不同频率范围加权,这种方法不但考虑不同原子钟在同一个频率分量的不同稳定度,而且考虑不同频率分量的不同稳定度,它有着独特的优越性。     

GPS星载原子钟性能评估

介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block IIR星载铷原子钟天稳已经处于1～3×10-14的水平。     

主动型氢原子钟性能监测及评估方法研究

主动型氢原子钟是时间尺度建立和保持的主要频率源,具有短期稳定度高及相位噪声低等特性,目前在国际原子时TAI (International Atomic Time)及各地方时间尺度中的作用日益重要.首先结合主动型氢原子钟内部状态参数,分析状态参数与氢原子钟比对数据的相关性,提出了氢原子钟性能监测方法.其次,针对氢原子钟性能特点,在衡量氢原子钟性能最主要的两方面,即频率稳定度及"可预测性"方面,给出了氢原子钟性能评估方法,并利用该方法对目前国际通用的两种主动型氢原子钟(CH1-75型及MHM-2010型)进行性能评估.原子钟状态参数与比对数据联合分析结果表明,状态参数监测可以有效预报钟性能的变化.原子钟频率稳定度及"可预测性"评估结果表明,中、长期稳定度越高的原子钟"可预测性"也越好. BIPM (Bureau International des Poids et Measures)权重验证结果表明,基于BIPM公布数据以及基于2次模型两种预报方法计算出来的钟"可预测性"均与BIPM公布的权重相吻合,可以作为钟"可预测性"的定量评估方法.     

GPS BLOCK IIF星载原子钟长期性能分析

星载原子钟长期性能的分析对于系统完好性监测、卫星钟差确定与预报等具有重要的作用.GPS最新型的BLOCK IIF系列卫星于2016年2月6日部署完成.通过星载原子钟的频率准确度、频率漂移率、频率稳定度、观测噪声水平和钟差周期特性这5个指标的长期变化,分析评估了GPS BLOCK IIF星载原子钟的长期性能.计算分析表明:铷钟的频率准确度为7.1×10~(-12)±2.1×10~(-13),频率漂移率为(5.5×10~(-14)±1.1×10~(-14))/d,平均噪声水平约为0.2 ns;铯钟的频率准确度为1.0×10~(-12)±2.9×10~(-15),频率漂移率为(3.4×10~(-15)±5.4×10~(-16))/d,平均噪声水平约为1.0 ns,并且指标变化相对平稳;铷钟的2 h、6 h、12 h和天稳定度分别为3.4×10~(-14)、2.3×10~(-14)、7.3×10~(-15)与6.0×10~(-15);铯钟对应的稳定度指标分别为1.9×10~(-13)、1.1×10~(-13)、7.9×10~(-14)和5.5×10~(-14);卫星钟差存在显著周期项,主周期分别近似为卫星轨道周期的1/2、1倍或2倍.     

氢频标10ms级的频率稳定度的改善

本介绍在某工程上应用的上海天台工程型氢频标10ms级频率稳定度的改善措施和采样时间为10ms时，对氢频标频率稳定度测量的结果。     

一种基于小波变换的氢铯联合守时算法研究

氢铯联合守时方法主要是研究两类性能不同的原子钟的有效组合而产生稳定的时间尺度.基于此,研究了一种联合守时算法,取得了初步结果.算法首先通过铯原子钟建立参考时间尺度,用于估计氢原子钟的速率和频率漂移;其次,利用小波多尺度分解的方法降低氢原子钟钟差多种噪声的影响;最后,利用氢原子钟的可预测性能,建立由氢原子钟产生的时间尺度.此算法的优点在于产生的时间尺度充分利用了氢原子钟的短期稳定度、氢原子钟的可预测性能并考虑了测量钟差带来的多种噪声的影响,是一种优化的原子时尺度算法.     

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.     

主动型氢原子钟的研究进展

基于氢原子微波激射器(氢脉泽)的主动型氢原子钟(氢钟)拥有极好的中短期频率稳定度,而原子储存泡是氢脉泽的关键技术。位于微波谐振腔内的原子储存泡中的氢原子系综与电磁场相互作用。简述了氢原子系综与电磁场相互作用的动力学过程、氢脉泽和主动型氢原子钟的相位噪声,还介绍了原子储存、原子与原子的自旋交换碰撞、原子与泡壁的碰撞和磁场不均匀弛豫等主要弛豫过程。并概述了在腔频的自动调谐方法、双选态系统方面的发展和电离源、真空系统等技术方面的改进。最后,讨论了氢钟的发展前景。     

灰色-自回归动态模型用于原子时尺度计算

由于各种噪声和其他因素的影响,原子钟运行情况十分复杂.为了准确地预测其确切的频率变化或钟速,有必要研究建立一个可靠的预测模型,通过模型预测原子钟的钟速,以便在地方协调时的监控和地方原子时计算中采用.讨论了如何利用灰色模型与自回归模型对原子钟钟速进行预测,研究并提出了二者的综合模型,结合国家授时中心原子钟实际数据进行了验证,并给出了不同原子钟对应模型的预测精度计算方法.     

NTSC的双混频时差测量系统试运转结果分析

中国科学院国家授时中心(NTSC)新进口的由德国Timetech公司制造的双混频时差测量系统(dual mixer time difference system,DMTD)已经通过了试运行。介绍了DMTD的工作原理和设备结构。NTSC时频基准实验室的主钟(MC)信号作为DMTD的频率参考信号,5个氢钟和18个铯钟的频率信号作为被测信号与MC信号进行相位比对。用频率分配放大器输出的多路MC信号也作为被测信号用以监测DMTD本身的精度和稳定度。给出了DMTD和时间间隔计数器TIC实际测量结果的比较及误差分析。测量结果表明DMTD特别适用于频率短期稳定度非常高的氢原子钟这样的频标之间的频率和时间比对。该设备将用于NTSC的守时工作,不久的将来也将用于铯喷泉与氢钟的频率比对。     

频率稳定度实时评估系统的设计与实现

为了实时计算原子钟的频率稳定度,设计了一种频率稳定度实时评估系统.利用现有理论基础(稳定度测量原理及其算法等)以及软件技术开发了一种实时计算并以图形显示原子钟稳定度的测量分析软件.该软件使用VC++的多媒体定时器实现数据的实时不间断采集及计算,同时采用双缓存绘图技术显示计算结果.测试结果表明该软件工作稳定,计算结果可靠、可信.     

频率稳定度的相关测量

引言目前对于频率稳定度的时域方面测量,往往较多采用比相,近年来利用双混频时差测量,也较普遍开展。但这些方法对于100ms 以下稳定度测量往往比较困难。本文探索利用自相关测量技术来检测频率稳定度。提供了独特的实验装置,它依赖于随机相位噪声的自相关特性,是对造成频率不稳定性的随机相位噪声进行直接测定,特别适合于100ms 以下稳定度测量。由于本系统是对随机相位噪声的自相关函数测定,通过终端处理,可以给出关于频率稳定度     

时频测量中的相对论效应

目前,实验室所用的原子钟和频率标准的稳定度,比在不同引力势的地方进行时频测量时所要求的相对论改正量要高得多。因此,在高精度(准确度和稳定度接近10~(-13)量级)时频测量中,需要考虑相对论效应改正。这已经不仅是理论概念问题,而是实际应用的需要,特别对空间技术的应用尤其如此。因为在那里将遇到很大的相对速度和不同于地球表面的引力势。本文将简要介绍同时频测量有关的一些相对论概念和改正公式。     

基于时间频率数据平台的数据分析研究

时间频率数据是国家重要的信息资源,时间频率数据平台设计依托国家授时中心运行产生的时频数据、国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures, BIPM)和国际地球自转服务机构(International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS)公布的时间频率相关数据等实现,该数据平台可以为守时技术研究提供丰富的数据资源支撑。首先介绍时间频率数据平台的建设情况,随后利用数据平台汇交的本地守时系统比对和远距离链路比对数据开展守时技术研究,包括原子钟状态评估,主要分析原子钟异常跳变情况,研究跳变数据处理方法,针对不同类型守时钟,分析对比波动情况、稳定度等原子钟性能指标,此外基于ARIMA模型开展钟差预报研究。以上研究结果可为守时系统连续可靠运行提供重要参考。     

一种时间尺度算法的稳定度分析

介绍了国际权度局时间频率分部的ALGOS原子时算法的原理，并提出了建立在小波分解基础上的一种新的时间尺度算法，它可以提取原子钟在不同频率范围内的不同稳定度，实验结果表明：根据此算法建立的小波分解原子时稳定度优于一般的算法。     

氢脉泽长期性能的改进

腔失谐引起的牵引效应是限制氢脉泽长期稳定度的主要因素,并使时畴测量中的频率稳定度出现不随τ变化的“平坦区域”。本文叙述了近一年来我们为了减小腔牵引所做的实验和改进。通过腔频温度补偿实验而使腔频温度系数小于100Hz/℃;腔温也从50℃降低到约30℃,使原子谐振谱线Q值增大了1.5倍。初步的比对结果表明,作了上述改进后的氢原子钟(锁相晶振)的长期稳定度达到±(4-7)×10~(-14)/日。     

激光参量对CPT铷原子钟稳定度影响的数值分析

为具体分析激光参量对相干布居囚禁(CPT)原子钟的稳定度性能的影响,在(-型三能级原子系统模型的基础上,采用半经典密度矩阵方法,数值模拟计算了不同激光参量对CPT铷原子钟共振谱线信号的影响,并给出了比较分析.结果显示:两束激光强度的不对称对CPT钟信号强度的影响很大,而激光频率失谐对CPT钟信号影响较小;此外,当激光强度不对称与频率失谐同时存在时,荧光信号谱出现不对称,微波辐射信号发生频移.     

从CPT原子钟到光钟

简要介绍了新型CPT（Coherent population trapping，相干布局囚禁）原子频标及光频标的基本原理和研究进展。被动型CPT铷原子钟物理部分的目前体积可控制在100cm^3以内，功耗1W左右，其稳定度为4×10^-11τ^-1/2（τ为测量取样的时间间隔）。CPT原理的铯原子频标的物理部分体积减小到1cm^3，功率减小到30mW，稳定度为6×10^-10τ^-1/2，成为当今体积最小、功耗最低的原子钟。随着飞秒激光梳状发生器技术的发展，已将传统的谐波光频链的体积从几间实验室缩小到1．2×1．0m^2的光学平台上，它与光频测量技术的结合，使微波频标与光频标联系起来，建立了光钟，它的稳定性可以从现在的10^-16的水平提高到10^-18乃至10^-22水平，成为当前最精密的时间计量仪器。     

一种用于氢脉泽自支调谐的高稳锁相接收系统

本介绍了一种高稳定锁相接收系统，这种系统不仅整体合一、体积小、而且性能优良、可靠性高，为氢频标的工种化、商品化提供了条件。它可以提高氢脉泽频标的长期频率稳定度，对影响氢脉泽频标中短期频率稳定度的旧的电子系统也有所改善。章详细介绍该系统的工作原理、设计原则和各项技术指标，并对环路的性能进行了分析，最后给出了该系统的实测应用结果。