高精度时间间隔测量技术与方法

时间间隔测量技术,尤其是高精度的时间间隔测量技术意义重大。不论是电信通讯、芯片设计等工程实践,还是原子物理、天文观测实验等理论研究,以及激光测距、卫星定位等航天军事技术,都离不开高精度的时间间隔测量技术。经过几十年的研究,目前已经有多种测量方法。在阐明插值原理之后,依次介绍了直接计数法、扩展法、时间幅度转换法、游标法、抽头延迟线法和差分延迟线法等主要方法。然后对影响测量的几个因素,包括非线性和不定态作了讨论。针对这些不良影响,还探讨了一些提高精度和稳定度的方法,比如非线性校正、PLL(Phase Lock Loop)和DLL (Delay Lock Loop)技术。最后,对时间间隔测量技术的前景作了展望。     

利用GNSS测量射电望远镜参考点的仿真分析

高精度测量射电望远镜参考点和轴线偏差等参数,对建立天线指向模型和本地连接参数、提高测站坐标精度等具有重要意义。为完成新建射电望远镜参考点初始参考值的快速测定,根据望远镜的旋转模型,结合常规静态归心测量方法和随机动态测量方法,提出了一种利用GNSS天线代替测量靶标实现望远镜参考点测量的方法。通过仿真分析验证了该方法的合理性和有效性,并分析了数据点个数和数据点测量精度对天线参考点和轴线偏差解算精度的影响。     

基于声表面波色散延迟线激励的高精度时间间隔测量方法的研究

高精度时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大.论述了一种新的高精度时间间隔测量方法,单次测量可以达到亚皮秒(＜1 ps)量级的测量精度.该方法利用声表面波色散延迟线作为时间内插器,时间内插器起到时间拉伸的作用,从而可以获得多个测量值,在随后的处理中,由于互相关运算的平均效果,总的测量误差将被大大降低.用窄脉冲去激励声表面波色散延迟线,输出响应为线性调频信号,通过对两次激励的输出响应作互相关运算,对运算结果的相频特性作一阶拟合,便可以精确地得出这两次激励之间的时间间隔.详细推导了测量误差的传播模型,并着重分析了3类主要噪声产生的测量误差,进而提出了减小测量误差的具体措施.     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅴ)-视天顶距测定值的取得

简述了测定瞬时大气折射值以及建立电磁波折射延迟改正模型时,对视天顶距测定值的精度要求和消除系统误差的必要性;根据新的仪器误差理论,文章采取与国外高精度测量仪器的误差测量方法相对比的方式,介绍了专用测量仪器的各种主要误差的测定方法及其所能达到的精度;还介绍了在不同方位的观测时,视频CCD图像中星像的分布情况。     

云南天文台卫星激光测距中的测时仪器

详细论述了时间间隔计数器和事件计时器的工作原理,并阐述了云南天文台卫星激光测距系统中现有测时设备的性能,以及进行了信号周期测量实验.结果表明:测量信号边沿较好时,事件计时器OTL100P的标准偏差优于时间间隔计数器SR620.OTL100P具有直接测量事件发生时刻的特点和高测量精度的优势,能满足云南天文台将来多脉冲激光测卫、测月对测时系统的要求.     

对地方电视台转播CCTV时延的测定

讲述了同步广播卫星电视时间信号的测量方法和测量结果，获得了CCTV1、CCTV2通过同一颗卫星（亚太－1A）转播的时延差值为16333μs，测量精度在10ns以内；CCTV2、CCTV4分别经两颗卫星（亚太－1A、亚洲－Ⅱ）转播，在陕西天文台卫星地面接收站时延差值为1644．20μs，精度为50μs，并分析了影响时延差值和精度的原因。同时测量了地方电视台转播亚太－1A的CCTV信号与直接接收亚太－1A的CCTV信号的时延差值，其测量精度为0．1μs。这些结果为利用同步广播卫星的电视信号进行高精度的时间服务提供了参考依据。     

基于虚拟相机的天线俯仰轴形变快速高精度测量方法研究

长期的磨损和扭转会使天线俯仰轴结构发生小尺度形变.实现这一形变的快速高精度测量,对于大口径全可动天线指向精度修正和俯仰轴健康监测具有非常重要的价值.搭建了单相机测量系统,建立了一种虚拟相机数学模型,将结构变形转为空间变换进行求解,从而提出了一种俯仰轴形变快速测量方法.实验结果表明,该方法的平移分量综合精度可达0.282...     

基于虚拟天文馆对全天相机姿态的精确测量

全天相机已广泛应用在气象、天文等领域,在监测云量、夜天光、流星时,需要准确掌握相机的姿态参数,特别是在安装和运维中造成的偏差。旨在开发一套基于虚拟天文馆的像场测量方法,通过比较参考恒星的虚拟坐标及其像点的实测坐标,高精度地测量相机的姿态参数。使用中国科学院云南天文台安置于四川无名山观测站的全天相机,分析了2016年至2017年获得的4组全天图像,采集了容量分别约为10、50、200的恒星样本,通过Stellarium虚拟天文馆获得了恒星的地平坐标,对全天相机像场的天顶位置、测者子午线方向等基本参数进行了精确的测量。主要结果为:(1)开发了一种基于虚拟天文馆计算恒星地平坐标功能的测量方法,使姿态测量建立在容量较大的参考恒星上,该方法准确度高,对设备配置的依赖性低,具有较强的可移植性;(2)采用网格法对图像天顶的定位达到了亚像素的精度,有望满足高精度定位监测的需要;(3)全天相机姿态精度的首要指标是光轴的竖直性,光轴偏离天顶对投影的轴对称造成不可忽略的影响;(4)维护作业对圆形像场几何参数的改变甚微,但可能改变指向和旋转角,并需要重新测量;(5)生成了符合制图惯例的可视化产品,为监测数据的深入分析奠定了基础。     

分离式靶标摄影测量在LAMOST中的应用

为了获取LAMOST焦面板上光纤的零位位置,提出了一种基于分离式标准靶标的高精度摄影测量方法。首先,根据Tsai摄像机标定参数模型介绍了CCD相机的标定原理。然后介绍了用光重心算法求取靶标发光点像面坐标及通过球面三角公式计算靶标发光点物面坐标。接着,利用最小二乘法导出了含标定参数的方程组。最后,介绍了标准靶标的放置方法以及提高光纤位置测量精度的靶标取法。实验结果表明:CCD相机的标定残差平均值为8.8μm;标定残差的标准差为5.3μm。测量方法简单易行,通过仔细分析,找出了残差偏大的原因,对后续进一步测量实验有重要指导意义。     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅲ)-专用测量仪器

针对用天文大气折射测定值,建立随观测站和随方位而异的电磁波折射延迟改正模型的高精度要求,提出了新的仪器误差理论,其主要内容是允许仪器误差存在,并看成是不断变化的,采用相应的测量方法作实时的测定和修正,同时消除仪器的各种变形和误差的影响,排除观测数据中的各种系统误差来源,并达到提高单次测定精度目的;文中还针对不同纬度的观测站、多方位、从天顶直到低空的观测需要,给出了仪器总体结构的安排,和采用视频CCD作为接收器的终端设计方案,也给出了各种仪器误差的测定方法和测量装置的设计要求。     

天文镜面保护铝膜偏振特性测量方法

望远镜的仪器偏振效应主要由金属镜面的反射偏振引起,是当前高精度天文偏振测量面临的主要技术问题.为了消除仪器偏振对偏振测量精度的影响,在实验室对金属镀膜材料的偏振特性进行精确全面的测量研究显得至关重要.针对保护铝膜提出一种偏振特性测量方法,该方法使用两种光电调制方式对保护铝膜的缪勒(Mueller)矩阵关键元素进行直接测...     

时差自动测量比对系统

一九七八年初,我台建成了一个简单、可靠、高精度的时差自动测量比对系统。此系统由程序接触器、自制的时刻比对自动转换器、时间间隔计数器和数字打印机组成。作为原子时的数据收集系统,到目前为止,经过两年多的使用,证明该系统稳定可靠,效果良好。     

天马13m射电望远镜高精度指向模型的建立

天马13 m射电望远镜是专为空间大地测量的新一代甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)天线,即VGOS(VLBI Global Observing System)系统。VGOS观测将从调度、相关、观测策略到分析各方面改变甚长基线干涉测量。与传统测地观测相比,VGOS观测将数据精度提高1～2个数量级。天马13 m射电望远镜安装了3～15 GHz宽频制冷接收机,一般要求天线指向偏差小于最高频率波束宽度的1/10。为满足高精度指向要求,详细介绍了建立指向的方法和天线控制扫描策略,给出了系统误差修正模型的完全表达式,明确了指向修正模型中的参数意义。基于该天线指向扫描的实测数据,实测评估了望远镜的指向精度。采用最小二乘法对覆盖全天区的数据样本进行拟合,得到天马13 m射电望远镜指向模型,并加载到天线伺服控制系统进行验证,得到了优于10″的盲指误差。     

初轨计算方法中的常数系统差修正

在单位矢量法的基础上给出了一种常数系统误差修正方法．大量的数据验算结果表明,当测量数据中含有显著常数系统误差时,在初轨计算中修正常数系统差是有效的,可以提高测轨精度．     

活动光栅测微器的精度分析

DCMT的主测微器采用一种活动V形光栅扫描模式。根据对人造准直光源像的测量分析,研究了主测微器扫描测量的系统精度。研究结果表明,主测微器系统精度优于0″.009,为天体位置的高精度测量提供了良好的条件。     

一种基于相位的相对延迟变化测量方法

详细地介绍了VLBI系统的地面单元中电缆延迟变化的测量方法，这种基于相位的测量方法，为相关领域的高精度延迟测量提供了借鉴。概要介绍了地面单元中电缆测量、反射调制以及相位比较器的工作原理，对各个环节作了数学上的推导分析。给出了一个电缆相对延迟值随温度变化的测试样本。     

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。     

一种转发式卫星授时新方法

为了减少对GPS提供的高精度授时服务的依赖,建设拥有自主知识产权的且具有投入成本低、精度高的授时系统。提出了一种利用地面高稳定度原子钟作为时频基准,通过通信卫星转发实现卫星广播授时的新方法。详细研究了利用地面高稳定度原子钟和通信卫星组成的导航星座进行多星授时、单星授时的原理和测量方法,分析研究了影响授时精度的原因。由于转发式卫星授时系统的时频基准源稳定度高,其测距精度也会相应的提高。只要精确扣除时延误差,同样可以实现高精度授时。粗码的授时精度可达20ns以内,短精码的授时精度可达10ns左右。总之该系统具有组建灵活简便、应用面广等优势和特色。     

北斗星地双向时频传递与广广播钟差精度分析

与其他卫星导航系统不同,北斗卫星导航系统采用星地双向时间比对技术,直接测量卫星钟相对于地面保持的系统时间的钟差,并用于广播电文钟差参数的建模。讨论了电离层延迟误差、卫星相位中心误差等不同误差源对不同类型卫星双向时间同步卫星钟差精度的影响。实测数据分析结果表明,星地双向卫星钟差内符合精度(RMS)优于0.15 ns。利用双向卫星钟差序列,对广播星历钟差参数预报精度进行了分析,统计结果显示广播电文钟差参数预报1 h,精度在2 ns以内,移动卫星刚入境时,钟差参数预报6 h误差可达10 ns。     

长波定时接收机系统时延的测量改进

为进一步提高用户定时校频精度,我们通过使用移相技术并利用高精度数字存储示波器和高精度计数器,对长波接收系统时间延迟的测试方法进行了改进,获得了比原先更精确的测量结果。