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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

长期连续工作的光抽运铯束频标激光系统

长期连续工作的轻便激光系统是实现实用的光抽运铯束频标的关键。本文作者研制的半导体激光系统采用了单片机数字辅助锁定和计算机控制技术成功地实现了激光频率的自动锁定和长期连续工作。两套激光系统分别工作在抽运跃迁频率和检测跃迁频率上,与小型密封铯束管及频标电路共同组装成一台光抽运铯束频标。这台频标已经正常连续工作了两年多。技术指标达到原HP5061小铯钟的水平。据知,这是我国第一台能够长期连续工作的光抽运小铯钟,也是世界上第一台连续工作两年多的光抽运小铯钟。     

与进供进的时间工作

20世纪50年代以来计算机技术、信息科学和空间科学的发展对高精度时间频率提出了日益增长的需求，电子技术、空间技术和量子物理的发展推动了高精度时间频率领域的学科发展和技术进步。简要介绍时间尺度、UT1的测定技术、守时钟、时间同步技术和授时手段各方面半个世纪的飞速发展，并展望未来时间工作的前景。     

GPS时间比对机对天文预测图像的时间定标

本文介绍了GPS时间比对机利用GPS时标为基准 ,对天文图像进行时间定标的设计原理、可能出现的各种差错和纠正方法、模拟实验和主要误差分析。时间定标精度为 1 .0 85微秒 ,其均方根为 0 .5 4微秒     

GPS时间比对机研制的几个技术问题

本文介绍了在GPS时间比对机的研制中,提取和解算GPS时间信息码、确定时标的世界时时刻等技术问题,并给出了测试结果。     

时间频率溯源链的重要特性及其应用

主要以美国国家技术标准研究院(NIST)的时间频率溯源链系统为典型,给出其方框图和技术指标,并述评了NIST的宗旨、任务,及时间频率溯源链的重要特征是:拥有高精度的铯喷泉原始频率基准(准确度、稳定度均~1.10-15);在时间频率传递方法和技术研究开发方面处于领先地位;在远程校准的频率测量和分析系统(FMAS),及溯源链系统的尖端装备的高集成化、自动化、智能化、轻量化品质方面均达到先进水平。并综述了高精度的时间频率同步系统在天文学测量、导弹发射、导航、定位等科学实验研究领域中的重要作用和目前达到的关键技术指标。     

基于W500的NTP时间服务器设计

针对局域网领域对时间同步的要求,主要利用微控制器STM32和单片网络接口芯片W5100为核心搭建硬件平台来设计一个高精度、高吞吐量的NTP时间服务器系统,为客户端提供高精度的时间信息,从而实现客户端与服务器时间同步的功能。实验及分析表明,该系统运行稳定,能够实现网络时间同步。     

微波时间传递精度和时延分析

分析了引起微波时间传递系统时延变化的原因和单向及双向时间传递比对精度;分析表明,根据微波双向时间比对的长期测量数据可对搬钟实验得到的时延值进行修正,采用该修正结果可减小单向时间比对的误差。     

脉冲星时稳定度及可能应用

给出了毫秒脉冲星长期计时观测最新结果和脉冲星时与原子时频率稳定度的比较。指出脉冲星时频率稳定度的提高受到计时观测误差的限制,讨论了提高毫秒脉冲星计时观测精度的方法。随着脉冲星计时阵的实施,脉冲星时的应用已为期不远。可能的应用包括毫秒脉冲星与原子钟结合守时、建立综合脉冲星时和用脉冲星计时阵检测原子时误差等方面。     

BPL时号定时校准原理和方法

为保证BPL长波授时时号(以国家授时中心(NTSC)保持的UTC(NTSC)为基准)的准确度,必须对该时号进行定时校准(确定发射时号与发播工作钟同步时定时校准信号的相位)。阐述了定时校准的原理和方法。与传统罗兰-C系统校准方法不同,该方法选择发射天线电流取样信号基准过零点而非定时控制单元基本定时信号为定时校准点,消除了因锁相控制精度不足引起的误差,提高了时号精度。该方法可以作为罗兰-C授时系统的通用校准方法。     

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。     

时间频率量的特征及其对时频系统建设的影响

分析了物理量测量中时间频率量的特点，主要有：时间的流逝性；其基准是自然基准；时间和频率既密切相关又有区别；时间频率具有最高的测量精细度(分辨率)与准确度；其计量标准可通过电磁波发播；其测量精确度与测量时间有关。另外，从基准、守时、授时、时间频率设备的研制、生产和队伍建设等方面阐发了这些特点对时间频率系统建设的影响。