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.     

主钟的频率驾驭算法研究

各时间实验室产生的标准时间UTC(k)是UTC(协调世界时)在各时间实验室的物理实现.为了更好地驾驭主钟系统,使得主钟系统输出时间与标准时间UTC的偏差尽可能地小,且主钟系统输出的信号满足好的短、长期稳定度,因此提出了一种新的驾驭算法,并编制了相应的软件,自动定时计算给出相位微调仪的调整量,从而使频率驾驭后的主钟系统输出时间与标准时间UTC的偏差控制在较小的相位偏差范围内,并尽量不影响其稳定度.测试结果表明了新的主钟频率驾驭算法可以实现相位偏差保持在±15 ns之内,并且在保证不降低UTC(k)长期稳定度的前提下,可以提高它的短期稳定度.     

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。     

基于机器学习方法的氢原子钟故障诊断研究

氢原子钟作为一种精密的授时守时仪器,在科学研究与工程应用中发挥着重要作用,目前,我国原子钟还存在设备故障、可靠性差等问题。为了简化技术人员排查流程,提升维修效率,提出了一种采用机器学习算法,将氢钟历史运行数据作为训练样本,结合DBSCAN及人工神经网络算法得到氢钟诊断模型,从而大幅简化故障排查过程的方法。实验中将训练好的模型部署到嵌入式设备上,并把实时预判结果给技术人员作为参考,证实了这种方法的可行性及有效性。     

氢原子钟的数字温控设计

为了实现氢原子钟的数字温度控制,基于温度检测和控制的基本原理设计一套有两级控温(包括氢钟内炉和外炉)的恒温控制系统,温度控制系统主要由电桥电路、模数转换电路、温度计算和比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative, PID)控制系统,脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)输出电路、加热丝组成。在环境温度21℃到25℃时,实现了数字温控系统0.002℃的温度稳定度,证明了数字电路对氢钟控温的可行性。     

工程型车载式氢原子钟的改进

描述了一种工程用车载式氢原子钟的改进及性能测试。给出了它的主要设计特点和性能指标。     

上海天文台氢原子钟的研制进展

氢原子钟的早期发展 上海天文台1970年开始氢原子钟的研制,1972年研制成功。一共研制了6台这种实验室型的氢原子钟。这些标准主要用于VLBI国际联测和频率测最的参考标准。它们的设计特征和性能指标在文章[1-3]中已经描述过了。图1是两台这种标准的照片。     

原子钟频率稳定度评估方法综述

原子钟通过稳定的频标来测量时间,但频标输出信号会受到不同来源噪声的影响,因此原子钟间相位偏差可以看作服从幂律∑h_αf^α的连续随机过程。该随机过程并非平稳的,一般是通过高阶的差分使得序列平稳化,常用的时域频率稳定度评估方法便是采用此种思路。幂律噪声实际是对白噪声过程进行微分和积分得来,不同幂律的噪声对应不同的随机微分方程,实际上幂律噪声的仿真也是通过白噪声基于此实现的。首先介绍了不同幂律噪声的鉴定方法,并结合文献给出常见幂律噪声对应的微分方程;然后介绍了不同频率稳定度评估方法之间的关系和其相应的传递函数,并简单总结了其置信区间的计算方法。该文的工作有助于构建原子钟随机模型和频率稳定度评估方法。     

上海天文台氢原子钟的使用、研究和改进

本文简述了上海天文台氢原子钟的研制及使用情况,通过对两台长期运转的观察和研究,着重分析了影响氧原子稳定度的各种因素。在分析的基础上,我们对自制氢钟不断采取了一些改进措施,并获得了预期的效果。使自制氢钟的性能在使用中不断提高.最后,绘出了历年来氢钟的测量结果.     

上海天文台氢原子钟的新电离源

本简要介绍了上海天台氢原子钟新电离源的基本原理及初步工作结果。     

上海天文台工程型氢原子钟的车载实验

本文介绍上海天文台工程型氢原子钟适应野外工作，便于搬运的某些特殊结构．同时给出车载实验的经过和结果。     

高精度原子钟频率稳定度测试系统的软件设计

结合高精度原子钟频率稳定度测试系统的工作原理，介绍了测试系统的软件设计。基于软件的需求分析，运用对象模型方法，重点分析了系统的框架结构、自动测试流程和数据处理及其算法。实验结果证明，该软件可以实现测试过程的稳定和自动化。     

上海中新型氢原子钟的性能评定

一种实用型氢原子钟已在上海天文台研制成功并投入使用，这篇文章描述它的设计特点，频率稳定度测试以及它的环境性能测试。测试和实用结果表明，在频率稳定度性能以及对磁场、温度和气压灵敏度等环境性能方面较之上海天文台早期实验室型氢原子钟均有根本性的改善。频率稳定度在1秒到10秒之间呈现τ^-1特征，σy（τ）＝2.2×10^-13/τ；10秒到500秒之间呈现τ^-1/2特征，σy(τ)＝5.5×10^-14/τ^1/2；而取样时间1000秒左右的最好稳定度在3－5×10^-15。测量的温度灵敏度为1－3×10^-14/℃；磁场灵敏度为1.1×10^-12／G，气压灵敏度为4×10^-16/mmHg。     

小型主动型氢原子钟的核心——蓝宝石谐振腔的仿真研究

该文对小型主动型氢原子钟的核心——蓝宝石谐振腔进行了研究,利用采用有限元数值分析方法的软件HFSS V10(High Frequency Simulation Software)对日本NICT(National Institute of Informa-tionand Communication Technology)和上海天文台研制的两种不同的蓝宝石谐振腔进行仿真分析。对HFSS软件中TE011振动模式的识别进行了讨论,并得出了识别TE011模的简便方法。对上述两种腔的腔频随外金属腔及填充蓝宝石几何尺寸和温度的变化进行了计算。比较了两种腔的有载Q值,对判断蓝宝石谐振腔是否符合脉泽自激振荡条件的腔的填充因子η′和S参数进行了分析计算。     

流动VLBI站氢原子钟的研制与性能测试

氢脉泽是射电天文所必需的频率标准.文中对为流动vLBI站研制的新一代氢脉泽的物理结构特点进行了讨论，包括对腔泡结构、磁屏蔽、原子束光学系统等.同时性能测试表明在80秒到1天之间频率稳定度优于1×10     

高精度GPS时间传递测定和校准原子钟频率偏差

描述了高精度GPS时间传递进行原子钟频率偏差测定和校准的方法,并介绍了上海天台氢原子钟频率偏差的测试结果,同时比较了两种不同定时接收机（精密的和轻便的）确定原子钟频率偏差的长期测频能力。采用合适的数据处理方法,可以减少SA效应的影响,提高长期测频精度2－4倍,精密GPS定时接收机在1－30天内的校频水平为1.5×10^-13－1.0×10^-14 ,轻便GPS定时接收机在1－10天内的校频水平为2×10^－12－2×10^－13。     

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     

上海天文台对航天部二院203研究所氢原子钟的改进

本文描述上海天文台对航天部二院２０３研究所氢原子钟的改进和测量结果．