钟房时频服务自动化工作系统

钟房时频服务自动化工作系统已建立并投入运行。该系统具有守时、时间测量、数据处理和自动校正铷频标的能力。运行表明,该系统使XSR铷钟守时精度提高了一个数量级,其输出频率相对BPL时频标准台的频偏保持在2×10~(-12)以内。全文介绍了系统的构成及主要性能。     

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.     

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.     

一种微型化铷原子钟

报道了一种微型化铷原子钟,它采用一种新型陶瓷填充微波腔来减小物理部分体积,其铷光谱灯采用升压电路以实现快速点亮,整机电子线路采用低电压技术,在国内首次对这类铷钟实现12V直流供电,并且首次对这类铷钟加入与外秒同步的功能。该铷原子钟体积为190mL,开机3min后可实现锁定,锁定后频率稳定度为1．5×10^-11／√τ（τ：1～1000s）,稳态功耗为5．5W。     

一种铷原子频标射频倍频单元的实现

讨论了射频倍频单元对汽泡型铷原子频标频率稳定度的影响,介绍了一种我们新研制的用于小型汽泡型铷原子频标的数字锁相倍频电路。将该数字锁相倍频电路接入铷原子频标系统后,闭环测得该频标系统的稳定度为σy（r=1s）≤3×10^-11,达到商用小型铷原子频标性能指标,而该倍频电路板的面积仅为原倍频电路板面积的1／2,功耗仅为原倍频电路的1／3。     

一种铷原子钟双钟热备相位无扰切换系统的设计

为了满足时间统一系统中主钟与备份钟的时间、频率信号在切换时的连续性要求,提出并实现了一种铷原子钟双钟热备相位无扰切换系统的技术方案,阐述了双钟间频率与相位同步和信号无扰切换的方案原理,给出了系统组成与主要控制程序的框图及测试结果。采用本方案可使主钟与备份钟输出信号的时差小于±0．55ns,并实现了信号的无扰切换,满足了工程应用的要求。     

搬运钟同步中环境对钟的影响

本文通过对飞机搬运铷原子频标进行时间同步试验的总结,分析了环境变化对钟的影响,试图找出钟的环境改正系数,提高同步精度。     

通过GMS的钟速测量

通过日本静止气象卫星（GMS）的远距离钟同步实验正在上海天台（SO）和日本电波研究所（RRL）之间进行。本叙述了实验原理，给出了钟同步、特别是通过时刻差进行钟速（频率）测量的一些初步结果。结果表明，在一个月测量周期中，钟速（频率）的测量精度可达到10^-14。     

BPL工作钟信号T(PU)的监控方法研究

中国科学院国家授时中心(NTSC)BPL长波授时台升级改造项目要求实现BPL系统的工作钟信号T(PU)的自动监控.T(PU)的控制指标为T(PU)与NTSC时频基准实验室的主钟信号UTC(NTSC)之间的相位时间差的绝对值| UTC(NTSC)-T(PU)|小于50 ns;T(PU)的频偏绝对值优于5×10-13.为达到上述指标,并尽可能提高T(PU)的准确度,研究了在采用不同类型的原子钟作为工作钟频率源时所需采用的T(PU)的监控方法.结论是对日稳较好的频率源,用对工作钟频率源的频偏进行准实时预报得到的值和实测得到的相位时间差UTC(NTSC)-T(PU)来计算应该加到相位微调仪上的频率补偿值,从而进行工作钟的频率驾驭,可以大大提高工作钟信号T(PU)的准确度;而对不太稳定的频率源,频偏准实时预报准确度很差,采用几个月时间段内的平均频偏以及实时实测的相位时间差来进行频率驾驭,以便确保T(PU)的准确度.     

北斗三号试验卫星的钟差评估及预报

目前,在轨的5颗新一代北斗卫星(北斗三号)可同时向用户播发北斗二号信号与新的卫星信号,而且北斗三号搭载了高精度的铷钟或被动氢钟.因北斗三号的星钟作为卫星导航、定位和授时服务的主要载荷组成部分,为分析北斗三号卫星钟的时频性能,采用北斗数据处理与分析中心估计的卫星钟差产品评估北斗三号卫星钟的频率稳定度、漂移率和准确度.同时,考虑到北斗三号卫星钟精度较差且存在频繁的相位跳变以及数据中断等问题,筛选出了一种最优的钟差预报模型,即对频率数据进行建模并采用抗差估计的方法进行参数估计.实验结果显示北斗三号钟差预报精度相对传统预报模型提升1.6%–61.9%.     

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     

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.     

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。     

预报模型及建模序列长度对钟差短期预报精度影响研究

针对全球定位系统(Global Positioning System, GPS)星载原子钟在钟差预报时与不同模型的适应度不同的问题,采用二次多项式(Quadratic Polynomial, QP)模型、灰色(Grey Model, GM(1,1)模型和灰色+自回归(GM(1,1)+Autoregressive, GM(1,1)+AR)模型对不同类型原子钟的钟差进行预报,着重分析不同类型原子钟的预报精度、不同长度钟差序列建模预报效果以及钟差序列波动对预报结果的影响。实验结果表明:(1)钟差预报精度与建模序列长度有一定关系,二次多项式模型受影响最大,灰色+自回归模型受影响最小;(2)不同卫星原子钟在不同预报模型下最佳建模序列长度不同,铷钟受建模序列长度的影响小于铯钟;(3)二次多项式模型对铯钟预报效果较差,对铷钟预报效果可与灰色模型和灰色+自回归模型相当;(4)钟差序列波动时,建模预报精度降低,不同模型的预报结果受钟差波动幅度大小的影响不同。     

上海光机所小喷泉铷钟的设计和进展

对上海光机所正在研制的小喷泉铷钟及目前正在进行的工作作了介绍.该小喷泉铷钟吸收了原子喷泉的许多新技术,采用紧凑的结构设计,加入空心光束以提高探测原子数.预期该喷泉的准确度为10-14,短、长稳分别为10-13和10-15,信噪比为103.实验室完成了冷原子物理的准备工作,已经俘获冷原子团.     

双向不对等几何路径对卫星双向时间频率传递的影响

分析了在卫星双向时间频率传递中,由地面站间钟差和卫星运动引起的双向几何路径不对等导致的双向几何路径时延差对双向时间比对计算结果的影响。选取了3颗卫星（中卫1号、北斗3G、IGSO70）和3组地面站（北京-成都、北京-喀什、北京-三亚）组成的9条卫星双向时间频率传递链路作仿真计算。对于这9条链路,仿真结果显示：1）当两地面站间钟差在1μs～10 ms范围内时,通过GEO卫星比通过IGSO卫星的双向不对等几何路径时延之差对双向时间比对计算结果的影响（τ值）较小;2）假设地面站间钟差在1 ms内时,通过 GEO卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在皮秒量级,一般可忽略;通过 IGSO 卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在纳秒量级,一般不可忽略。     

时频系统中主备钟一致性保持方法的研究1

为保证主、备钟切换时时间信号的准确性和稳定性,开展了主、备钟一致性保持方法的研究。搭建了进行主、备钟一致性保持的实验系统,阐述了系统的原理,分析了不同钟差预测模型的效果,给出了计算备份钟频率补偿量的公式,测试了系统在不同控制周期下的同步水平。测试结果表明：采用本系统的主、备钟一致性保持方法,能够实现主、备钟间的最大时间偏差小于1 ns的指标,同时提高了备份钟的长期频率稳定度。     

附有周期项的预报模型及其在GPS卫星钟差预报中的应用研究

为了有效进行GPS卫星钟差预报和更好地反映卫星钟差特性,除了考虑卫星原子钟频移、频漂和频漂率等物理性质外,还应考虑到卫星钟差的周期性变化特点.在二次多项式模型基础上,增加了周期项因素,构造了新的预报模型.选取部分GPS卫星铯钟(Cs.clock)和铷钟(Rb.clock)钟差资料,根据钟差变化趋势分3种情况,按不同时间长度进行钟差预报分析,并与二次多项式模型的预报结果比较分析,大量数据分析表明:附有周期项的二次多项式模型预报精度优于二次多项式模型,铷钟预报精度略优于铯钟.     

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.     

被动型原子频率标准体系内优势组合的研究

提出了被动型原子频率标准体系内优势组合的建议.扼要地介绍了以汽泡型铷原子频率标准为背景的体系内优势组合的研究情况及其初步结果.