1998～2001年国家授时中心(NTSC)铯原子钟运转情况

主要介绍了用于保持中国科学院国家授时中心 (原陕西天文台 )时间尺度的 6台铯原子钟 (代号分别为 :Cs0 7、Cs0 8、Cs1 1、Cs1 6、Cs1 7、Cs1 8)的运行情况。 6台铯原子钟自 1 997年下半年正式给BIPM (国际权度局 )提供数据 ,参加国际原子时(TAI)计算至今已达 5年之久 ,在此期间 ,除Cs1 8因铯束管故障在 1 999年返回美国检修外 ,其它 5台钟运行情况良好。详细介绍、分析每台钟在 1 998～ 2 0 0 1年期间的整体特性、不同采样间隔下的稳定度比较、速率漂移以及它们在TAI系统中的取权情况。通过分析比较 ,使我们对每台钟的运行情况作出恰如其分的评价 ,以便更好地利用国家授时中心的钟资源 ,做好守时和授时工作。     

HIROSS空调在守时钟房运行中存在的问题及改进

钟房环境参数的控制对多铯原子钟的工作状态起着至关重要的作用。对陕西天台钟房改造后加装的两台HIROSS空调的运行情况作一介绍，并分析了HIROSS空调控制的Cs08房间温度变化大的原因，经过对地下室风道的改造，达到了预期的效果。     

BPL时频信号预测控制方法的改进(摘要)

陕西天文台的授时时频基准系统对BPL长波授时台时频信号的发播控制,过去采用逐月预测控制的方式。在工作钟长期稳定性很好的情况下,一般的线性预测方法即可满足长波授时的精度要求。但是大部份铯原子钟工作数年尤其是更换铯束管后,长期稳定度很难达到较好水平。对于品质较差的钟,如果又缺少稳定的环境条件控制,那就很难用一种固定的数学模型表征和预测。新方法有以下特点: a.不直接对稳定度较差的BPL发播工作钟进行预测,而是在前一个月原子时归算的     

一种实用的守时商品铯钟

为解决我国自己研制的商品铯钟寿命短、至今不能投入实际使用的问题,本文提出用场效应管高阻放大器代替铯束管中使用的电子倍增器、用动态型六极束管代替密封型二极束管的解决办法。采用此方案后,预期可得到主要技术指标与现行商品铯钟相近、但其具有较长寿命、尤其适用于守时的商品铯钟。     

铯原子频标中铯束管的噪声分析

本文分析了铯原子频标中铯束管噪声产生的原因.探索了它的物理机制。对铯束噪声的测量表明,在无其它因素影响的情况下,铯束噪声值与理论计算的散弹噪声值符合得较好.提出了降低非散弹噪声的措施和要求。改进后的铯束管的噪声值约是未改进的铯束管噪声值的1/3,给出了它们的噪声谱的比较.     

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.     

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.     

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。     

工业铯种速率随离子泵参数变化的相关分析

本对原子时守时中发现的个别工业铯钟速率随离子泵参数变化的相关我进行了分析，结果：从束管寿命后期开始，这种相关特性是很明显的，线性相关分析误差（rms）为4－7ns/d(5-8×10^-14)，相半系数的最大值达0.96。利用这种特性，可以进行速率预报，预报误差均方根值约为5ns/d(6×10^-14）。     

新的六极型铯束管

本文简略介绍了一种新的六极型铯束管的结构和性能。新就新在它不用电子倍增器,而是采用高阻放大器(计置院研制),这就在我国首次成功地解决了铯束管长寿命工作中的一个关键问题.束光学用“点源”“点靶”轴对称地配置获得了如下的电参数:Ramseg 谐振信号:9×10~(-12)ARamseg 谐振线宽:190Hz信噪比(平均时间1秒):583铯炉工作温度(℃):95与中国计量科学院研制的线路配合,获得了如下的整机参数:频率稳定度:δg(τ=1h)=1.9×10~(11)/τ~(1/2)[δy(τ=1h)=3.3×10~(-13)]频率准确度:±7×10~(-12)(数据尚不充分)今后再做适当的改进.不难将稳定度提高到1～2×10~(-13)/h,它完全有希望成为我们国产的能长期(1年以上)连续运行的高性能的铯束频标。在国际上,六极型的铯束装置在联邦德国物理技术研究院(PTB)得到了极其成功的应用,该实验室已完成了准确度高达1～2×10~(-14)作用区短到0.8米的铯束频率基准,苏联和日本也研制成功了类似的装置。     

Research on the Method of Noise Error Estimation of Atomic Clockstwo

The simulation methods of different kinds of noises of atomic clocks are given. The frequency flicker noise of atomic clocks is studied by using the Markov process theory. The method for estimating the maximum interval error of the frequency white noise is studied by using the Wiener process theory. Based on the operation of 9 cesium atomic clocks in the laboratory of time and frequency primary standards of NTSC (National Time Service Center), the noise factors of power-law spectrum models are estimated, and the simulations are carried out according to the corresponding noise models. Finally, the maximum interval error estimates of the frequency white noises generated by the 9 cesium atomic clocks are acquired.     

第三代卫星导航定位系统星载原子钟的新发展

传统铷原子钟和铯原子钟已在卫星导航定位系统中作为星载原子钟获得重要应用.卫星导航定位系统的更新和新发展要求更高精度更小型的新型星载原子钟.该文介绍采用新物理原理和先进技术在下-代卫星导航定位系统有应用前景的新原子钟的产生和发展以及它们目前的进展.     

Einstein Gravity Explorer–a medium-class fundamental physics mission

The Einstein Gravity Explorer mission (EGE) is devoted to a precise measurement of the properties of space-time using atomic clocks. It tests one of the most fundamental predictions of Einstein’s Theory of General Relativity, the gravitational redshift, and thereby searches for hints of quantum effects in gravity, exploring one of the most important and challenging frontiers in fundamental physics. The primary mission goal is the measurement of the gravitational redshift with an accuracy up to a factor 10⁴ higher than the best current result. The mission is based on a satellite carrying cold atom-based clocks. The payload includes a cesium microwave clock (PHARAO), an optical clock, a femtosecond frequency comb, as well as precise microwave time transfer systems between space and ground. The tick rates of the clocks are continuously compared with each other, and nearly continuously with clocks on earth, during the course of the 3-year mission. The highly elliptic orbit of the satellite is optimized for the scientific goals, providing a large variation in the gravitational potential between perigee and apogee. Besides the fundamental physics results, as secondary goals EGE will establish a global reference frame for the Earth’s gravitational potential and will allow a new approach to mapping Earth’s gravity field with very high spatial resolution. The mission was proposed as a class-M mission to ESA’s Cosmic Vision Program 2015–2025.

新型原子钟发展现状

结合我国全球卫星导航定位系统的建设和发展需求,介绍了不同类型的新型原子钟研究现状与发展趋势,并简要给出了发展我国原子钟研究的讨论性意见。     

日本通信综合研究所的时频研究

1996年以来 ,日本通信综合研究所 (简称CRL)在时频方面的研究取得了显著的成绩。其中主要包括 :光抽运铯频标的研制 ;亚太地区卫星双向时间比对网的构造 ;长波授时台的建立。此外还阐述了该所的其他一些时频研究活动     

铯原子喷泉钟低噪声频率综合器的研制

铯原子喷泉钟是现今的时间频率的基准,其中的频率综合器性能直接影响喷泉钟的稳定度性能.介绍了铯原子喷泉钟的低噪声频率综合器的设计和实现.对该频率综合器的测试表明,输出的9.2 GHz频率信号的相位噪声为-82 dB[Rad2/Hz]@offset1 Hz,满足设计要求.     

北斗系统测站钟差短期预报模型比较及其在单星定轨中的应用

北斗卫星导航系统(BDS)地面跟踪站都配置有高精度的氢原子钟,并基于精密定轨数据处理与主站的时间基准进行同步.在卫星轨道机动以及机动恢复期间,通常采用几何法定轨以及单星定轨确定卫星的轨道.而在这两种定轨模式中,需要提供精确的测站钟差作为输入.为提高定轨的实时性,需要对测站钟差进行预报处理.分析了2次多项式模型、附加周期项模型、灰色模型3种模型对北斗地面跟踪站钟差短期拟合和预报的性能,并将钟差预报结果应用于单星定轨,同时还分析了不同预报钟差用于定轨的精度.试验发现,以上3种模型对6个测站钟差的平均拟合精度分别为0.14 ns、0.05 ns、0.27 ns,预报1 h的平均精度分别为1.17 ns、0.88 ns、1.28 ns,预报2 h的平均精度分别为2.72 ns、2.09 ns、2.53 ns.采用3种模型对测站钟差进行预报并用于单星定轨,采用附加周期项的钟差预报模型轨道3维误差最小,不同模型轨道径向精度差异在3 cm以内.以上结果表明,附加周期项的站钟拟合及预报模型在北斗系统机动期间的轨道恢复数据处理具有最好的效果.