被动型氢钟流量变化对长期频率稳定度的影响分析

为提高系统的长期频率稳定度(它是被动型氢钟的一个重要指标),设计了一种实验,用以分析在不同微波腔谐振频率下,氢气流量变化对输出频率的影响。通过实验发现微波腔的控制电压存在一个调谐点,在调谐点附近,流量变化对输出频率的影响变小。但是对于单频系统,如何将微波腔锁定在调谐点附近以及如何减小流量的影响和提高系统的长期频率稳定度还需要进一步探索。     

被动型氢钟波谱信号观测装置的设计

简单介绍了被动型氢钟的量子系统,阐述了波谱信号观测装置的设计。该装置采用标准10MHz晶振产生被动型氢钟的微波激射信号(1.420406GHz),然后将该信号输入氢钟的脉泽振荡器中。脉泽振荡器输出的信号经过低噪声放大、两次混频及滤波后所得的谱线包含了量子系统的信息,通过分析最终的谱线即可得知量子系统的优劣。该装置已用于对两台被动型氢钟的测试,并根据测试结果对量子系统进行了改进。     

氢钟守时应用

通过对氢钟时差测量数据的二次差分,获得频率漂移的准确量值后对氢钟时差测量数据进行修正,经过频率漂移修正后的氢钟数据在保持其良好短稳特性的基础上长稳性能得到了较大提升,达到或超过性能中上的高性能管的商品铯钟5071A的常稳指标,这种处理方法能提高守时氢钟对时间实验室所保持的时间尺度的贡献。     

基于DSP与FPGA的被动型氢钟数字伺服系统的研究

基于DSP和FPGA的特点,设计了被动型氢钟数字化伺服系统,实现了对误差信号的处理。采用先进的DSP和FPGA芯片,提出了新的解决方案,整个系统由FPGA控制DSP工作并实现最后的信号输出,文中对其硬件结构和软件流程进行了阐述。     

数字调频和数字伺服在被动型氢原子钟上的应用

简单介绍了被动型氢原子钟的组成及原理,阐述了基于数字调频和数字伺服的电子电路在被动型氢原子钟上的应用(目的是改善钟性能),并给出了设计的最终测试结果及其分析,数据表明该系统的稳定度比原有系统有很大提高。为了进一步改善钟性能,又对伺服系统提出了以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)为主体的新的方案。     

氢钟钟罩及真空机组的改进设计

本文介绍了氢钟钛合金钟罩的设计制作以及机械泵─分子泵前级真空机组的改进设计．由于钛是一种崭新的工程金属，用钛合金制作的真空钟罩由于采用了较正确的工艺手段，具有强度高、重量轻、在真空中放气率低、无磁、外表美观和经济实惠等优点．而前级真空机组，由于采用了不锈钢波纹管及卡箍结构，无粗大的真空橡皮管，也改善了氢钟的真空条件．钛合金钟罩及改进型前级真空机组的应用对氢钟钛离子泵的启动及系统真空度的提高起了一定的作用．     

氢钟中使用热敏电阻控温的几个问题

对自1991年以来，在上海天文台氢原子钟上使用的热敏电阻控温系统的几个相关问题进行了讨论与分析。该系统的控温精度可达±5％，粗测温度复制性优于±3‰。     

光钟与氢钟联合的时间尺度算法研究

光钟的频率稳定度和不确定度达到了10^-18量级, 使其有望成为下一代的时间频率标准, 并可能用来重新定义国际单位“秒”. 时间尺度作为准确、连续标记时间流逝过程的基准, 是高精度时间产生的基础. 时间尺度的产生需要依赖连续稳定运行的原子钟, 而光钟作为实验室原型设备, 一般不能连续运行, 因此光钟参与时间尺度计算是个难点问题. 提出将Vondrak-Cepek组合滤波算法应用在光钟与氢钟联合计算的时间尺度, 以解决间歇运行的光钟参与时间尺度计算的难点问题. 首先利用氢钟的时差数据, 采用ALGOS算法计算获得连续稳定的氢钟时间尺度. 其次利用Vondrak-Cepek组合滤波算法将氢钟时间尺度与光钟的数据综合, 获得光钟参与计算的联合时间尺度. 最终试验结果证明, Vondrak-Cepek组合滤波算法有效提升光钟与氢钟联合时间尺度的性能,该时间尺度与协调世界时(Coordinated Universal Time, UTC)的时间偏差达到亚纳秒量级.     

星载氢钟VLBI观测实验及分析

中国计划于2025年左右建立月球轨道VLBI (Very Long Baseline Interferometer)测站,将会搭载被动型星载氢钟作为时间频率标准.由于是首次在VLBI观测中使用星载氢钟,需要研究和验证其可行性.因此,利用星载氢钟作为频率基准开展了VLBI观测.实验时,分别使用主动型地面氢钟和被动型星载氢钟作为频率基准,利用上海天文台佘山25 m射电望远镜和其他测站对我国火星探测器天问一号进行了交替VLBI观测.数据处理分析结果表明,基于地面氢钟与星载氢钟的VLBI残余群时延标准差均在0.5 ns以内,表明星载氢钟可满足深空探测VLBI测定轨的精度要求,验证了其作为月球VLBI测站频率基准的可行性.     

被动型氢原子钟原子跃迁谱线特性分析

被动型氢原子钟原子跃迁谱线特性直接决定了整机的性能指标。本文理论分析了影响原子跃迁谱线特性的各项因素,并对3个主要影响因素进行了实验研究。     

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     

脉冲微波式氢原子钟初期电路设计

上海天文台时间频率研究室以原有被动型氢钟物理部分为基础,开展了脉冲微波式氢原子钟的研究。设计电路产生2个相干微波脉冲,连续激励氢原子跃迁,模拟双腔共振,使氢原子发生Ramsey干涉,压缩氢原子跃迁谱线宽度,以期提高氢原子钟短期稳定度指标。具体做法为:用DDS产生扫频电路,混频生成1.420 405 GHz激励信号后,再用CPLD产生脉冲时序控制数字衰减器,将激励信号衰减为脉冲形式,激励氢原子发生Ramsey干涉,导出微波信号并进行相关处理就可以产生Ramsey条纹。已观测到Ramsey干涉条纹,其中心峰宽度为1.2 Hz,相比传统被动型氢原子钟压缩了60%。     

氢原子钟辅助电子学系统电路设计改进

氢原子钟辅助电子学系统已稳定工作多年,但是与目前的先进技术相比,原来的设计理念已显陈旧,同时暴露出外围电路庞杂、故障点比较多、问题查找困难等诸多问题;运用ARM+FPGA模式对电路进行了改进,其中运用12 bit高精度模数转换芯片实现参数采样,数字化设计改进氢原子钟智能温度控制系统,采用直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)技术设计产生综合器频率信号,简化设计实现氢原子钟的通信功能;从测试结果来看,提高了参数的采样精度,数字化的智能温控模式实现了温度的自动化智能调整,直接式频率合成器技术简化了设计电路,基于i Coupler磁隔离技术的隔离型RS-232接口收发器设计提高了接口的稳定性;从整体设计来看,大大简化了设计电路,提高了系统性能及可靠性。     

The Experiment and Analysis on VLBI Observations of Space Passive Hydrogen Maser

China plans to establish a lunar orbital VLBI (Very Long Baseline Interferometer) station around 2025, which will carry a space passive hydrogen maser as the time and frequency reference. Since it is the first time to use a space passive hydrogen maser for VLBI observation, its feasibility needs to be studied and verified. Therefore, we carried out VLBI observations using the space passive hydrogen maser as the frequency reference. In the experiment, the active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser were used as the frequency standard, and the alternate VLBI observations of China’s Mars probe TW1 (Tianwen 1) were carried out using the 25 m radio telescope at Sheshan, Shanghai, and other VLBI stations. The results of data processing and analysis show that the standard deviation of VLBI residual group delay based on both active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser are within 0.5 ns, which indicates that the space passive hydrogen maser can meet the accuracy requirements of VLBI measurement for deep space exploration, and verify its feasibility as the frequency standard of lunar orbital VLBI stations.     

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。     

新型氢脉泽磁屏蔽的设计

为使磁场在氢脉泽储存泡处的影响降到最小,对一种新型氢脉泽进行了磁屏蔽设计。给出了该新型氢脉泽磁屏蔽的相关理论计算、设计,包括对屏蔽体缝孔的设计考虑,通过仿真和实验验证了该磁屏蔽设计的可行性。