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。     

中国综合原子时与各国原子时结果的比较

根据2.25年内（从1985年10月到1987年12月）的原子时数据。本对综合原子时（JATC）和各国原子时的长期频率稳定度进行了比较，在取样时间为60天和100天时，TA（JATC）的频率稳定度分别为4.0×10^-14和4.4×10^-14，UTC（JATC）的频率稳定度分别为7.5×10^-14和8.0×10^-14。另外，本对综合原子时的频率准确度了估计，TA（JATC）和UTC（JATC）的结果分别为2×10^-13（3σ）和3×10^-13（3σ）。在这段时间内，实行UTC（JATC）与国际UTC同步在±2.5微秒内，这些结果表明，综合原子时的水平进入了先进行列中。     

上海天文台实验室型铯束频标研制的新进展

本介绍了上海天台实验室型铯束频标的改进工作，主要有：采用单根波构成的低Q的U型微波腔取代原来九段波导组合的腔结构；把能态选举器由电磁铁改为永久磁铁；新研制了铯炉准直器和检测器；改善了导轨的支撑结构；调整了C场结构；改善了束管的真空状况；改进了装调和测试方法；研制了脉冲测速装置。同时，章也给出了改进后铯束频标的初步测试结果，小时稳定度由6×10^－13提高到3×10^-13，准确度由2×10^-12提高到6.5×10^-13。其他指标也都相应有所改善。     

GPS国际时间比对结果的分析

根据国际计量局（BIPM）时间部和国内外一些实验室（USNO，CRL，TAO，CSAO，SO）的时间公报上公布的GPS时间比对数据，我们用三种方法（单站、飞越、共视）对GPS时间比对的时间测量精度和频度测量精度进行了比较分析，得到了如上一些结果。1、最近三年（1989－1991）的GPS时间比对精度的平均值（数据取样时间为1天，按月单星计算结果后再多星结果平均，然后每年12个月平均）从40－60ns提高到20－30ns。2、在实验室设备（接收机和钟）性能优良的条件下，1991年的GPS时间比对精度的结果是很好的：（1）单站法的结果为12.6－44.0ns，平均值为21.6ns；（2）飞越法的结果为14.4-33.8ns，平均值为18.5ns。（3）共视法的结果为7.7-25.4ns，平均值为13.5ns。3、取样时间为1天和10天的GPS时间比对的频率测量精度分别为1－3×10^－13和3－8×10^－14。在频率稳定度模型中，取样时间为1－4天时的贡献主要是调频白噪声，取样时间为5－10天时的贡献主要是调频闪变噪声。     

快扫描红外球载望远镜的首次飞行

本介绍了新近完成的红外球载望远镜于1987年在中日合作高空气球越洋飞行航线上所作的首次飞行，获得了该航线的一些工程参数，并测得红外测光系统的等效噪声功率，近红外为2×10^14W／√Hz，远红外为（1－2）×10^-13 W /√Hz。     

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。     

精密频率改正器的研制

在精密授时和无线电导航系统中,对时间和频率的实时同步,提出了愈来愈高的要求,有些要求已经超过了目前商品原子钟本身的时间和频率调整能力。为了解决这一工程上急需解决的问题,我们研制了一个精密频率改正器。利用这个仪器,日平均频率补偿精度大约为±1.10~(-14),相位调整精度可达±1ns。其主要指标如下: 输入频率:1MHz,2.5MHz,5MHz; 输出频率:1MHz,5MHz; 频率补偿范围:1×10~(-14)～1×10~(-9),可正可负; 相位调整范围:1ns～∞,可超前,可滞后。     

一种数字比相仪的设计

本文在分析目前流行的模拟比相仪优缺点的基础上,介绍了一种数字比相仪的设计方法、具体制作和初步测试结果。样机的相位分辨力为±0.1ns,准确度为±3ns,这表明在100秒取样时间上,仪器测量的准确度可达3×10~(-11)量级,它适于对准确度优于5×10~(-8)的频率标准作频率校准和长期稳定度的测量用。     

金星重力场中非带谐项对金星自转演化的可能影响

本根据金星空间探测器对金星重力场的最新探测结果，讨论了由于金星重力场的非对称性引起的对金星自转演化中的影响。计算结果表明，金星自转速率具有周期性变化为：·/ω=1.751×10^-18sin2[(ι ωt)=7°.33]根据金星内部构成的模型力学性质，计算了上式引起的金星的永久变形，从而导致其对自转轴惯性矩的变化。根据[1]的结论，金星形成初期为快速顺向自转的天体，取其平均初始自转周期T0＝15小时，则可求得其自转速率的长期减慢为：·/ωg=-6.2155×10^-22弧度／秒^2。如果金星形成后其重力场的变化不大，那么由图1结果可知·/ωg对金星初期的自转速率变化曾起过一定的作用。     

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.     

从CPT原子钟到光钟

简要介绍了新型CPT（Coherent population trapping，相干布局囚禁）原子频标及光频标的基本原理和研究进展。被动型CPT铷原子钟物理部分的目前体积可控制在100cm^3以内，功耗1W左右，其稳定度为4×10^-11τ^-1/2（τ为测量取样的时间间隔）。CPT原理的铯原子频标的物理部分体积减小到1cm^3，功率减小到30mW，稳定度为6×10^-10τ^-1/2，成为当今体积最小、功耗最低的原子钟。随着飞秒激光梳状发生器技术的发展，已将传统的谐波光频链的体积从几间实验室缩小到1．2×1．0m^2的光学平台上，它与光频测量技术的结合，使微波频标与光频标联系起来，建立了光钟，它的稳定性可以从现在的10^-16的水平提高到10^-18乃至10^-22水平，成为当前最精密的时间计量仪器。     

被动型氢原子频标

1976年,NBS 提出了采用射频检测的被动型氢原子频标的设计,经过几年的研制实践证明,这种有腔频伺服的被动型氢原子频标具有优良的长期频率稳定度性能,由于被动型氢原子频标无需满足振荡条件,腔的 Q 值可以选得较低,可以做成介质腔或其它结构形式的腔,缩小腔的体积,易实现氢原子频标的小型化。NBS 的小型化氢原子频标亦已制成,用陶瓷作腔介质,腔直经为14.6cm,高为13.7cm,腔的无载 Q 为600,激射器容积仅为20升。此小型化氢原子频标稳定度为5×10~(-15)/7天,漂移为1.2±5×10~(-18)/天,守时能力为5±3ns/7天。     

北斗星地双向时频传递与广广播钟差精度分析

与其他卫星导航系统不同,北斗卫星导航系统采用星地双向时间比对技术,直接测量卫星钟相对于地面保持的系统时间的钟差,并用于广播电文钟差参数的建模。讨论了电离层延迟误差、卫星相位中心误差等不同误差源对不同类型卫星双向时间同步卫星钟差精度的影响。实测数据分析结果表明,星地双向卫星钟差内符合精度(RMS)优于0.15 ns。利用双向卫星钟差序列,对广播星历钟差参数预报精度进行了分析,统计结果显示广播电文钟差参数预报1 h,精度在2 ns以内,移动卫星刚入境时,钟差参数预报6 h误差可达10 ns。     

灰色模型用于卫星钟差长期预报的性能研究

利用灰色模型对GPSRb钟和Cs钟进行了长期预报,并与常用的二阶多项式模型预报进行比较,结果表明:灰色模型对GPSCs钟进行长期210d(天)预报时精度高达ns量级,对GPSRb钟的预报精度在10ns量级,明显高于二阶多项式模型的预报精度,满足实际应用中的精度要求。     

光纤时间传递系统中时钟驯服模块的设计和实现

提出了一种基于光纤时间传递系统的时钟驯服模块设计方案。介绍了系统硬件的组成。在对信道特性和压控晶振进行理论和实验分析的基础上,设计实现了适用于光纤信道特性的卡尔曼滤波算法以及驯服流程控制程序。实验测试表明：该模块能结合恒温晶振短期稳定度好和光纤时间传递系统秒脉冲长期稳定度好的优点,时间传递的精度优于0．25ns（1σ）,输出的秒脉冲的长期稳定度优于10^-14。     

一种双向测距与时间同步系统的设计与分析

在研究双向单程伪距测量原理的基础上,设计了双向测距与时间同步（DRTS）终端系统总体构架,阐述了在系统中使用的技术,并搭建了基于DSP＋FPGA的双向测距与时间同步系统软硬件平台。实验结果表明,此系统的码速率为5MHz、中心频率为15MI-Iz时,测距和时间同步的分辨率可达0．15cm和5ps（@1S）,采用不同频率源时测距和时间同步的精度分别为1．038m和3．46ns,采用相同频率源时分别为0．28cm和9．43ps（参考频率稳定度1×10^-10／d量级）。与国外同类产品相比具有测量精度优势,但考虑通用性,此系统的硬件仍需进一步优化,软件上需要做到码速率可调。     

太平洋及中国沿海的海平面变化

本利用PSMSL（平均海平面服务局）提供的太平洋和中国沿海的海平面资料，分析了太平洋各纬度带以及中国沿海的海平面变化规律。主要结果有：在太平洋的中纬度区（20°S－40°S，20°N－40°N），北太平洋的平面上升速率比南太平洋的快，其中，东北太平洋（20°N－40°N，180°E－80°W）自1960年以来的海平面上升速率已达2.3mm/yr；在赤道区（10°S－10°N），西太平洋的上升速率接近2mm/yr，高于东太平洋的上升速率；在高纬度区（40°S－70°S，40°N－70°N） ，西北和西南太平洋的平面都呈现明显的上升趋势，其速率分别为1.5mm/yr和2.5mm/yr，这证实了南极洲冰盖的消融对平面变化的影响要比格陵兰岛的强烈；对中国沿海十二个验潮站海现磁资料的分析表明，自1960年以来，中国沿海海平面正以约2.0mm/yr的速率上升，上海附近的东海海域上升速率近达3.0mm/yr。     

1988—1992年国际地球自转服务（IERS）的快速服务与预报结果的精度估计

本将1988－1992年期间国际地球自转服务（IERS）的地球定向参数快速服务和预报值与IERS终值作了比较，得到快速值与终值偏离的平均值分别为－0.8mas(X)、-0.9mas(Y)和 0.11ms(UT)，均方差分别为±1.4mas(X、Y)和±0.32ma(UT)。分别按5、10、…、90天的预报长度得到预报值与终值偏离的均值和均方差。在各种预报长度下均值的变化范围不大，只有约1mas(X)、3mas(Y)和3ms(UT)量级，而当预报为30天时均方差分别为±11.2mas(X)、±8.6mas(Y)和±6.0ms(UT)，当预报长度为90天时均方差达到±20.8mas(X)、±19.2mas(Y)和±14.7ms(UT)。     

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.     

多路皮秒时差自动测量系统的研制(摘要)

介绍一个研制成功了的多路皮秒时差自动测量系统。该系统基于双混频时差(DMTD)测量原理,是一个适用于多个频标相位和长短期频率比对的高精度测量系统,比对信号采用5MHz,与一个分辨力为1ns的计数器相配,时差测量的理论分辨力为0.2ps,相位测量的本底噪声为±0.3ps(rms),频率测量的本底噪声σ_y(τ)为4×10~(-13)/τ(τ≤100s)。