基于时间频率数据平台的数据分析研究

时间频率数据是国家重要的信息资源,时间频率数据平台设计依托国家授时中心运行产生的时频数据、国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures, BIPM)和国际地球自转服务机构(International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS)公布的时间频率相关数据等实现,该数据平台可以为守时技术研究提供丰富的数据资源支撑。首先介绍时间频率数据平台的建设情况,随后利用数据平台汇交的本地守时系统比对和远距离链路比对数据开展守时技术研究,包括原子钟状态评估,主要分析原子钟异常跳变情况,研究跳变数据处理方法,针对不同类型守时钟,分析对比波动情况、稳定度等原子钟性能指标,此外基于ARIMA模型开展钟差预报研究。以上研究结果可为守时系统连续可靠运行提供重要参考。     

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.     

电视时间同步

前言为了满足我国空间技术、遥测遥控、导航定向、大地测量、地震以及天文和物理等方面基本理论研究的需要,必须建立我国独立自主的原子时间频率基准。在这项工作中,除了必需装备应有的高精度、高稳定度的原子钟之外,还必须研究解决有效而可靠的传送时频信号的方法,才能建立起一个在全国范围内能高精度同步的原子时系统。我国当前主要是靠短波发送时频信号,但由于短波传播受电离层不稳定性的影响,短波定     

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。     

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.     

一种转发式卫星授时新方法

为了减少对GPS提供的高精度授时服务的依赖,建设拥有自主知识产权的且具有投入成本低、精度高的授时系统。提出了一种利用地面高稳定度原子钟作为时频基准,通过通信卫星转发实现卫星广播授时的新方法。详细研究了利用地面高稳定度原子钟和通信卫星组成的导航星座进行多星授时、单星授时的原理和测量方法,分析研究了影响授时精度的原因。由于转发式卫星授时系统的时频基准源稳定度高,其测距精度也会相应的提高。只要精确扣除时延误差,同样可以实现高精度授时。粗码的授时精度可达20ns以内,短精码的授时精度可达10ns左右。总之该系统具有组建灵活简便、应用面广等优势和特色。     

基于计算机仿真的被动型氢钟磁屏蔽系统磁场分析

磁屏蔽系统是被动型氢原子钟的重要组成部分,它的好坏直接影响到物理系统输出信号的具体数值,表现为氢钟抵御外界磁场干扰的能力。通过仿真较为直观地展示并分析了特定磁屏蔽系统在特定外界磁场环境中的工作情况,并且通过原理分析,仿真了在使用特定退磁工艺时磁场在磁屏蔽上的分布情况。根据仿真结果建立了模型,探索了适应于被动型氢原子钟的退磁方法,及相应的结构设计。该方法贴合被动型氢钟磁屏蔽材料的特性,使得退磁工艺的设计有针对性。     

一种基于小波变换的氢铯联合守时算法研究

氢铯联合守时方法主要是研究两类性能不同的原子钟的有效组合而产生稳定的时间尺度.基于此,研究了一种联合守时算法,取得了初步结果.算法首先通过铯原子钟建立参考时间尺度,用于估计氢原子钟的速率和频率漂移;其次,利用小波多尺度分解的方法降低氢原子钟钟差多种噪声的影响;最后,利用氢原子钟的可预测性能,建立由氢原子钟产生的时间尺度.此算法的优点在于产生的时间尺度充分利用了氢原子钟的短期稳定度、氢原子钟的可预测性能并考虑了测量钟差带来的多种噪声的影响,是一种优化的原子时尺度算法.     

探测器VLBI信号仿真方法

为研究VLBI对探测器的数据处理方法并评估其处理能力,现有做法需基于测站VLBI终端接收的探测器信号进行。采用信号仿真方法可以根据设计轨道与信标特点,利用计算机生成需要的探测器VLBI信号,相比试验观测具有独特的优势。观测试验时,测站终端接收探测器下行射频信号,通过混频变换为中频信号,再进行数字化采集数据。仿真信号时,为减少计算规模,直接构造数字中频信号,二次采样后提取通道信号,获得数字终端的VLBI仿真信号。由于探测器相对VLBI测站运动,测站接收的探测器下行信号反映目标的视向速度变化。根据探测器信号时延模型,研究了探测器点频信号和有限带宽信号多普勒效应的模拟方法。通过仿真信号与VLBI终端接收信号的对比以及对VLBI相关处理结果的分析,验证了探测器VLBI信号仿真方法的可行性,为后续仿真技术在月球与火星探测器中的VLBI测定轨应用奠定了技术基础。     

钟信号分配放大器的研制(摘要)

钟信号分配放大器的主要用途是把原子钟的10MHz、5MHz、1MHz和1pps信号以高质量的缓冲分别以多路形式不失真地馈送给用户,其目的是:第一,隔离负载对原子钟的影响:第二,在同一原子钟情况下,能向负载提供5路与钟一样的信号。它是高精密时     

用小波变换原理检测原子钟环境温度的变化

根据小波变换的奇异性检测原理，分析了环境温度变化对原子钟特性的影响；基于小波变换的信号重建原理，将温度变化引起原子钟相位－时间起伏进行时域－频域分析；用小波变换理论分析了由于昼夜温度变化引起原子钟周期性波动的原因，结合传统的谱分析方法，认证了原子钟相位－时间起伏的周期性，结果表明：在有环境温度调节的环境中，氢原子钟的相位－时间起伏标准差为４１ｎｓ左右；在一般环境中，铯原子钟的相位－时间起伏标准差为     

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。     

用小波变换原理检测原子钟环境温度的变化

根据小演变换的奇异性检测原理，分析了环境温度变化对原子钟特性的影响；基于小坡变换的信号重建原理，将温度变化引起原子钟相位－时间起伏进行时域一频域分析；用小演变换理论分析了由于昼夜温度变化引起原子钟周期性波动的原因，结合传统的谱分析方法，认证了原子钟相位－时间起伏的周期性。结果表明：在有环境温度调节的环境中，氢原子钟的相位－时间起伏标准差为41ns左右；在一般环境中，铯原子钟的相位－时间起伏标准基为21ns左右，改善环境条件可以提高原子钟的频率稳定度。     

NTSC守时氢钟性能分析

首先对NTSC(National Time Service Center)守时实验室的氢原子钟进行了测试,为了规避铯原子钟噪声较大的影响,没有采用TA(k)或UTC(k)作为参考,而是以4台氢原子钟互为参考进行测试,利用四角帽法对氢原子钟的频率稳定度进行分析,估计出单台氢原子钟在不同取样时间上的Allan标准差.然后根据氢原子钟的特性,扣除趋势项,剔除异常值,利用数学方法平滑,分离出了氢原子钟的高斯噪声,并且通过了Kolmogorov-Smirnov检验,估计出单台氢原子钟高斯噪声.     

时间和频率技术新进展

概述了最近几年时间和频率技术的最新进展，给出了各种实用的原子频率标准的最新发展以及它们的性能指标的最新结果，介绍了国际原子时的归算方法和所达到的新水平，并对各种原子钟在归算子中的应用概况和所起的作用进行了比较，强调了氢原子钟的特殊作用和地位，同时也综述了高精度的时间同步和时频计量新技术的进展，特别是对为提高ＧＰＳ这一国际时间同步辐射技术的应用水平进行的各种实验研究工作的最新进展作了进行描述，对目前     

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.     

原子时尺度分析研究

守时型原子钟主要包括氢原子钟和铯原子钟,为进一步探究不同类型守时原子钟计算时间尺度相关性能,本文开展全氢钟及氢铯联合时间尺度研究。首先依据国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures, BIPM)发布的d公报将氢原子钟进行分类,针对分类结果分别运用原子时尺度理论方法计算全氢钟时间尺度,并给出分析结果。随后计算全铯钟时间尺度,并分析探究两种不同的氢铯联合钟组时间尺度。结果表明,基于频率漂移量较小的氢钟组形成的时间尺度波动范围小,且稳定度优于频率漂移量较大的氢钟组形成的时间尺度。氢铯联合形成的时间尺度稳定度优于全铯钟时间尺度,不同的氢铯联合钟组计算得到的时间尺度结果相近。     

原子钟状态模型的自适应Kalman滤波算法(摘要)

原子钟的统计模型及其解算方法是建立原子时基准的重要内容之一。利用Kalman滤波技术模拟原子钟运行过程和预测过程的未来值,以及由此建立起来的原子钟噪声模型和整套解算方法正在逐步完善并不断地得到重视和应用。文章回顾了近10年来国内外在时频领域中应用Kalman滤波技术的概况;简要介绍了原子钟的状态模型及其Kalman滤波算法;在此基础上,详细介绍了自适应Kalman滤波算法的原理、方法以及计算结果。     

原子钟信号的神经网络模型

时间尺度的连续性要求对原子钟信号进行必要的预测,预测的实质是建立一个模型来逼近原子钟的信号,前向神经网络具有良好的副近非线性 函数的能力,用神经网络模型来预测原子钟信号,并与AD模型的预测结果作了比较。     

种工程型氢原子钟

上海天文台1970年开始研制氢原子钟,1972年获得成功。此后,改进设计又研制了多台,现正在上海、北京等几个实验室正常运转。图1表示上海天文台早期研制的实验室型氢标准。 与此同时,从1985年起,为装备中国VLBI网络,上海天文台又着手研制新一代氢原子钟,现已研制成功。如图2所示。这种新型标准是一种坚固的、可靠的和可搬运的工程型标准。在这里,我们将描述它的主要特征及其性能指标。 一、新型氢原子钟的特点 上海天文台的新型氢原子钟是一种极高稳定度的时、频标准,在1秒到10~5秒的取样时间它提供极高的频率稳定度。适合于VLBI和守时工作的这种新型标准是一个坚固的、容易运输的标准,对于用户