原子钟频率稳定度评估方法综述

原子钟通过稳定的频标来测量时间,但频标输出信号会受到不同来源噪声的影响,因此原子钟间相位偏差可以看作服从幂律∑h_αf^α的连续随机过程。该随机过程并非平稳的,一般是通过高阶的差分使得序列平稳化,常用的时域频率稳定度评估方法便是采用此种思路。幂律噪声实际是对白噪声过程进行微分和积分得来,不同幂律的噪声对应不同的随机微分方程,实际上幂律噪声的仿真也是通过白噪声基于此实现的。首先介绍了不同幂律噪声的鉴定方法,并结合文献给出常见幂律噪声对应的微分方程;然后介绍了不同频率稳定度评估方法之间的关系和其相应的传递函数,并简单总结了其置信区间的计算方法。该文的工作有助于构建原子钟随机模型和频率稳定度评估方法。     

氢频标10ms级的频率稳定度的改善

本介绍在某工程上应用的上海天台工程型氢频标10ms级频率稳定度的改善措施和采样时间为10ms时，对氢频标频率稳定度测量的结果。     

光纤时间传输及相位补偿

介绍了国外几种利用光纤进行时间频率传递的方法和经验.对无补偿光纤时间频率传递方法、双向时间频率传递方法、光学机械温度补偿方法及电子共轭相位补偿方法作了较详细的描述.光纤时延主要随温度而变化,在200 km以内,时延的日变化为几纳秒,月变化为十几纳秒.在50 km内利用光纤传输100 MHz频率信号时,在不补偿情况下频率稳定度为: 3×10-14/s,1×10-15/d;光学补偿后的频率稳定度可达到1.5×10-14/s,1×10-17/d.电子共轭相位补偿后,温度变化20℃引起的相位变化降低了45倍.光纤传输对短期频率稳定度影响较小,对日及更长期的频率稳定度影响较大.     

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)。     

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.     

地面稳相频标传输系统设计和测试

设计了一款1.5 GHz的稳相频标传输装置,具有实时和事后补偿能力,并且兼容了同轴电缆和光纤两种传输介质.对装置的稳相原理和性能进行了分析和评估,然后对同轴电缆稳相系统的性能进行了测试.结果表明,基于目前的测试环境,与未稳相时相比,实时补偿模式可以改善相位变化112倍以上,积分时间长于7 s时,频率稳定度明显提升,长于60s的频率稳定度有1个数量级的改善;事后补偿模式可以改善40倍相位波动,积分时间长于2.5 s频率稳定度明显提升,长于40 s的频率稳定度有1个数量级的改善.对于更长时间积分的频率稳定度,实时和事后补偿模式均可以改善1.5个数量级以上,装置能有效抑制因传输介质的温度系数等因素导致的缓慢伸缩效应.     

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。     

基于光纤麦克尔逊干涉仪的激光稳频研究1

光纤不等臂干涉仪是光纤稳频式激光器的重要部分,它使激光频率的波动反映为干涉仪输出的相位扰动,从而利用干涉仪作为参考可以对激光的频率噪声进行抑制。通过对实验中采用的麦克尔逊光纤干涉仪进行研究,经过理论推导和实验测量,结果表明：采用光纤不等臂干涉仪的方法对激光进行稳频,可以使激光低频处的频率噪声得到较大的抑制,并且激光稳频过程中反馈环路的控制带宽主要受限于光纤不等臂干涉仪的时间延迟之差。     

频率稳定度实时评估系统的设计与实现

为了实时计算原子钟的频率稳定度,设计了一种频率稳定度实时评估系统.利用现有理论基础(稳定度测量原理及其算法等)以及软件技术开发了一种实时计算并以图形显示原子钟稳定度的测量分析软件.该软件使用VC++的多媒体定时器实现数据的实时不间断采集及计算,同时采用双缓存绘图技术显示计算结果.测试结果表明该软件工作稳定,计算结果可靠、可信.     

毫秒(ms)脉冲星计时观

简介了国际上脉冲星计时研究的成果。主要评述中国在脉冲星计时研究方面的进展和观点:某些ms脉冲星可以用作天然的高精度的频率标准源。ms脉冲星时(PTens)的长期稳定度随观测时间的加长而提高,同时,它具有寿命长,稳定、可靠、不需要维修等优点。尽早适时地建立专门用于测量ms脉冲星时(PTens)的脉冲星钟系统网络是有益的。我国正在建设用于脉冲星脉冲到达时间(TOA)测量的50m射电望远镜,和正在研究(FAST)500m射电望远镜。论述了脉冲星时间尺度的建立是可行的,脉冲星时和原子时可以"交叉比对,相互检验,并肩发展"。研究表明综合脉冲星时的长期稳定度明显优于原子时。阐述了把小波分析方法应用于时间尺度,研究结果比较传统方法有明显的优势。对国际间的合作提出建议。并展望了中国的脉冲星计时规划。     

NTSC的双混频时差测量系统试运转结果分析

中国科学院国家授时中心(NTSC)新进口的由德国Timetech公司制造的双混频时差测量系统(dual mixer time difference system,DMTD)已经通过了试运行。介绍了DMTD的工作原理和设备结构。NTSC时频基准实验室的主钟(MC)信号作为DMTD的频率参考信号,5个氢钟和18个铯钟的频率信号作为被测信号与MC信号进行相位比对。用频率分配放大器输出的多路MC信号也作为被测信号用以监测DMTD本身的精度和稳定度。给出了DMTD和时间间隔计数器TIC实际测量结果的比较及误差分析。测量结果表明DMTD特别适用于频率短期稳定度非常高的氢原子钟这样的频标之间的频率和时间比对。该设备将用于NTSC的守时工作,不久的将来也将用于铯喷泉与氢钟的频率比对。     

毫秒（ms）脉冲星计时观

简介了国际上脉冲星计时研究的成果。主要评述中国在脉冲星计时研究方面的进展和观点：某些ms脉冲星可以用作天然的高精度的频率标准源。ms脉冲星时(PTens)的长期稳定度随观测时间的加长而提高，同时，它具有寿命长，稳定、可靠、不需要维修等优点。尽早适时地建立专门用于测量ms脉冲星时(PFens)的脉冲星钟系统网络是有益的。我国正在建设用于脉冲星脉冲到达时间(TOA)测量的50m射电望远镜，和正在研究(FAST)500m射电望远镜。论述了脉冲星时间尺度的建立是可行的，脉冲星时和原子时可以“交叉比对，相互检验，并肩发展”。研究表明综合脉冲星时的长期稳定度明显优于原子时。阐述了把小波分析方法应用于时间尺度，研究结果比较传统方法有明显的优势。对国际间的合作提出建议。并展望了中国的脉冲星计时规划。     

主钟的频率驾驭算法研究

各时间实验室产生的标准时间UTC(k)是UTC(协调世界时)在各时间实验室的物理实现.为了更好地驾驭主钟系统,使得主钟系统输出时间与标准时间UTC的偏差尽可能地小,且主钟系统输出的信号满足好的短、长期稳定度,因此提出了一种新的驾驭算法,并编制了相应的软件,自动定时计算给出相位微调仪的调整量,从而使频率驾驭后的主钟系统输出时间与标准时间UTC的偏差控制在较小的相位偏差范围内,并尽量不影响其稳定度.测试结果表明了新的主钟频率驾驭算法可以实现相位偏差保持在±15 ns之内,并且在保证不降低UTC(k)长期稳定度的前提下,可以提高它的短期稳定度.     

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.     

宽范围数字化精密频率测量系统的研制

由于奈奎斯特采样定律的限制,传统的数字化精密频率测量设备难以对频率较高的信号进行高精度的精密频率测量.作者研制了一种宽范围数字化精密频率测量系统,能够通过基于频谱分析的粗测过程和基于欠采样的精测过程,克服奈奎斯特定律的限制.实验表明,该宽范围数字化精密频率测量系统对于10 MHz信号的测量(相对)频率偏差为1.13×10-11,测量稳定度达到1×10-12量级.     

原子时的小波分解算法

时间尺度的就是根据一组原子钟的数据,用统计的方法计算出平均的时间尺度。其目的是使综合时间尺度的噪声最小。一般的原子时算有脱离经典加权的局限性,只能抑制原子钟的栽一种噪声。运用小波分解的方法建立以分解原子时,将原子信号在小汉域按频率尺度分解原,然后在不同频率范围加权,这种方法不但考虑不同原子钟在同一个频率分量的不同稳定度,而且考虑不同频率分量的不同稳定度,它有着独特的优越性。     

氢脉泽接收机的特点

众所周知,氢脉泽接收机是一个窄带锁相跟踪系统。其环路噪声带宽一般只有100Hz 左右。所以,氢钟的长稳主要取决于脉泽本身的稳定度,而短稳则取决于电子线路部分的噪声水平。电路噪声主要来自接收机(包括锁相晶振),频率综合器和电源系统。其中接收机的噪声占了更大的比重。本文仅从工程角度出发,从降低噪声以提高短稳着眼,讨论氢脉泽接收机的特点,总体考虑及某些部件选择的特殊性。     

关于使用VFC技术测频的浅析

目前,我们有可能利用 VF 转换技术进行高精度的频率测量,如果把经典比相方法和该技术结合起来,则相位显示的精度将能得到较大的提高,因而频率计数器的±赫误差可被忽略。正因为如此,该方法可进一步扩展经典比相技术的测频精度,所以,这种方法有可能适用于现代原子频标的高精度频率测量。本文讨论了一些有关把检相电压转换为频率以用于测频的有关问题,诸如该方法的基本关系式。主要误差项韵分析和讨论,这又包括了 V—F 转换器件的非线性误差及相位比较系统的噪声电压 Vn,以及系统可能达到的测频灵敏度和该方法的有关一些技术问题。     

低噪声区分放大器的研制与笥能测试

3MHz区分放大器有天,VLBI接收机,国防科研中有广泛的应用,研制成功的5MHz区分放大器在相位噪声和隔离度上分达到了频期效果,相位噪声的插入损耗小于3dB,隔离度大于60dB,并且保持了氢频标信号的稳定度,还可用于长线传输,因此比较好的满足了时频系统,特别是主稳定本振系统的使用要求,而且有着良好的应用前景。     

用于守时工作的时间间隔计数法与双混频时差测量比对法的比较

为了比较用于守时工作的时间间隔计数法和双混频时差测量法,分析了国家授时中心时频基准实验室的两种测量比对设备(SR620时间间隔计数器和PCOMP多通道相位比较仪)对同一组原子钟进行测量时所得到的结果(钟的速率、RMS、测量精度和稳定度)。分析所得的主要结论是:双混频时差测量法具有更高的比对精度,更适用于氢原子钟短期(τ≤5 d)稳定度的测量。