基于时间序列的快速卫星钟差短期预报研究

卫星钟差预报在实时高精度的导航定位中起着重要的作用。为提高GPS实时精密单点定位的精度,需要有实时的、高精度的卫星钟差预报。利用时间序列系统理论与灰色模型对快速卫星钟差进行了短期预报。结果表明,基于时间序列预报模型的预测精度优于灰色模型,它对超快速星历的预报精度与IGS产品中的IGU超快速星历本身的精度相当。Rb钟的精度和稳定性优于Cs钟。     

阶跃倍频器温度敏感性对铷原子钟频率稳定度的影响

阶跃管倍频器是铷原子钟温度敏感性的重要因素,通过试验测定和研究了铷原子钟阶跃倍频器温度敏感性的规律,研究了阶跃倍频器温度敏感性对铷原子钟频率稳定度的影响。测试结果表明,随着阶跃倍频器温度的升高,阶跃倍频器的输出功率逐渐减小,在温度较高的条件下微波功率输出变化越大;温度敏感性对铷原子钟稳定度的影响主要是由于温度变化引起了阶跃倍频器输出微波功率发生变化,产生了微波功率频移。     

基于开槽管腔的高信噪比铷原子钟物理系统

物理系统提供的原子鉴频信号信噪比是决定铷原子钟频率稳定度的关键因素。借助高频结构仿真软件,设计了一款内径为20 mm的开槽管微波腔。分析和测试表明,该微波腔内微波场磁力线沿腔轴方向均匀密集分布,可激励高强度铷原子微波跃迁。基于这种微波腔,设计出分离滤光物理系统。借助F-P干涉仪光谱测量,优化了滤光效果。测试表明,这种物理系统具备高信噪比,可用于制造频率稳定度为5.0×10^-13t^-1/2的铷原子钟。     

基于可触发环形振荡器的高精度时间间隔测量

提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,该方法利用代表事件的短脉冲去触发一个高速环形振荡电路,产生一个与该事件同步的时钟信号,该时钟信号随后被用作模-数转换器(ADC)的采样时钟去采样一个正弦参考信号。因此,两个事件之间的时间间隔被映射成正弦参考信号上的两个点之间的初始相位差,随后对有限数量的样本进行全相位快速傅里叶变换(ap FFT)运算,准确地计算出这个初始相位差,进而可以准确获得两个事件之间的时间间隔。该测量方法降低了工程实现的难度,当正弦参考信号的频率为10 MHz,ADC的采样频率为133 MHz、分辨率为12 bits,ap FFT运算点数为4 096时,可以获得约2. 8 ps rms的单次测量精度和约1ps的时间分辨率,误差分布接近正态,实验结果与基于理论分析的误差范围一致。     

芯片级原子钟的研究进展

芯片级原子钟是一种小型、低功耗、高精度的时间频率设备,与微惯性测量组合和卫星导航技术相结合,形成微型导航定位授时单元,可广泛应用于国民经济、军事领域和国家安全等方面。本文介绍了国内外芯片级原子钟的研究进展及现状,阐述了芯片级原子钟研制的难点及需要突破的关键技术,包括微型原子气室制备技术、微机电系统集成技术和芯片级光学频率梳技术等,最后对芯片级原子钟的发展趋势进行了展望。     

CPT原子钟系统的数字正交解调算法及实现

介绍了将数字正交解调算法应用于CPT原子钟系统的锁相环路,通过FPGA硬件结构实现解调功能所开展的研究.经MATLAB和QUARTUS2的联合仿真表明,该算法抗噪声能力强,解调结果可靠性高,是应用于高性能CPT原子钟的理想算法.实际应用于CPT原子钟的实验结果与理论预期和实验仿真结果相一致.该方案有利于原子频标的工作状态调整和保持产品性能一致性.     

幂率谱噪声的离散仿真生成

幂率谱噪声的生成一直是原子钟性能仿真领域研究的一个薄弱环节。在分析了原子钟的幂率谱噪声基础上,提出两种在时域和频域上生成幂率谱噪声的离散仿真方法,并通过仿真实现了5种幂率谱噪声的生成。仿真结果证明,该方法的实际仿真值与理论值之间的最大相对误差不超过2%,且随着取样点数N的增加,仿真值将更加接近理论值。同时由于该方法具有一般性,对于其他有色噪声的仿真生成同样具有重大的参考意义。     

冷镱原子光钟绝对频率测量及相关跃迁研究的进展

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数 10 -18 量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。 光学原子钟 已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。 镱原子光钟因其独特的能级优势 而成为了目前世界上发展最成熟、研究最广泛的光钟之一。 镱原子钟跃迁的绝对频率测量和镱原子相关跃迁光谱的精密测量 具有重要意义。 综述了冷镱原子光钟的钟跃迁 6s 21 S0 -6s6p 3 P0 能级绝对频率测量的国内外进展,并介绍以 7. 3×10 -16 的不确定 度测量镱原子钟跃迁绝对频率的实验,测量值为 518 295 836 590 863. 30±0. 38 Hz。 综述了利用已完成绝对频率测量的镱原子 光钟为基准,对镱原子的 649,770 和 1 389 nm 抽运光的对应跃迁绝对频率进行精密测量的结果。     

原子钟数据消噪方法比较研究

主要研究了小波方法、Vondrak、Kalman滤波等7种方法在时间尺度计算中原子钟数据消噪的应用,和未消噪的序列相比较,其RMS分别从1.26 ns提高到0.66 ns,0.77 ns,0.80 ns;利用这几种不同的方法消噪后重新计算了时间尺度,其修正的Allan方差从7.29D-15提高到5.18D-15,5.63D-15,5.67D-15(τ=1d),证明小波消噪方法获得的时间尺度更加稳定,其他几种滤波方法也能达到比较好的消噪效果.     

氢钟频移校准与相位无损切换

为满足VLBI等高精度空间测量技术对时间频率稳定度和准确度提出的更高要求,深空测控系统都配置了高性能的氢原子钟。但由于部件老化、环境变化等影响,氢原子钟输出频率会发生漂移变化,需要对此频移进行校准;同时备份原子钟需要追踪并保持与主钟的输出相位一致,必须进行相位的无损切换才能保障时频信号的连续性。分析了氢原子钟的工作原理和调频移相技术,设计了一种氢钟追踪外部授时系统进行频率漂移校准、主备钟相位无损切换的工程实施方法。应用结果表明,72 h测试时间内,与GPS相比,氢钟的稳定度由原来1.1×10-13提高到3.2×10-14,主备氢钟相位差由原来1.03o减小至0.08o,满足了VLBI长时间高精度测量的精度需求。