275km京沪光纤干线高精度时频传递研究

为实现准国土范围内高精度授时和守时,利用光纤传递铯钟、氢钟等高精度原子钟的时频信号,在实际光纤链路上验证其长距离传递性能。采用波分复用和双向双波长的传输方法,介绍了在275km京沪干线上实现高精度时频传递的相关工作。针对长距离光纤链路的特点,探讨了链路损耗与散射、色散与频率噪声、补偿系统动态范围和反馈带宽等对时频传递性能的影响。实验获得了频率信号的秒稳定度达5×10-14和天稳定度达7×10-18的传递性能,同时,千秒尺度下的时间方差可达2.4ps。     

综合原子时软件中联合守时方法的探究

<正>综合原子时软件采用加权平均算法，以各钟频率稳定度作为取权依据，根据原始钟差测量数据和利用原子钟模型预报的钟差改正数据计算产生综合原子时，再经过频率驾驭实现向外部标准时间溯源。同时，通过计算各原子钟的频率稳定度、频率偏差、频率漂移、数据质量、预报质量等指标对原子钟性能进行评估^[1]。     

基于不同轨道和星钟类型的BDS-3星载钟特性评估

星载原子钟性能的研究对于卫星钟差估计与预报、卫星导航系统的建设与维护等具有重要的意义。采用了德国地学研究中心(GFZ)2021-01-01—2021-12-31多星定轨联合解算的精密钟差产品，基于预处理后的钟差数据，对2021年北斗三号卫星导航系统(BDS-3)星载钟的相位、频率跳变情况进行了统计，探讨了中圆地球轨道(Medium Erth Obit, MEO)卫星铷钟与氢钟的相位、频率序列图特点。使用二次多项式模型分析了BDS-3不同轨道、不同星钟类型卫星钟的频率漂移率和模型噪声等指标的变化规律，基于哈达玛方差从不同时间尺度对BDS-3卫星钟的频率稳定度展开了分析。结果表明，BDS-3卫星钟相位和频率变化相对连续且稳定，其中仅地球静止轨道(Geostationary Orbit, GEO)卫星星钟存在调相行为，MEO卫星和GEO卫星都存在调频行为，且铷钟的调频次数明显多于氢钟。从频漂和模型噪声水平来看，MEO卫星优于其他轨道类型卫星，同铷钟相比，氢钟性能更优。BDS-3星载原子钟的稳定度保持在10^-15～10^-14量级，MEO卫星星载钟的稳...     

环境温度对氢原子钟稳定度的影响

环境因素对氢原子钟性能指标的影响不容忽视，在计量和使用过程中必须加以严格控制。本文从氢原子钟的构成入手，分析了影响氢原子钟频率稳定度的因素，并重点对环境温度的影响进行了分析和实验。实验结果表明，环境温度对氢原子钟频率短期稳定度影响不大，会严重影响长期稳定度指标。     

被动型氢原子钟单频调制原理分析

单频调制技术具有调制频率高、环路参数限制小的优点,对降低原子钟环路噪声、提高中短期频率稳定度具有重要的意义。文章基于被动型氢原子钟,讨论了频调制技术的应用并进行了相应的理论计算分析,为今后该技术的进一步应用提供参考。     

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。     

GNSS星载原子钟性能评估与噪声分析模型算法研究

星载原子钟作为导航卫星的时间基准，其性能直接影响GNSS的导航、定位和授时服务。采用德国地学中心(GFZ)提供的多系统精密钟差产品，对GNSS卫星钟时域性能和中长期(τ=10 000 s)稳定性进行分析，并提出了基于重叠采样的自相关法对卫星钟噪声进行识别。结果表明，稳定性方面，BDS氢钟、Galileo氢钟和GPS III-A铷钟性能相当且优于其他类型的卫星钟，GLONASS卫星钟存在略微老化的现象，而BDS与Galileo在轨卫星钟进入稳定运行期。噪声特性方面，BDS与Galileo卫星钟主要受3种调频噪声的影响，GPS铷钟主要受调频白噪声、调相闪烁噪声和调相白噪声的影响，GPS IIF铯钟和GLONASS铯钟主要受调频白噪声的影响，提出的基于重叠采样的自相关法能准确识别受相对频率漂移影响较小的GPS和GLONASS卫星钟噪声。     

基于模糊故障树分析法实现氢原子钟风险评估

利用模糊故障树分析方法对实际运行的氢原子钟系统进行风险评估。在对氢原子钟系统故障汇总分析的基础上详细论述了氢钟故障树建立的方式,并将引发故障的底事件进行归一化模糊描述。通过对氢原子钟系统发生故障概率以及每个底事件概率重要度的计算及排序,可以对氢原子钟系统发生故障的风险进行评估,找到系统发生故障的薄弱环节,为系统制定提高可靠性的改进措施提供理论依据。     

基于模糊故障树分析法实现氢原子钟风险评估

利用模糊故障树分析方法对实际运行的氢原子钟系统进行风险评估。在对氢原子钟系统故障汇总分析的基础上详细论述了氢钟故障树建立的方式，并将引发故障的底事件进行归一化模糊描述。通过对氢原子钟系统发生故障概率以及每个底事件概率重要度的计算及排序，可以对氢原子钟系统发生故障的风险进行评估，找到系统发生故障的薄弱环节，为系统制定提高可靠性的改进措施提供理论依据。     

卫星导航系统星载钟时域频率稳定度探讨

介绍了四大卫星导航系统采用的时间系统,分析了频率标准的时域频率稳定度研究内容、研究方法,推导了其实用计算方法和公式,主要对近十年以来研究GNSS星载原子钟频率稳定度的测算数据进行了梳理和归纳总结,对比分析了各个导航系统星载原子钟的频率稳定度,综合数据表明大部分星载钟天稳均可达到10^-14量级,其中GPS星载铷钟和Galileo星载PHM钟稳定性最好。     

原子钟两级驾驭算法及在建立GNSS时间基准中的应用

本文提出了一种原子钟驾驭算法,方法是使用等价于Kalman滤波器加延迟器的数字锁相环（DPLL）。本文完整地推导了DPLL的闭环系统传递函数和闭环误差传递函数,给出了其实现结构,和每次的对于被驾驭原子钟的调整量,并给出了使DPLL输出信号的频率稳定度最优的参数选取方法。在此基础上,提出了使用两个这样的DPLL级联起来的二级驾驭算法。理论分析和仿真实验都表明：该算法相比传统原子钟驾驭算法,参数选取更容易,可以保证输出信号的频率稳定度最优;并保证输出信号与第一级的参考输入保持时间同步。该两级驾驭算法可以应用于设计锁相振荡器,即先用铯钟驾驭氢钟,然后再驾驭数控振荡器（NCO）;也可以应用于建立 GNSS 时间基准,即先用 UTC （BSNC）驾驭产生BDT,然后再用BDT驾驭主控站主钟来产生BDT（MC）。     

从米到秒:中国计量院的微波-光学频率基标准研究

文中介绍中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量基标准研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(fs)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义.NIM4铯原子喷泉钟的不确定度达到5E-15;fm光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2.2E-14.在此基础上讨论铯原子喷泉钟,稳频激光,fm光梳的作用,意义和相互关系.最后报道2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟.     

新型原子钟及其在我国的发展

简述了原子喷泉(铯和铷)钟、离子微波钟、原子(离子)光钟、相十布居陷俘(CPT)钟、脉冲激光抽运(POP)铷原子钟以及积分球冷原子钟等新犁原子钟的基本原理;概述了这些新型原子钟在我国的研制概况,包括主要方案、特点和进展情况;指出了这种采用激光冷却和陷俘以及新物理原理的新型原子钟具有很高的潜在稳定度和准确度.最后,表明这种新型原子钟,尤其是原子(离子)光钟在我国的发展尚处起步阶段,并对这种新型原子钟在我国的发展提出了建议和评述.     

铯原子钟速度分布的计算机模型

基于已建立的小型铯原子钟计算机模型系统,研究了铯束原子速度为双峰分布和三峰分布对原子钟微波频谱的影响。分析了在此条件下的钟跃迁微波频谱的主要变化特征,并与文献报道的NBS4磁选态铯原子钟情形和北京大学的小型光抽运铯原子钟的实验结果作了比较和分析,证实束原子速度为双峰分布时微波谱所表现的特征。     

GNSS系统驯服铷钟基准研究

本文主要研究一种面向时间统一系统应用的卫星可驯服铷钟.通过具体试验,将卫星导航系统(GNSS)频率信号准确度、长期稳定度优势与铷钟中短期频率稳定度有机结合起来,实现高精度的铷钟应用需求.     

基于WUM精密钟差产品的BDS-3星载原子钟性能评估

导航卫星星载原子钟的在轨性能直接影响导航系统定位、导航与授时(Position, Navigation and Timing, PNT)服务的精度和稳定性。基于武汉大学MGEX分析中心发布的精密卫星钟差产品，对BDS-3卫星星载原子钟的频率稳定性、钟差预报精度和钟速变化特征开展了分析评估。对GPS III和Galileo FOC卫星的星载原子钟性能开展分析，并与BDS-3的星载原子钟性能进行了对比。结果表明，BDS-3 PHM的平均天稳定度为4.62×10^-15, 7 d钟差预报精度为2.3 ns, 10 d钟率变化为1.79×10^-14 s/s,其长期性能优于GPS III和Galileo FOC星载原子钟。值得指出的是，BDS-3 C19 RAFS的在轨性能远优于其他BDS-3 RAFS。     

BDS在轨卫星钟性能评估与对比

从卫星钟基本特性、频率稳定度、钟差预报精度等方面对 BDS 三种类型卫星钟 (RAFS-1、RAFS-2、PHM)进行综合对比分析，结果表明：PHM 卫星钟性能指标显著优于 RAFS； RAFS-2 卫星钟性能指标显著优于 RAFS-1，频率稳定度指标和钟差预报精度提升了 1 倍左右，且 RAFS-2 卫星钟增加了相位连接功能，保证了在轨卫星钟在调整过程中不会影响时间频率服务。     

导航卫星主备钟平稳切换性能设计分析

卫星钟是导航卫星的核心设备,其输出时频信号的稳定是导航卫星向用户提供连续稳定导航信号及服务的基础,主钟性能下降或故障迫使系统进行原子钟主备切换时,由于主备钟存在的频率和相位差别,导航信号将产生跳变,影响卫星的服务性能,目前导航卫星多采用主备钟跟随及平稳切换技术来解决主备钟切换时的频率和相位跳变问题。针对主备钟平稳切换与导航服务性能的关系以及平稳切换指标的确定问题,介绍了主备钟平稳切换技术的原理,分析了主备钟切换的时机与策略,从用户测量性能及钟差预报参数可用性这2个方面分析了主备钟平稳切换指标,并提出了相应的指标要求。     

光钟将有更高的时间精度

从全球定位系统（GPS）到国际守时标准，精确时钟在科学和技术领域扮演重要角色。时钟振荡器的频率越高，时钟的精确度就越高。石英钟工作在兆赫频率范围，原子钟则建立在吉赫的微波吸收基础上。2001年9月9日到12日，第六届频率标准与计量学研讨会在苏格兰圣安留斯大学举行，会上，研究人员展示了基于光吸收的原子钟最新结果，该“光钟”提供更高的时间精度。研讨会以N.Ramsey的评论开始，Ramsey被许多人认为是现代频标之父。1949年，他发展了分离共振场技术，用两个在时间或空间分离的脉冲探测原子的吸收信号，从而提高了光谱分辨率。该…     

混合模型在短弧跟踪卫星钟差预报中的应用

当卫星在空间轨道飞行到地面监测站观测不到的弧段时,卫星钟与系统时间之间的同步只能由卫星钟自己维持,为了得到连续的卫星钟差结果,必须对卫星钟差进行预报。本文针对地面站频繁观测不到卫星导致的卫星钟差数据频繁中断这一特殊情况,提出多项式加AR混合模型,以GPS星载原子钟差时间序列为实例进行钟差预报分析,并与GPS常用的二阶多项式模型预报结果进行比较,结果表明:短弧跟踪条件下,多项式加AR混合模型对GPS星载原子钟进行8~20 h钟差预报时精度均优于1ns,明显高于二阶多项式模型预报精度,满足实际应用中短弧跟踪条件下的钟差预报精度要求。这一结论为短弧跟踪条件下的星载原子钟差预报做了理论上的铺垫。