新型的遠程時間頻率校準(zhǔn)系統(tǒng).pdf

1、隨著我國航天和國防事業(yè)的快速發(fā)展，對時間頻率的精度要求越來越高，同時越來越多的科研機構(gòu)和專家學(xué)者都希望擁有一個更加精確的時間頻率參考。中國計量科學(xué)研究院(National Institute of Metrology，NIM)擁有3000萬年不差一秒的銫原子噴泉鐘、多臺守時型氫原子鐘和銫原子鐘，建立和保持高精度的國家時間頻率基準(zhǔn)(UTC(NIM))。為了更好地讓UTC(NIM)更好地服務(wù)國家和社會，從可靠性、效率和成本考慮，傳統(tǒng)的搬運校

2、準(zhǔn)方法存在諸多局限，新型的遠程時間頻率校準(zhǔn)將有廣闊的發(fā)展空間。本文作者參加了中國計量科學(xué)研究院北斗二代重大專項某總體類項目分課題的研究，并參與建立了基于Web的時頻比對系統(tǒng)，結(jié)合原子鐘時頻特性理論，實現(xiàn)了新型的遠程時間頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)——UTC(NIM)實時馴服校準(zhǔn)的銣原子振蕩器(UTC(NIM) DisciplinedOscillator，NIMDO)。
　　本文簡略介紹了中國計量科學(xué)研究院自主研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GlobalN

3、avigation Satellite System，GNSS)時頻傳遞接收機NIMTFGNSS-1和基于Web的時頻比對系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上搭建了NIMDO系統(tǒng)硬件和軟件平臺，對NIMDO系統(tǒng)客戶端硬件進行了集成，明確了系統(tǒng)的運行環(huán)境。深入研究了原子鐘時頻特性分析方法，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、頻率準(zhǔn)確度評估、穩(wěn)定性分析、噪聲分析和頻漂估計;并針對NIMDO系統(tǒng)中使用未馴服狀態(tài)下的銣原子振蕩器與UTC(NIM)的鐘差數(shù)據(jù)進行了分析，全面掌握銣原子振蕩

4、器性能，為進一步完成實時遠程馴服校準(zhǔn)工作做準(zhǔn)備。
　　從原子頻標(biāo)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度這兩個重要性能指標(biāo)出發(fā)，將GNSS時頻傳遞接收機的實時數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，應(yīng)用鐘差預(yù)報算法實時預(yù)報銣原子振蕩器鐘差;依據(jù)掌握的銣原子振蕩器特性，提出了分階段銣原子振蕩器遠程實時馴服校準(zhǔn)方案。通過共鐘共視比對實驗、不共鐘零基線比對實驗、長基線比對實驗?zāi)M驗證了新系統(tǒng)的遠距離時間頻率傳遞和溯源過程;NIMDO系統(tǒng)性能測試實驗對馴服校準(zhǔn)完成后輸出信號指標(biāo)進行了測

5、試，得出遠程校準(zhǔn)后NIMDO系統(tǒng)輸出的時間頻率信號一天的準(zhǔn)確度優(yōu)于9ns和1.0×10-13，一天的穩(wěn)定度優(yōu)于5ns和6.0×10-14;最后完成了新系統(tǒng)不確定度報告，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度小于6.8ns，擴展不確定度小于13.6ns。以上性能指標(biāo)達到了實驗室對時頻標(biāo)準(zhǔn)的普遍要求，可作為實驗室的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)。同時，NIMDO系統(tǒng)直接參考了位于中國計量科學(xué)研究院的國家時間頻率基準(zhǔn)UTC(NIM)，這使得實驗室很容易把時間頻率溯源到國際單位制。<