守時中的若干重要技術(shù)問題研究.pdf

1、守時工作是授時服務(wù)的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高精密時間頻率在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要性凸顯。精密時間在國防現(xiàn)代化，國民經(jīng)濟建設(shè)的諸多方面都有著廣泛的應(yīng)用。在很多科學(xué)研究領(lǐng)域，在計量和校準領(lǐng)域，以及高精度的事件時間戳等方面，都需要高精度時間基準。精密計時、現(xiàn)代通信、導(dǎo)航定位和計算機自動控制等都離不開精密時間尺度和時間頻率測量技術(shù)。授時服務(wù)體系是一個國家的重要的基本技術(shù)支撐，中國科學(xué)院國家授時中心的BPL，BPM長短波授時系統(tǒng)是中國

2、科學(xué)院大科學(xué)裝置工程之一，負責(zé)我國標準時間和頻率的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)。標準時間的產(chǎn)生和保持(守時)是授時服務(wù)的核心內(nèi)容，因此開展守時中重要技術(shù)問題的研究就具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 守時做為時間服務(wù)工作的核心主要包含了三個方面的內(nèi)容，首先是用什么樣的“鐘”來產(chǎn)生并保持一個穩(wěn)定的時間尺度。當前國際上大多數(shù)的守時實驗室基本采用商品原子頻率標準(包括氫脈澤、銫原子鐘、銣原子鐘等)來組成守時鐘組。其次是時間尺度如何產(chǎn)生，以及將什么時間

3、作為國際標準參考時間，如何得到標準參考時間。關(guān)于地方原子時TA(k)的產(chǎn)生，各個實驗室根據(jù)自身的情況采用不同的方法。而國際上，始于1972年的用加閏秒的新協(xié)調(diào)世界時(UTC)作為國際標準參考時間至今已30多年，但是究竟用UTC還是直接用TAI或是重新定義新的時間尺度，是近年來國際時間頻率領(lǐng)域正在激烈爭論的問題。
　　 守時工作的第三個方面是本地時間比對和遠距離時間同步。本地時間比對主要是本地守時鐘時差的比對測量，當前采用的技術(shù)主

4、要是時間間隔和相位比對測量方法。遠距離時間同步主要用于將全球的鐘和不同的時間尺度同步到國際標準時間上來。
　　 氫原子鐘由于其優(yōu)良的短期穩(wěn)定性能和較長的工作壽命因而在時間社會得到了越來越多的重視。然而，如何合理地使用氫原子鐘，使其發(fā)揮效能則是個非常重要的研究課題。本文通過對氫鐘的守時性能和氫銫聯(lián)合守時方法的研究，獲得了有意義的研究成果。研究表明，在用氫鐘和銫鐘一起來計算地方原子時間尺度時，對于有明顯長期速率漂移，但這種漂移在一定

5、程度上具有規(guī)律性的氫鐘，應(yīng)該對它們的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。即根據(jù)前一段時間的TA(k)-HM的速率線性變化預(yù)報所需計算時間段上該鐘的速率變化，通過數(shù)值積分計算由此速率變化引起的相位時間變化，得到扣除這種相位時間變化后的MC-HM值。用此經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)參加地方原子時計算，可以有效地利用長期速率漂移較穩(wěn)定的氫鐘來提高地方原子時的穩(wěn)定度。
　　 另外，使用短穩(wěn)好而且長期頻率漂移一定程度上具有規(guī)律性的氫鐘作為主鐘頻率源比用HP5071A銫鐘

6、更合適，用簡單的頻率變化估計和頻率駕馭可以得到優(yōu)質(zhì)的UTC(k)。
　　 原子鐘是標準時間產(chǎn)生與保持中的關(guān)鍵設(shè)備，NTSC的守時原子鐘多年來一直依賴進口，美國作為當今世界上高精密守時鐘的主要生產(chǎn)國家對我國實行嚴格的出口限制。因此，開展國產(chǎn)原子鐘的守時應(yīng)用研究就具有重要的現(xiàn)實意義。通過對上海天文臺產(chǎn)氫原子鐘性能指標的初步測試，可以看到，經(jīng)過很多年的努力，國產(chǎn)氫鐘的性能有了長足的進步。通過實測數(shù)據(jù)結(jié)果可以看到，兩臺上海天文臺氫鐘的短

7、期頻率波動比Sigma-tau氫鐘略大，與5071A銫鐘相當。從而可以看到，國產(chǎn)氫鐘仍然有提高其穩(wěn)定性的潛力，這需要研制單位根據(jù)測試結(jié)果，特別是長期運行性能來不斷加以改進。
　　 研究了頻率比對時差測量法在NTSC守時系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了實際測試結(jié)果。詳細分析了比相法精密頻率測量的結(jié)果，特別是給出了銫鐘和氫鐘的對比測試結(jié)果，給出了研究結(jié)論。在課題進展過程中，建立了主要針對氫原子鐘的高精密頻率信號測量系統(tǒng)，提高了測量精度。