守時(shí)中的若干重要技術(shù)問(wèn)題研究.pdf

1、守時(shí)工作是授時(shí)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(shí)間頻率在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性凸顯。精密時(shí)間在國(guó)防現(xiàn)代化，國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jì)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域，以及高精度的事件時(shí)間戳等方面，都需要高精度時(shí)間基準(zhǔn)。精密計(jì)時(shí)、現(xiàn)代通信、導(dǎo)航定位和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等都離不開(kāi)精密時(shí)間尺度和時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù)。授時(shí)服務(wù)體系是一個(gè)國(guó)家的重要的基本技術(shù)支撐，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心的BPL，BPM長(zhǎng)短波授時(shí)系統(tǒng)是中國(guó)

2、科學(xué)院大科學(xué)裝置工程之一，負(fù)責(zé)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和頻率的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和保持(守時(shí))是授時(shí)服務(wù)的核心內(nèi)容，因此開(kāi)展守時(shí)中重要技術(shù)問(wèn)題的研究就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 守時(shí)做為時(shí)間服務(wù)工作的核心主要包含了三個(gè)方面的內(nèi)容，首先是用什么樣的“鐘”來(lái)產(chǎn)生并保持一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)間尺度。當(dāng)前國(guó)際上大多數(shù)的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室基本采用商品原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(包括氫脈澤、銫原子鐘、銣原子鐘等)來(lái)組成守時(shí)鐘組。其次是時(shí)間尺度如何產(chǎn)生，以及將什么時(shí)間

3、作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)間，如何得到標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)間。關(guān)于地方原子時(shí)TA(k)的產(chǎn)生，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)自身的情況采用不同的方法。而國(guó)際上，始于1972年的用加閏秒的新協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)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(shí)間尺度，是近年來(lái)國(guó)際時(shí)間頻率領(lǐng)域正在激烈爭(zhēng)論的問(wèn)題。
　　 守時(shí)工作的第三個(gè)方面是本地時(shí)間比對(duì)和遠(yuǎn)距離時(shí)間同步。本地時(shí)間比對(duì)主要是本地守時(shí)鐘時(shí)差的比對(duì)測(cè)量，當(dāng)前采用的技術(shù)主

4、要是時(shí)間間隔和相位比對(duì)測(cè)量方法。遠(yuǎn)距離時(shí)間同步主要用于將全球的鐘和不同的時(shí)間尺度同步到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間上來(lái)。
　　 氫原子鐘由于其優(yōu)良的短期穩(wěn)定性能和較長(zhǎng)的工作壽命因而在時(shí)間社會(huì)得到了越來(lái)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(gè)非常重要的研究課題。本文通過(guò)對(duì)氫鐘的守時(shí)性能和氫銫聯(lián)合守時(shí)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(lái)計(jì)算地方原子時(shí)間尺度時(shí)，對(duì)于有明顯長(zhǎng)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(duì)它們的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。即根據(jù)前一段時(shí)間的TA(k)-HM的速率線性變化預(yù)報(bào)所需計(jì)算時(shí)間段上該鐘的速率變化，通過(guò)數(shù)值積分計(jì)算由此速率變化引起的相位時(shí)間變化，得到扣除這種相位時(shí)間變化后的MC-HM值。用此經(jīng)過(guò)預(yù)處理的數(shù)據(jù)參加地方原子時(shí)計(jì)算，可以有效地利用長(zhǎng)期速率漂移較穩(wěn)定的氫鐘來(lái)提高地方原子時(shí)的穩(wěn)定度。
　　 另外，使用短穩(wěn)好而且長(zhǎng)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(jiǎn)單的頻率變化估計(jì)和頻率駕馭可以得到優(yōu)質(zhì)的UTC(k)。
　　 原子鐘是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生與保持中的關(guān)鍵設(shè)備，NTSC的守時(shí)原子鐘多年來(lái)一直依賴進(jìn)口，美國(guó)作為當(dāng)今世界上高精密守時(shí)鐘的主要生產(chǎn)國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)格的出口限制。因此，開(kāi)展國(guó)產(chǎn)原子鐘的守時(shí)應(yīng)用研究就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)上海天文臺(tái)產(chǎn)氫原子鐘性能指標(biāo)的初步測(cè)試，可以看到，經(jīng)過(guò)很多年的努力，國(guó)產(chǎn)氫鐘的性能有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可以看到，兩臺(tái)上海天文臺(tái)氫鐘的短

7、期頻率波動(dòng)比Sigma-tau氫鐘略大，與5071A銫鐘相當(dāng)。從而可以看到，國(guó)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(cè)試結(jié)果，特別是長(zhǎng)期運(yùn)行性能來(lái)不斷加以改進(jìn)。
　　 研究了頻率比對(duì)時(shí)差測(cè)量法在NTSC守時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了實(shí)際測(cè)試結(jié)果。詳細(xì)分析了比相法精密頻率測(cè)量的結(jié)果，特別是給出了銫鐘和氫鐘的對(duì)比測(cè)試結(jié)果，給出了研究結(jié)論。在課題進(jìn)展過(guò)程中，建立了主要針對(duì)氫原子鐘的高精密頻率信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，提高了測(cè)量精度。