用于北斗三号卫星导航系统的星载铷原子钟特性

本文介绍用于北斗三号卫星导航系统的星载铷原子钟主要设计特点和性能指标.铷原子钟频率稳定度主要取决于原子跃迁信号信噪比、电路噪声和原子体系的物理环境效应.为提高原子信号信噪比,物理系统采用了微波场方向因子高于0.9的开槽管微波腔和Xe气启辉的铷光谱灯,并采用了光学滤光和同位素滤光双重滤光方案.电路系统采用了低相噪微波链路,交互调制噪声对铷原子钟稳定度的影响被控制在4.9×10^(-13)/τ^(1/2)水平.通过工作参数优化,将物理环境效应对天频率稳定度的影响降低到3×10^(-15)以下.研制了高精度和甚高精度两型号星载铷原子钟.高精度铷原子钟典型指标为短稳1.5×10^(-12)/τ^(1/2),万秒稳1.3×10^(−14),天稳9.4×10^(-15);甚高精度铷原子钟典型指标为短稳6.1×10^(-13)/τ^(1/2),万秒稳7.1×10^(-15),天稳3.9×10^(-15).本文还分析了铷原子钟最新研究进展,预期铷原子钟的性能还可以进一步提升.

基于星地双向时间比对数据的北斗三号铷原子钟在轨性能评估

星载原子钟是导航卫星的核心设备,其性能直接决定卫星导航系统的授时和定位精度。铷原子钟以其体积小、重量轻、功耗低和可靠性高等特点,在北斗导航系统中大量使用。利用北斗系统星地双向卫星钟差数据对北斗三号卫星在轨铷原子钟性能进行了评估。首先对数据进行了钟差转频差和中位数去粗差处理,然后重点评估了铷原子钟的频率漂移率和频率稳定度。结果显示,北斗三号铷原子钟多为负漂移,频率漂移率优于2×10^(-13)d^(-1),且呈缓慢减小趋势,运行初期,每天变化量级为10^(-15),运行2 a后,天漂趋于平稳。计算得到铷原子钟的千秒稳定度、万秒稳定度和天稳定度分别为4×10^(-13),1×10^(-13)和3×10^(-14)左右,与地面实际测试结果差异较大,该结果受钟差传输过程中引入的噪声限制,未能反映铷原子钟的稳定度真实水平。

基于模糊综合评判的环境敏感应力分析

采用适当的环境应力对产品进行可靠性试验,是提高产品可靠性的主要途径。在环境敏感应力分析中引入了模糊数学方法,建立了环境敏感应力分析的模糊综合评判模型。以某型星载铷原子钟为例,从环境应力对其组成部分可靠性的影响程度入手,对其经历的各种环境应力进行了分析,得到对其可靠性影响最大的环境敏感应力,并说明了环境敏感应力模糊综合评判的步骤和方法。