氢钟在守时钟组配置中的应用研究

氢钟因其良好的低噪声特性,被广泛应用于高精度时间/频率测量和比对。对于物理信号噪声特性要求较高的时间实验室,氢钟已经成为守时钟组不可或缺的频率源。然而由于物理结构和工作方式等多方面的原因,氢钟具有明显的频率漂移特性,此外氢钟的价格较铯钟更为昂贵,因此氢钟的数量成为守时钟组配置中急需解决的核心问题。本文首先分析了氢钟在守时钟组配置中的必要性,然后通过建立守时钟组优化配置数学模型,利用多个时间实验室的原子钟数据资料,采用统计学的方法,提出守时钟组的多种配置方式。并通过分析比较不同配置方式下的守时钟组性能,提出稳定度一定的条件下,中小型时间实验室的守时钟组最优配置方案。

频率稳定度与守时钟组配置关系研究

通过对中小型守时实验室对时间尺度稳定度的需求分析,以目前主流守时钟5071A为例,利用国际权度局公布的原子钟数据,研究不同钟组配置与时间尺度稳定度的关系,为中小时间实验室守时钟组的优化配置提供参考依据;权重确定是原子时算法的关键之一,通过对不同数量、不同取权规则的原子时计算结果进行统计分析与比较,提出中小时间实验室原子时尺度算法中的取权原则。

钟组守时性能分析

针对原子钟的技术指标,对比分析了不同钟组配置的时标性能。根据典型原子钟的技术指标和实际运行情况对氢钟和铯钟钟差数据进行仿真,应用ALGOS算法计算了铯钟组、氢钟组、氢铯联合钟组的原子时标,从时间偏差、时间稳定度、频率偏差、频率稳定度四个方面考察了钟组时标性能。结果表明,180台仿真铯钟的守时天频率稳定度相当于1台氢钟的守时天频率稳定度;由于铯钟频率稳定度与氢钟相差较大,原子时计算过程中,铯钟权重远低于氢钟,对原子时的贡献有限;氢钟占比高的钟组,时标稳定性较好,溯源状态下时间偏差和频率偏差也较小。时标稳定性好的钟组在守时状态下的时间保持能力也更好。