不同比对方式下的洲际标准时间复现性能分析

中国科学院国家授时中心研制的标准时间复现系统具备支持洲际用户对标准时间频率信号的需求。本文以位于欧洲白俄罗斯明斯克的复现终端为分析对象,分析了共视、全视不同比对方式对复现时频信号性能的影响。对于洲际范围的时间复现,复现终端与参考端共同可视卫星数变少。单一卫星导航系统可利用的共视卫星数明显减少,GPS/BDS共视可明显增加可视卫星数量,提高共视时间比对精度,全视比对对两地共同可视卫星数没有要求。分析结果表明,单GPS全视比对就可以达到优于GPS/BDS的共视比对复现效果。受BDS卫星星间偏差的影响,基于单BDS全视比对的复现效果比GPS稍差,GPS/BDS全视比对效果略有改善。复现终端运行在GPS/BDS共视比对融合GPS全视比对模式复现的时频信号的性能最优,可以满足洲际范围内5 ns的时间同步要求,为后续洲际大尺度范围的标准时间复现终端的运行模式提供参考。

可级联组网的无线时间比对系统设计

随着科技的发展,越来越多的场合需要实现多个终端间的纳秒量级高精度时间比对,例如现代化军事靶场、战场、雷达观测基地等。现阶段常用的纳秒量级多终端间的时间比对方法是导航卫星共视法,该方法需要搭建数据交换链路,应用的灵活性受限。本文基于无线伪随机码测距原理、双向时间比对原理和码分多址技术,设计出一套可以自适应组网的高精度时间比对系统,不需要额外搭建数据交互通路即可实现级联节点之间的纳秒量级时间比对。其次,分析了利用该系统实现纳秒量级时间比对的技术难点,并提出了相应的解决方法。最后,搭建实验平台对设计的时间比对系统进行验证。实验结果表明,在500 m的无线比对基线下,可以实现优于0.5 ns的静态时间比对精度。

基于“北斗”三号PPP-B2b的定位与时间传递

随着“北斗”三号的建成以及通过GEO卫星进行播发的PPP-B2b信号的公布,“北斗”卫星的定位与定时精度再一次得到提升。为了研究PPP-B2b的定位精度以及时间传递性能,开展了对“北斗”三号的PPP-B2b相关实验。首先选取亚太地区的6个测站静态与动态精密单点定位E(East)、N(North)、U(Up)方向上的误差分析,然后又选取了NTSC与USUD测站进行时间传递稳定度分析。定位结果表明,B1I/B3I组合与B1C/B2a组合的PPP-B2b静态定位E方向、N方向、U方向RMS值分别在4.58 cm,5.34 cm,2.2 cm与4.18 cm,4.97 cm,2.22 cm,B1I/B3I组合与B1C/B2a组合的PPP-B2b动态定位E方向、N方向、U方向RMS值分别在17.99 cm,19.41 cm,12.72 cm与22.47 cm,21.61 cm,15.11 cm,两种组合表现出定位精度的一致性。PPP-B2b零基线共钟的时间传递普遍在1 ns内波动,时间传递的STD为0.203,10^(5) s的稳定度达到了5.336×10^(-15);PPP-B2b长基线的时间传递普遍在5 ns内波动,时间传递的STD为1.585,10^(4) s稳达到了3.55×10^(-14)。因此,B2b产品能够满足亚太地区厘米级定位以及纳秒级授时的要求。

基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法

原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高.

镱原子超精细诱导5d6s^(3)D_(1,3)→6s^(2)^(1)S_(0)E2跃迁及超精细常数的精确计算

在镱原子中,利用5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0)跃迁探索宇称破缺效应已经得到了深入的研究.但是5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁很大程度上影响了宇称破缺信号的探测.因此,很有必要精确计算5d6s^(3)D_(1)态与基态6s^(2)^(1)S_(0)之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁的跃迁概率.本文利用多组态Dirac-Hartree-Fock理论精确计算了5d6s^(3)D_(1)→6s^(2)^(1)S_(0) M1跃迁和超精细诱导5d6s^(3)D_(1),3→6s^(2)^(1)S_(0) E2跃迁的跃迁概率.计算时详细分析了电子关联效应对跃迁概率的影响.此外,还分析了不同微扰态和不同超精细相互作用对跃迁概率的影响.本文计算的^(3)D_(1,2,3)和^(1)D_(2)态的超精细常数与实验测量结果符合得很好,从而证明了本文所用计算模型的合理性.结合实验测量的超精细常数和本文理论计算所得的核外电子在原子核处的电场梯度,重新评估了^(173)Yb原子核电四极矩Q=2.89(5)b,评估结果与目前被推荐的结果符合得很好.

基于DP83640的秒脉冲移相器设计与实现

使用DP83640 IEEE 1588精密时间协议(PTP)收发芯片设计实现了一款秒脉冲精密移相器,它能与外部的标准秒脉冲(1 PPS)进行同步并进行精密相位微调,可应用于高精度相位微跃器。秒脉冲移相器采用DP83640芯片进行级联实现秒脉冲精密移相:利用ARM微处理器控制第二级DP83640实现与外部标准秒脉冲的相位粗调,控制第一级DP83640实现相位微调。相位调整时将外部输入的相位偏移量换算为8 ns整周期倍数的相位粗调值,以及不同时间长度档位的相位微调值,分别写入第二级和第一级DP83640共同实现高精度相位微跃。由于硬件电路特性和器件综合噪声的影响,经测试平均相位微跃准确度可以达到0.1 fs。

一种时域频域综合处理消除射电干扰的方法

针对时域和频域无线电干扰的不同特征,提出了一种时域频域综合处理的消除脉冲星观测数据中射电干扰的方法。利用中国科学院国家授时中心昊平40 m射电望远镜观测的脉冲星计时数据和单个脉冲观测数据,对比分析了该方法与PSRCHIVE自动消干扰方法的效果。对计时观测数据消干扰结果表明,当阈值k=0.4时消干扰处理后信噪比达到最大,约为25.8,比原始数据信噪比提高大约3.8倍,比PSRCHIVE自动消干扰方法处理效果提高大约3.3倍。对单个脉冲数据消干扰结果表明,消干扰处理后信噪比比处理前信噪比提高大约5.8倍,比PSRCHIVE自动消干扰算法处理后信噪比提高约1.8倍。实验结果表明时域频域综合处理消除射电干扰的方法能够很好地消除无线电干扰信号对脉冲星观测数据的影响、提高脉冲星数据的信噪比、在一定程度上缓解了阈值选取带来的困难。

多像素平衡零拍探测器研究

平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一,通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容(L-C)耦合跨阻的方式,实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器,探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中,光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时,散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时,各通道散粒噪声功率和入射光强成正比,验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测,为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。