勘误声明

本刊于2021年第44卷第4期刊登了《国家授时中心长距离光纤光学频率传递研究进展》一文(时间频率学报,2021,44(4):231-243),第231页“最新进展为在860 km实地光纤上”一句有误,应为“最新进展为在880 km实地光纤上”,特此说明。

NTSC-F1铯原子喷泉钟光频移的评定

光频移是铯原子喷泉钟系统频移项之一。铯原子与微波Ramsey相互作用期间,近共振的冷却光、探测光、选态推光的存在都会产生原子光频移。通过控制NTSC-F1铯原子喷泉钟光学系统的AOM射频开关,以及在进入物理系统光纤前添加机械开关的方式,可以有效地降低系统的光频移。理论上对光频移影响因素进行了分析,实验上对NTSC-F1铯原子喷泉钟冷却光、探测光、选态推光分别存在的情况下的光频移值进行了测量评估,确定了NTSC-F1铯原子喷泉钟光频移项的主要来源。NTSC-F1铯原子喷泉钟光频移量为0,相对值不确定度为5.13×10^(-19)。

晶体振荡器的频率稳定度和老化特性研究

晶体振荡器频率稳定度从其瞬态一直到接近于1s都是按照1/τ的规律变化,表现出典型的相位控制特征,但由于老化和低频噪声等影响,其频率稳定度在较长的取样时间内不会改进甚至变坏。原子钟输出信号是被锁定的晶体振荡器的信号,被动型原子钟采用锁频机制,其频率稳定度随着取样时间按照1/τ^(1/2)的规律变化。原子频标和晶体振荡器作为装置的频率稳定度实现的基础,形成了1/τ变化规律的频率稳定度的本底基础线。用精度更高的相位控制代替频率控制,可以使原子钟稳定度变化保持1/τ的规律。谐振器两端相移特性反映了晶体谐振参数的变化。晶体振荡器长期指标的改进,需要利用包括伴随着振荡器频率变化而发生的相关谐振参数与频率变化的相关性,发展数字化、等效晶体谐振参数检测、反馈控制以及老化补偿结合的方法。

高精度自由空间时间传递研究的新趋势

随着时间频率的研究水平不断提高,实现比现有精度大幅度提高的新一代时间传递技术的研究受到广泛关注。激光脉冲时间传递作为目前自由空间时间传递精度最高的技术,其精度提高与采用的探测手段和脉冲光量子特性紧密关联。应用飞秒光频梳实现高精度时间传递是目前国际研究的一个新热点,近年来取得了许多突破性进展。在此基础上,量子优化的时间传递研究也随之展开。应用具有压缩特性的量子光频梳替代传统光频梳,将使时间延迟的测量精度突破散粒噪声极限。因此,基于量子测量和量子光频梳光源的量子优化在提高自由空间远程时间传递精度方面具有巨大应用潜力,是未来时间频率的高精度传输与比对技术的重要研究方向。

基于DDS技术的Loran-C信号源的杂散信号抑制的分析与实现

采用直接数字频率合成(DDS)技术设计的Loran-C信号源,具有输出杂散多且难以预测的缺点。基于对DDS基本原理的研究分析,针对DDS输出信号存在的相位舍位杂散问题,对其关键部位的相位累加模块进行优化设计,并基于FPGA技术,在QuartusⅡ环境下完成了对Loran-C信号源的实现与仿真验证。结果表明,通过优化的设计算法能够产生失真小,稳定度好的输出波形,从而验证了该方法抑制杂散的有效性与可行性。

参考腔模式匹配及其在激光稳频中的应用

窄线宽激光器是光钟的核心部件,也是原子光精密测量的关键仪器。利用参考腔的功率反射率和功率透射率与损耗的关系给出了窄线宽激光器系统稳频中腔镜损耗的理论表达式。对腔镜的实际反射率与损耗进行了实验测量和计算。实验结果表明,优化模式匹配效率,可以进一步减小腔镜损耗。更重要的是,腔镜损耗的优化有助于提高稳频的锁定质量。

利用时间序列模型预报电离层TEC

以IGS(international GPS service)发布的电离层TEC(total electron content)资料为样本,用时间序列模型对全球的电离层总电子含量进行了预报。在时间序列预报模型中,不同的定阶方法导致不同的预报结果;实践证明本文使用的BIC定阶准则较好地实现了电离层总电子含量的预报。结果表明:对10d左右的预报时间段,时间序列模型的TEC计算结果相对精度高,预报相对精度优于60%的网格点数在总网格点数中所占百分比可达90%以上。

卫星双向时间传递链路性能优化方法研究

卫星双向时间传递(two way satellite time and frequency transfer,TWSTFT)链路的频率稳定度优于10-15量级,是国际原子时计算的重要支撑。改善TWSTFT链路24 h内的短期稳定度,对提高TAI(international atomic time)的性能具有现实意义。本文提出了一种基于Vondrak滤波的TWSTFT链路性能优化方法,首先通过频域幅值分析方法,确定符合要求的滤波因子构造Vondrak滤波器;再对中国科学院国家授时中心(National Time Service Center,NTSC)和德国联邦物理技术研究所(Physikalisch Technische Bundesanstalt,PTB)之间的时间传递结果进行处理分析,结果表明:在约化儒略日(MJD)59120-59160期间,链路测量结果滤波前后的频率稳定度平均增益为79.12%、时间稳定度平均增益为72.86%,平均时间24 h的频率稳定度、时间稳定度分别提高56.0%、59.1%;在MJD 59220-59270期间,链路的频率稳定度平均增益为85.1%、时间稳定度平均增益为70.7%,平均时间24 h的频率稳定度、时间稳定度分别提高62.4%、14.0%。该方法能够针对性地滤除链路24 h内的高频噪声,滤波后链路的准确性和稳定性都有显著提高。

一种基于伪距的罗兰C定位授时解算方法

传统罗兰C定位解算方法受台链限制,测量的时延差中相关误差难以分离,鉴于此提出了一种基于伪距的定位授时解算方法。该方法以伪距观测量的基本构成为基础,对椭球面大地线距离进行线性化处理后再进行迭代计算。仿真计算结果表明:当测量伪距中不包含观测误差时,该方法能够实现椭球面的高精度定位授时。通过对实际传播路径上测量伪距的仿真,分析了随机噪声和二次时延等观测误差对定位及授时的影响。结果显示:与二次时延等误差相比,随机噪声对定位及授时准确度的影响并不明显,主要影响定位及授时的稳定度,而二次时延等误差则主要影响其准确度。伪距定位授时算法不受台链限制,误差源清晰,易于后期分离。综合本文分析可以得出:减少伪距观测值中二次时延等误差的影响,抑制随机噪声,可以有效提高罗兰C系统定位及授时的精度。

基于光学谐振腔的可调谐滤波器特性研究

光学谐振腔作为激光科学领域一个重要的器件,广泛应用于非线性光学、量子光学及光频标等方面。在这些应用中,光学谐振腔可以被用作一个低通滤波器过滤激光噪声或者带通滤波器来选取特定的光谱成分。基于谐振腔次共振的机理,提出了一种应用于飞秒脉冲激光的可调谐滤波器的实现方案,并在实验上对其滤波特性进行了研究。采用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将腔长锁定到了主共振峰及3个不同的次共振峰上,分别测量了不同透射峰的相对强度噪声及共振光谱特性。实验结果表明,通过锁定共振腔长到不同的共振峰,谐振腔对输入激光弛豫振荡峰的抑制能力可从16.1 dB减小为11.5 dB;相应的3 dB光谱滤波带宽可由全通变窄至2.30 nm。基于光学谐振腔的可调谐滤波器的实现将进一步拓展光学谐振腔在飞秒激光领域的应用范围。

利用模式滤波器产生4.77 GHz重复频率飞秒脉冲激光的实验研究

在自制掺铒光纤飞秒锁模激光器的基础上,通过将自由光谱宽度为4.77 GHz的法布里-珀罗腔(F-P腔)模式滤波器的谐振频率点锁定到飞秒激光的一组模式上,实验实现了4.77 GHz高重频飞秒脉冲激光的产生。该实验采用Tilt-Lock方法实现了F-P腔锁定,并获得0.246 mW的模式滤波输出,重复频率与原有飞秒脉冲激光相比提升23倍。

不同扩频码速率对TWSTFT比对的影响研究

卫星双向时间频率传递是目前世界上最准确的远距离时间比对技术之一。它是将两个地面站的时间信号通过卫星发送给对方站,时间信号的传输通过扩频码实现,因此扩频码速率是影响其比对精度的一个重要因素。文章首先给出了扩频通信的相关理论,然后通过设计比较试验,分析了不同扩频码速率对钟差测量的影响,特别是不同扩频码速率对设备时延的影响。试验结果证明扩频码速率越高,测量结果的不确定度越低,与理论分析一致。但受通信带宽的限制,扩频码速率不能无限扩大。文章根据实测验证,给出了卫星双向比对设备测试的码速率的选取原则建议。

应用慢速原子束制备冷原子粘团的研究

冷原子粘团的制备是喷泉钟研制的关键步骤之一。通过慢速原子束加载获得冷原子粘团,应用荧光收集法测量了冷原子粘团的原子数目,采用飞行时间法测量了冷原子粘团温度。冷原子粘团中原子数目在加载时间200 ms的情况下为(8.14±0.2)×107,温度为(10.72±0.69)μK。

《时间频率学报》征稿简则

1宗旨和沿革 《时间频率学报》是中国科学院国家授时中心主办的学术、技术应用类刊物。本刊刊载时间频率科学及相关方面的理论和应用研究、技术与方法的成果与进展、专题评述等。

《时间频率学报》征稿简则

1宗旨和沿革 《时间频率学报》是中国科学院国家授时中心主办的学术、技术应用类刊物。本刊刊载时间频率科学及相关方面的理论和应用研究、技术与方法的成果与进展、专题评述等。

GPS星间链路及其数据的模拟方法研究

主要介绍了GPS星间链路(星间链路是卫星导航系统实现自主运行的一项重要的关键技术)的工作模式,重点讨论了GPS星间链路数据的模拟方法。采用契比雪夫多项式拟合方法,获得对IGS(International GPS Service)公布的GPS精密星历加密到以1 s为间隔的数据。由信号接收时刻获得的两颗卫星间的距离作为初始值,反复迭代推算出发射信号的卫星发射信号的时刻,从而得到两颗卫星间的星间伪距观测值,再加上各项约束条件(如噪声,钟差等)后获得了两颗卫星间模拟的星间链路数据。

干涉测量数据采集设备时延的温度效应

干涉测量是一种被动测量手段,是目前角分辨率最高的天文观测手段,且不占用星上资源,广泛应用于天文学、测地学和深空导航领域。提高干涉测量的一个重要途径是精确测定干涉测量仪器的系统误差,数据采集设备时延是其重要组成部分,目前干涉测量的时延测定精度可达到亚纳秒级水平,对设备时延有更高的精度要求。本文利用实际观测的数据研究数据采集设备的设备时延,分析室内温度、设备温度与该设备时延的相关性,建立设备时延与设备温度之间的数学模型,并对设备时延进行修正。试验结果表明:该数据采集设备的设备时延变化与设备温度呈线性关系,通过本文方法修正后,在温度控制单元没有开启情况下(设备温度变化大),精度改善可达60%以上,温度控制单元开启情况下(设备温度变化不大),精度也会有所改善,达10%左右。

国产守时型原子钟长期性能分析

利用近两年半的原子钟与UTC测试数据,从时差数据、频差数据、频率漂移率和频率稳定度等方面,分别对国产和国外守时型氢原子钟、铯原子钟的长期性能(频率漂移、月频率稳定度)进行了评估和对比分析。结果表明:国产氢原子钟和铯原子钟已经具备长期稳定运行的能力,可以基本满足国内工业部门在时间频率领域对原子钟的需求。国产铯原子钟的性能与国外铯原子钟基本相当,但在长期性能方面还有一定差距,国产氢原子钟与国外最好的氢原子钟相比,性能上还略有差距。

基于光频梳的超稳短期频率稳定度标准计量器具

针对原有国防短期频率稳定度最高计量标准难以满足高稳频率源量值溯源与传递的需求,以超稳激光器作为高稳光学基准,以低相噪光频梳为分频媒介,突破高稳光电变频链路技术,从而产生100 MHz的超稳短期频率稳定度标准,秒稳达到4×10^(-15)/s,较现有指标最好的国防标准提高了两个量级,形成了"超稳短期频率稳定度标准装置,突破了国防短期频率稳定度计量器具10^(-15)等级链路的技术瓶颈,首次建立了10^(-15)量级的短期频率稳定度量传体系,将国内的标准能力提升了两个数量级。

北斗RDSS入站信号对GNSS信号的干扰分析及应对策略

针对北斗RDSS入站信号对全球卫星导航系统(GNSS)产生的邻频干扰问题,从信号角度研究了北斗RDSS对GNSS信号的影响,提出了北斗RDSS天线端设计、场站布局与屏蔽隔离设计等两种技术措施来提升北斗RDSS和GNSS兼容性,并对其进行了工程验证。研究成果可为北斗RDSS用户设备与GNSS接收机共址建设提供技术基础。