频率稳定度的时域表征—阿仑方差

文章阐述了用阿仑方差来表征频率稳定度的重要原因。过去国内外采用标准方差来表征 ,但是随着科学研究的深入 ,发现频率源的随机起伏并不呈正态分布 ,因此用阿仑方差取代了标准方差来表征频率稳定度。阿仑方差在测频中被用来描述两次相邻频率差值的方差 ,理论上它在测量次数上要求是无限的 ,在相邻两次频率的测量是无间歇的 ,但在实际测量时是不可能做到的。只要我们满足一定的条件 ,取值合理 ,那么阿仑方差的测量结果就比较准确。尽管阿仑方差有许多优点 ,然而它也有一些缺点 ,文章对此也作了概述。     

原子钟相位与频率估计的误差特性

本文讨论了原子钟内部的3种噪声即白色调相噪声，白色调频噪声和随机游走调频噪声对相位和频率估计的影响，分析表明，这3种噪声对相位估计和频率估计的影响完全不同，在相位估计中，选择适当的平滑长度和取样间隔可以控制估计误差，而在频率估计中，估计精度不能通过[估计器或测量设备的改进而任意提高，存在一个极限，这个极限由原子钟的内部噪声来决定。     

高性能铷原子钟频率长期特性参量估值算法研究

针对时间同步设备中广泛使用的铷原子钟长期特性参量估值问题,提出了一种三维状态参量实时估值模型,通过对真空及常压下连续运行两个月以上铷原子钟输出频率的连续监测,将哈德玛方差进行最小二乘非线性拟合,提取铷原子钟状态估值模型噪声参数,得到铷原子钟状态参量估值。结果表明,利用该状态估值模型对铷原子钟频率漂移率进行估值,与目前国内检定规范中通用的最小二乘估值模型相比,估值误差明显减小,更反映铷原子钟频率漂移率的实时变化情况。     

由相位噪声间接测量阿伦方差的研究

振荡器的频率稳定度在时域一般用阿伦方差表征,在频域一般用相位噪声谱密度函数表征,两者存在一定的数学转换关系,即可以由频域测量的相位噪声谱密度函数转换为时域的阿伦方差.t<0.1 ms时短期频率稳定度的时域测量非常困难.利用两者之间的转换关系对振荡器的时域稳定度进行了间接测量,并用实测数据进行了验证.     

频率稳定度时域表征的测量不确定度

本文介绍了频率稳定度时域测量中最基本的一种方法 ,即频差倍增法 ,并详细分析了测量不确定度的来源及其算法。     

新型国产氢原子钟的设计改进及其在守时中的初步应用

氢原子钟是一种稳定的频率标准,环境温度变化及微波谐振腔的老化比较容易引起其输出频率的变化,从而导致钟的长期性能变差.上海天文台针对这些年来许多氢钟出现的相关的问题,结合国外氢钟实验室的经验,对谐振腔自动调谐器、温度控制的设计进行了改进以改善氢原子钟的长期性能.描述了为国家授时中心守时系统所研制的氢原子钟的技术改造特点与所达到的性能指标及在守时中的应用结果.     

频率稳定度时域表征的测量不确定度

本文介绍了频率稳定时域测量中最基本的一种方法，即频差倍增法，并详细分析了测量不确定度的来源及其算法。     

一种低功耗被动型CPT原子钟

介绍了一款新研制的被动型相干布局囚禁(CPT)原子钟样机及其主要性能.样机功耗约为4 W,频率稳定度达到在τ＜8000s范围内优于6×10-11τ-1/2,10 MHz 输出频率在1Hz范围内的相位噪声达到-79.1dBc/Hz .所研制的CPT原子钟具有小型、低功耗的特点.     

环境温度对氢原子钟性能的影响

本文探讨了被动型氢原子钟在宽温度环境下的频率特性,为小型、易搬运、高可靠、环境适应性强、高性能氢原子钟的研制提供了参考.将被动性氢原子钟置于温箱,测量其在不同温度下的开机特性、频率稳定度、频率准确度等参量.本文在10℃~35℃的宽温度范围内进行测试分析,研究了环境温度对氢原子钟开机特性、频率准确度及频率稳定度的影响.对于被动型氢原子钟在恶劣环境下的研制和应用提供可靠的依据和参考,也可为研究其它类型原子钟受温度的影响提供借鉴.     

基于开槽管腔的高信噪比铷原子钟物理系统

物理系统提供的原子鉴频信号信噪比是决定铷原子钟频率稳定度的关键因素。借助高频结构仿真软件,设计了一款内径为20 mm的开槽管微波腔。分析和测试表明,该微波腔内微波场磁力线沿腔轴方向均匀密集分布,可激励高强度铷原子微波跃迁。基于这种微波腔,设计出分离滤光物理系统。借助F-P干涉仪光谱测量,优化了滤光效果。测试表明,这种物理系统具备高信噪比,可用于制造频率稳定度为5.0×10^-13t^-1/2的铷原子钟。     

原子钟频差数据去噪算法的研究

为降低原子钟频差的噪声,根据其数据非线性非平稳的特征,将整体经验模态分解用于原子钟频差去噪算法。首先将原子钟频差数据叠加一定强度的白噪声;然后进行经验模态分解,如此重复多次;最后将各分量叠加求平均得到去噪的原子钟频差序列。从时域和频域上分别分析了该算法的去噪效果,并与小波阈值去噪算法进行了比较。结果表明,该算法有效地去除了原子钟频差数据序列中的噪声,将方差由小波算法的2.707%降为0.7263%,数据变得更加平稳。     

一种原子钟组加权的优化策略

原子钟组集成技术广泛应用于计时系统中,以保持原子时标的准确性、稳定性和连续性。相同环境下的原子钟之间可能存在一定的相关性,这在一定程度上限制了原子时标性能。从原子钟组与其协方差矩阵的相关性出发,考察了相同环境因素对原子钟频率特性的影响,基于正则化理论设计了一种原子钟组加权方法。将该方法应用于中国计量科学研究院铯钟组,实验表明有效降低了原子钟组的输出频率不稳定性。     

原子钟数据消噪方法比较研究

主要研究了小波方法、Vondrak、Kalman滤波等7种方法在时间尺度计算中原子钟数据消噪的应用,和未消噪的序列相比较,其RMS分别从1.26 ns提高到0.66 ns,0.77 ns,0.80 ns;利用这几种不同的方法消噪后重新计算了时间尺度,其修正的Allan方差从7.29D-15提高到5.18D-15,5.63D-15,5.67D-15(τ=1d),证明小波消噪方法获得的时间尺度更加稳定,其他几种滤波方法也能达到比较好的消噪效果.     

原子钟钟差预测不确定度的建模与分析

钟差预测是原子钟时标产生和原子钟驾驭的关键环节。原子钟作为精准的信号源,其信号由确定信号部分和固有噪声即随机部分组成。氢钟和铯钟主要包含两种噪声,即调频白噪声和调频随机游走噪声,这两种噪声是产生预测不确定度的主要因素。根据原子钟数学模型补充推导出原子钟时差数据预测不确定度的数学表达式,并得出了钟组的最小预测不确定度,分析了钟组的台数对预测不确定度的影响。最后通过数据仿真验证了理论的正确性。     

铷原子钟光谱灯铷量测量和寿命评估

铷光谱灯灯泡的使用寿命是影响星载铷钟寿命的关键因素。为了评估铷灯泡寿命,利用一种新的灯泡赶铷方法,显著提高了差分扫描量热计测量灯泡铷量的精度。通过对长达7年铷量测试数据的理论拟合,得到了迄今为止精度最高的铷量消耗公式,进而评估了灯泡的使用寿命。结果分析表明,对于材料为Schott 8436玻璃的灯泡,充铷量超过130 μg,使用寿命即可达到50年。     

NIM4#激光冷却-铯原子喷泉钟--新一代国家时间频率基准

中国计量科学研究院NIM4#冷原子喷泉钟自2003 年8月起已经稳定运行6个月,并于2003年9～12月期间完成了系统频率偏差评定.文中介绍NIM4#钟的喷泉实验、微波频率锁定和对其主要频率特性的实验研究.实验和分析表明,NIM4#钟频率稳定性达8×10-13τ-1/2,复现性达5 ×10-15,频偏评定不确定度达8.5 ×10-15.作为旁证,NIM4#与中国计量科学研究院原子时TA(NIM)进行了120天比对,频率偏差在误差范围之内.     

地面铷原子钟稳定性和一致性研究

研究了铷原子钟的稳定性和一致性。重点对稳定度的不同表示方法进行了比较,对同一铷原子钟不同寿命时期的稳定性、同一类型多个铷原子钟的稳定性进行了比较,研究了断续工作铷原子钟的频率稳定性、漂移率和一致性。