氢钟和铯钟联合守时研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11303032
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
28.0万
负责人：
赵书红
依托单位：
中国科学院国家授时中心
学科分类：
A1802.时间与频率
结题年份：
2016
批准年份：
2013
项目状态：
已结题
起止时间：
2014-01-01 至2016-12-31

项目参与者：
王正明；尹东山；刘娜；刘彪；卢建福；林思嘉；
关键词：
频率驾驭原子时尺度算法频率预报时间保持

项目摘要

NTSC(National Time Service Center of Chinese Academy of Sciences(CAS)) has taken the charge of the national standard time UTC(NTSC). |UTC-UTC(NTSC)| has been kept within 30ns since AUG 2008,which is the notable achievements on high precision time-keeping .But the shortage of UTC ( NTSC ) is that short-term Jitter obviously and Short-term stability is poor,the weights of hydrogen clocks involving the calculation of TAI is too low ,the algorithms of predicting the main clock frequency ,controlling the steering of UTC(NTSC) are the three key aspects.therefore,it is necessary to improve the accuracy of UTC(NTSC) approximation to UTC,and improve the short-term frequency stability。It has very important practical research on time-keeping Combining Cesium Clocks and Hydrogen Masers.In this paper, the following points are expounded and discussed. 1)The research on the algorithms of atomic time scale which are Combined Cesium Clocks and Hydrogen Masers. 2)According to different types of the main clock ,the different algorithms of predicting frequency are presented and analyzesed . 3)The research on controlling the steering of UTC(NTSC) are discussed.

自2005年8月开始，中国科学院国家授时中心产生的标准时间UTC(NTSC)与协调世界时UTC的偏差保持在30ns以内，这是高精度的时间保持研究的结果。但是UTC(NTSC)的短期波动剧烈，短期稳定度比较差。这与参与原子时计算中氢钟的权重过低，无法将良好的短期稳定性传递到UTC(NTSC)，选取的主钟频率源的频率预报算法，及当前所采用的频率驾驭方法有关。预期的目标是提高UTC(NTSC) 逼近于UTC的良好的准确度，也要提高频率短期稳定度水平。因此，开展氢钟和铯钟联合守时的研究具有非常重要的实际意义。主要研究内容包括：（1）氢钟和铯钟共同参与的时间尺度算法研究；（2）选择不同类型的主钟频率源，频率预报方法研究；（3）频率驾驭方法研究。

结项摘要

精密时间在保障国家高科技进步、国防和国民经济建设中发挥了重要的作用，为满足国家重要基础设施、国防对标准时间频率的需要，以氢钟和铯钟联合守时研究为导向，结合国家授时中心守时钟组和主钟系统的实际情况，开展氢钟和铯钟联合时间尺度算法、氢钟的频率预报算法以及不同类型主钟频率源的频率驾驭算法研究。通过本项目的研究和本单位开展的守时技术研究，使我国的标准时间UTC(NTSC)的产生和保持实现国际先进水平。2014年起，我国时间基准UTC(NTSC)相对于UTC的绝对相位偏差由±30ns提高至±10ns以内，并作为中科院十二五期间重要的成果之一在“国家十二五科技创新成就展”中的“加快国家科研基地建设，夯实原始创新基础展台”上展出。.考虑到目前氢钟在原子时计算中权重过小的实际情况，探讨如何在参考原子时算法方面将氢原子钟的优良特性最大程度的发挥出来。本项目参考目前BIPM对ALGOS算法的改进，对目前UTC(NTSC)所采用的时间尺度算法进行了相应的改进，而且最大程度发挥出氢原子钟的优良特性。项目试验结果表明，这种算法充分发挥了氢钟优良的短期稳定性和铯钟良好的长期稳定性，提高了参考原子时尺度的短期和长期稳定度。.一般情况下原子时算法中所涉及的频率预报算法，只考虑钟的相位和频率影响，没有考虑到频率漂移的影响，因此项目组利用实际数据试算后，建议氢钟的频率预报模型中加上一个二次项来描述钟的频率漂移，即选用二次模型。铯原子钟的频率预报模型选用线性预测模型时，而氢原子钟的预报模型选用二次模型预测。. 本项目分别提出了铯钟和氢钟为主钟频率源的频率驾驭算法，并编写了相关的软件，开展了相应的主钟频率驾驭的试验。试验结束后，国家授时中心时频基准实验室的主钟系统正式使用这套软件，即UTC(NTSC)正式采用这套自动监控软件。新的频率驾驭算法实现UTC(NTSC)相对于UTC的相位偏差保持在±10ns之内，并且UTC(NTSC)的短期和长期稳定度得到了很大的提高。