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基于铯基准钟与光抽运守时型小铯钟的时间尺度算法
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作者 宋会杰 董绍武 +6 位作者 王翔 章宇 郭栋 武文俊 吴丹 王心亮 刘丹丹 《物理学报》 北大核心 2025年第19期41-52,共12页
实现国家标准时间的自主可控在当前的国际形势下具有重要现实意义.本文通过研究基于自研铯基准钟和国产光抽运守时小铯钟,产生一个独立的、不依赖于外部参考的时间尺度.具体做法是将铯基准钟作为频率参考,用于预报光抽运守时小铯钟的频... 实现国家标准时间的自主可控在当前的国际形势下具有重要现实意义.本文通过研究基于自研铯基准钟和国产光抽运守时小铯钟,产生一个独立的、不依赖于外部参考的时间尺度.具体做法是将铯基准钟作为频率参考,用于预报光抽运守时小铯钟的频率漂移.通过分析光抽运守时小铯钟的噪声特性,建立了原子钟的状态方程,基于Kalman滤波算法估计光抽运守时小铯钟的状态.时间尺度的计算是基于原子钟的频率状态估计和频率漂移状态估计作为预报值,通过权重算法实现.研究了基于预测误差的权重算法和噪声特性的权重算法,结果表明利用Kalman滤波状态估计的情况下,基于预测误差的权重算法显著提升了独立时间尺度的准确度.选用铯基准钟作为频率参考,计算得到的独立时间尺度的准确度和长期稳定度明显优于时间尺度本身作为频率参考的情况.以国际标准时间UTCr为参考得出独立时间尺度的准确度保持在15 ns以内.取样间隔为1 d的频率稳定度为1.57×10^(-14),取样间隔为15 d的频率稳定度为4.29×10^(-15),取样间隔为30 d的频率稳定度为2.87×10^(-15).可满足当前国家用时需求. 展开更多
关键词 原子钟状态模型 原子钟噪声 时间尺度 KALMAN滤波
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Physics Magazine 2024年度亮点
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作者 朱星(编译) 《物理》 北大核心 2025年第1期47-48,共2页
超高精度的钍原子核钟2024年,研究人员扫除了构建原子核钟(nuclear clock,简称核钟)的一个重大障碍。用钍-229同位素构建的核钟的跃迁能级极其窄,因而不易受到外场波动的影响,其精确度要比当今最好的原子钟提高十倍。研究人员测量了这... 超高精度的钍原子核钟2024年,研究人员扫除了构建原子核钟(nuclear clock,简称核钟)的一个重大障碍。用钍-229同位素构建的核钟的跃迁能级极其窄,因而不易受到外场波动的影响,其精确度要比当今最好的原子钟提高十倍。研究人员测量了这个唯一被认为适于用激光和精密谱仪操控的原子核的跃迁能级和波长,即钍-229同位素的激发态。测量涉及用激光将原子核从核基态激发,这是一个核钟能够受控运行的关键步骤。 展开更多
关键词 原子核 原子钟 跃迁能级 同位素 激发态 超高精度
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Breakthrough Science Portends Nuclear Clocks of Unprecedented Precision
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作者 Dana Mackenzie 《Engineering》 2025年第6期3-5,共3页
In a series of three papers published in 2024[1-3],physicists in Austria,Germany,and the United States reported the first direct observations with table-top lasers of a new nuclear process,in which the nucleus of a th... In a series of three papers published in 2024[1-3],physicists in Austria,Germany,and the United States reported the first direct observations with table-top lasers of a new nuclear process,in which the nucleus of a thorium atom absorbs a photon and goes into an excited state,then re-emits the photon and returns to its ground state.This“thorescence”phenomenon“is exactly the same process as fluorescence,but it takes place inside the nucleus,”said Ekkehard Peik,professor and head of the department of time and frequency at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt(the German national metrology institute)in Braunschweig,Germany. 展开更多
关键词 FLUORESCENCE nuclear processin re emission photon absorption excited state thorium atom nuclear process thorescence
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国际计量前沿资讯
4
《中国计量》 2025年第9期31-32,共2页
NIST铝离子钟创最精准时钟纪录.近日,美国国家标准与技术研究院(NIST)研究团队历时20年研发的铝离子“量子逻辑钟”创下全球最精准时钟新纪录,其系统不确定度达5.5×10^(-19),比上一项纪录提升了41%。该时钟依托量子逻辑技术,将带... NIST铝离子钟创最精准时钟纪录.近日,美国国家标准与技术研究院(NIST)研究团队历时20年研发的铝离子“量子逻辑钟”创下全球最精准时钟新纪录,其系统不确定度达5.5×10^(-19),比上一项纪录提升了41%。该时钟依托量子逻辑技术,将带电铝原子与镁离子配对,通过优化激光器、离子阱、真空腔体等系统细节实现性能突破。这一成果不仅为重新定义“秒”提供了更高精度支撑,有助于量子物理新概念探索与量子技术工具开发,还通过缩短测量时间(从三周缩短至一天半). 展开更多
关键词 国际计量 量子逻辑钟 时钟纪录 系统不确定度 NIST
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基于离散正弦波调频的CPT原子钟微波调制方法
5
作者 黄鹏翔 廉吉庆 +3 位作者 祝诚勇 李理敏 潘多 陈景标 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期574-583,共10页
传统二进制频移键控(2FSK)调制的微波信号存在频谱边带展宽的问题,这会间接影响各个光频成分对碱金属原子跃迁的作用,进而限制相干布居囚禁(CPT)原子钟的守时性能。本文通过分析不同调制方式的微波信号对原子吸收线型和鉴频信号的影响,... 传统二进制频移键控(2FSK)调制的微波信号存在频谱边带展宽的问题,这会间接影响各个光频成分对碱金属原子跃迁的作用,进而限制相干布居囚禁(CPT)原子钟的守时性能。本文通过分析不同调制方式的微波信号对原子吸收线型和鉴频信号的影响,提出了一种基于离散正弦波调频(DSWFM)的微波调制方法,利用直接数字调制技术实现载波多频率连续切换,大大降低了频谱的边带宽度。实测结果表明,相比传统2FSK调制,基于DSWFM调制下的CPT原子钟在1 s、10 s和100 s平均时间下的频率稳定度分别提升了约17%、36%和48%。 展开更多
关键词 光电子学 频率稳定度 离散正弦波调频 相干布居囚禁原子钟 二进制频移键控
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基于光晶格原子钟的量子精密测量
6
作者 卢晓同 常宏 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期437-449,共13页
光晶格原子钟凭借其超高频率分辨的钟跃迁探测、极高的频率稳定度和准确度、光频域的钟跃迁、纯净的原子初态制备和超长的量子态相干操控时间等特点,在量子精密测量领域发挥着重要作用。利用光晶格原子钟钟跃迁频率对电场、磁场、温度... 光晶格原子钟凭借其超高频率分辨的钟跃迁探测、极高的频率稳定度和准确度、光频域的钟跃迁、纯净的原子初态制备和超长的量子态相干操控时间等特点,在量子精密测量领域发挥着重要作用。利用光晶格原子钟钟跃迁频率对电场、磁场、温度和重力加速度等物理量敏感的特点,可以通过设计实验来定量确定待测物理量与钟跃迁频率以及跃迁速率的关系,并结合相关理论推导出待测量。本文综述了光晶格原子钟在量子精密测量方面的典型应用,包括时间频率测量、广义相对论的检验、基本物理常数随时间变化的测量和原子物理研究等。 展开更多
关键词 量子信息 光晶格原子钟 量子精密测量 光与原子相互作用 光晶格
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基于Simulink的离子微波钟闭环控制仿真分析
7
作者 辛弄潮 杨国梁 +1 位作者 韦彦一 张懿 《宇航计测技术》 2025年第1期68-72,共5页
基于离子微波钟的系统组成和工作原理,提出并利用Simulink平台构建了离子微波钟频率闭环控制系统的数学模型。该模型详细模拟了典型闭环控制过程中的动态响应,重点分析了比例-积分-微分(Proportional,Integral,and Derivative,PID)控制... 基于离子微波钟的系统组成和工作原理,提出并利用Simulink平台构建了离子微波钟频率闭环控制系统的数学模型。该模型详细模拟了典型闭环控制过程中的动态响应,重点分析了比例-积分-微分(Proportional,Integral,and Derivative,PID)控制器的关键参数、闭环控制环路的响应时间以及离子数目衰减特性对系统稳定性和精度的影响。通过对上述参数的综合优化,明确了它们在提升系统性能中的作用机制,并探讨了不同参数配置对频率稳定性的影响规律。研究结果为离子微波钟的设计与优化提供了直观的仿真验证手段和理论依据,对提高微波钟的长期稳定性和精度具有重要的应用价值。该研究方法和结论可推广至其他基于频率控制的高精度时频设备,为相关领域的工程实践提供参考。 展开更多
关键词 原子钟 闭环控制 模型仿真
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某型铷钟抗振结构设计与仿真
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作者 冯玉宾 刘硕 +1 位作者 王伟丽 李世光 《宇航计测技术》 2025年第3期67-73,92,共8页
铷钟(铷原子钟)是一种量子频标设备,其内部的物理部分以及压控晶振等对振动较为敏感。针对铷钟载荷发射阶段抗力学环境要求,开展了其抗振性设计、仿真与试验验证。提出了采用钢丝绳减振器的方案,并基于ANSYS软件对整机进行了模态分析得... 铷钟(铷原子钟)是一种量子频标设备,其内部的物理部分以及压控晶振等对振动较为敏感。针对铷钟载荷发射阶段抗力学环境要求,开展了其抗振性设计、仿真与试验验证。提出了采用钢丝绳减振器的方案,并基于ANSYS软件对整机进行了模态分析得到了其固有频率与振型;对其进行随机振动仿真分析,得到了整机位移、应力以及测试点的振动加速度,并通过试验进行了验证。结果表明,铷钟X、Y、Z三个方向振动量级分别减小了95.46%、80.25%、96.49%,仿真与试验结果误差分别为14.85%、7.41%、9.61%。采用的有限元分析方法具有分析效率高、成本低、与试验结果吻合较好等优点,提出的减振及有限元仿真方案对后续铷钟的抗振设计具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 铷钟 钢丝绳减振器 模态分析 随机振动
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磁选态铯原子钟检测与维修优化方法
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作者 孙文龙 林勇昕 《中国计量》 2025年第1期100-103,108,共5页
文章针对铯原子钟故障诊断、维修较为复杂的特点,提出了一种磁选态铯原子钟检测与维修优化方法。该方法基于故障树分析(FTA)原理,通过参数监测、机理分析定位到故障部件,针对不同类型的故障,采取部件替换或元器件更换措施。其中,铯束管... 文章针对铯原子钟故障诊断、维修较为复杂的特点,提出了一种磁选态铯原子钟检测与维修优化方法。该方法基于故障树分析(FTA)原理,通过参数监测、机理分析定位到故障部件,针对不同类型的故障,采取部件替换或元器件更换措施。其中,铯束管作为铯原子钟最为复杂的核心部件,其在替换前的参数匹配尤为重要。文章通过对某型铯原子钟进行维修与性能测试,验证了该方法的合理性。 展开更多
关键词 时间频率 铯原子钟 检测维修 计量检定
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北斗与GPS系统在轨原子钟钟差数据分析与评估 被引量:2
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作者 张照瑞 廉吉庆 《真空与低温》 2024年第6期691-696,共6页
在卫星导航系统中,原子钟是时间测量的基准和核心组成部件,其性能直接决定导航、定位和授时的质量。在轨原子钟性能评估是保证卫星导航系统正常运行的前提和基础,对于原子钟产品性能改进具有重要的参考价值。介绍了原子钟性能评估的主... 在卫星导航系统中,原子钟是时间测量的基准和核心组成部件,其性能直接决定导航、定位和授时的质量。在轨原子钟性能评估是保证卫星导航系统正常运行的前提和基础,对于原子钟产品性能改进具有重要的参考价值。介绍了原子钟性能评估的主要参数和评估方法。分析和对比了北斗与GPS原子钟钟差数据,结果表明:北斗二号与GPS相比,铷原子钟的准确度、稳定度和漂移率有一定的差距;北斗三号搭载了铷原子钟和氢原子钟,性能指标均有较大的提升,氢原子钟10天稳定度和天稳定度普遍达到了10^(−15)量级,其性能指标与GPS相当;最新的GPS Block IIF型卫星搭载的铷原子钟长期频率稳定度有了显著的提升,国产铷原子钟的性能指标还有进一步提升的空间。 展开更多
关键词 星载原子钟 在轨性能评估 准确度 漂移率 稳定度
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你想要一台多准的钟?
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作者 林弋戈 《中国计量》 2024年第8期30-32,共3页
当家里的老式挂钟每天都会比电视台的标准时间快或慢几秒时,你是否想拥有一台走时更准确的钟,从而免去频繁对时?那目前最准确的钟是什么样子的呢?目前,世界上最准确的钟叫光钟,这个名字并非指其拥有一个漂亮的发光表盘来显示时间,也并... 当家里的老式挂钟每天都会比电视台的标准时间快或慢几秒时,你是否想拥有一台走时更准确的钟,从而免去频繁对时?那目前最准确的钟是什么样子的呢?目前,世界上最准确的钟叫光钟,这个名字并非指其拥有一个漂亮的发光表盘来显示时间,也并非因其装饰了很多晶莹剔透的宝石而光芒四射。 展开更多
关键词 光芒四射 光钟 对时
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一种改进经验模态的原子钟数据去噪算法 被引量:1
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作者 魏文晓 马晖 +2 位作者 姜浩楠 肖涵 戴幻尧 《光学与光电技术》 2024年第4期105-110,共6页
原子钟受仪器内部硬件设施及外界扰动等影响,钟组频差数据会出现噪声和粗差值,严重影响原子钟信号的稳定性和准确度,因此提出了一种改进原子钟去噪算法——改进EMD-AKF算法。将原子钟数据依据3σ准则进行粗差值剔除后,结合经验模态分解... 原子钟受仪器内部硬件设施及外界扰动等影响,钟组频差数据会出现噪声和粗差值,严重影响原子钟信号的稳定性和准确度,因此提出了一种改进原子钟去噪算法——改进EMD-AKF算法。将原子钟数据依据3σ准则进行粗差值剔除后,结合经验模态分解和自适应卡尔曼滤波对预处理后的数据进行分析,根据皮尔逊相关系数和自相关系数确定经验模态分解后IMF分量中的主导成分,对噪声主导的IMF分量进行自适应卡尔曼滤波去噪,最终重组出新的原子钟钟差数据。通过对处理前后的钟差数据进行稳定性评估得出,改进EMD-AKF算法使得原子钟信号的频率稳定度提升一个量级,极大降低了计数器等仪器噪声对原子钟频差数据的影响。 展开更多
关键词 经验模态分解 自适应卡尔曼滤波 原子钟钟差数据 铯原子钟 阿伦方差
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基于FPGA的星载被动型氢钟数字温控技术研究
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作者 胡旺旺 王瑞 +4 位作者 帅涛 陈鹏飞 赵阳 潘晓燕 徐昊天 《时间频率学报》 CSCD 2024年第2期90-96,共7页
原子钟作为一种量子时间计量仪器,温度变化对其长期性能有较大影响。微波谐振腔是被动型氢原子钟的核心,分析了温度变化对谐振腔物理特性的影响,为使被动型氢钟频率稳定度达到10^(-15)/d量级的要求,微波谐振腔部分的温度变化不能超过0.0... 原子钟作为一种量子时间计量仪器,温度变化对其长期性能有较大影响。微波谐振腔是被动型氢原子钟的核心,分析了温度变化对谐振腔物理特性的影响,为使被动型氢钟频率稳定度达到10^(-15)/d量级的要求,微波谐振腔部分的温度变化不能超过0.02℃/d。本文设计了一种低噪声的精密温度控制系统,并对被动型氢原子钟进行温度控制。实验结果显示,当外界环境温度变化不超过1℃时,44 h内谐振腔腔中温度波动小于0.005℃,性能优异。该方案为被动型氢原子钟数字电路的后续改进提供了依据,可应用于小型化星载氢钟设计。 展开更多
关键词 被动型氢原子钟 频率稳定度 微波谐振腔 温度控制
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机动状态下国产铯原子钟稳定性分析
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作者 崔海波 王伟 +3 位作者 武建锋 李帅辰 李冲 王康 《时间频率学报》 CSCD 2024年第1期26-33,共8页
车载机动状态下的守时系统可以满足一些特殊应用场合的实际需求,其核心部分便是原子钟。主要利用守时车辆在三级道路上移动前后的数据,分析了国产小型铯原子钟在无溯源车载机动状态下的动态Allan标准偏差(ADEV)以及噪声的幂律谱,为未来... 车载机动状态下的守时系统可以满足一些特殊应用场合的实际需求,其核心部分便是原子钟。主要利用守时车辆在三级道路上移动前后的数据,分析了国产小型铯原子钟在无溯源车载机动状态下的动态Allan标准偏差(ADEV)以及噪声的幂律谱,为未来国产小型铯原子钟的移动应用提供支撑。结果表明,铯原子钟车载机动状态对铯原子钟的频率稳定度有一定的影响,ADEV的采样时间τ为1~1000 s频率稳定度最大恶化了1.15×10^(-11),恶化约一个数量级;采样时间τ≥1000 s稳定度恶化相对较小,最大恶化了8.74×10^(-13),恶化一倍左右。在噪声方面,铯原子钟机动状态主要受到白色调相噪声的影响。 展开更多
关键词 车载可搬移守时 铯原子钟 动态Allan标准偏差 幂律谱
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基于钟驾驭模式的定时接收机绝对校准 被引量:11
15
作者 朱峰 李孝辉 张慧君 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1946-1954,共9页
卫星导航中定时接收机的延迟校准一直是个难点,不同类型接收机的校准方法有所不同,需要研究有针对性的解决方法。在对无1PPS信号输入接收机分析的基础上,研究了基于钟驾驭模式接收机延迟的绝对校准方法。相比NRL实验室选用的有1PPS信号... 卫星导航中定时接收机的延迟校准一直是个难点,不同类型接收机的校准方法有所不同,需要研究有针对性的解决方法。在对无1PPS信号输入接收机分析的基础上,研究了基于钟驾驭模式接收机延迟的绝对校准方法。相比NRL实验室选用的有1PPS信号输入接收机而言,钟驾驭模式的接收机延迟除了受伪距测量、硬件链路时延影响以外,还与系统时钟分辨率有关,时钟分辨率越高的接收机其本地钟向卫星钟的驾驭性能越好,对应的通道延迟也越小。试验选用模拟器Spirent GSS8000分别对Novatel和Septentrio两款不同型号的接收机进行校准,受跟踪环路和射频滤波器群时延的影响,不同型号接收机在不同频段和不同伪码下的延迟存在差异。Novatel接收机对C/A码1.2 ns的不确定度优于P码的1.5 ns,Septentrio接收机L1频段1.5 ns的不确定度大于L2频段的1.3 ns,但由于系统时钟的不稳定,双频电离层改正后Septentrio接收机的不确定度4.3 ns要高于Novatel的3.8 ns。 展开更多
关键词 钟驾驭 绝对校准 接收机延迟 TTC 伪距
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外部参考信号相位差对接收机零值的影响分析 被引量:4
16
作者 朱峰 张慧君 +1 位作者 李孝辉 刘音华 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1592-1597,共6页
卫星导航中接收机在使用前要进行零值校准,标记接收机的零值偏差,不同类型接收机的校准方式有所差异,需要研究有针对性的解决方法。本文通过分析接收机的特性,研究了北斗监测接收机(Uni NAV MUE_C_001)的零值校准方法,并搭建了校准平台... 卫星导航中接收机在使用前要进行零值校准,标记接收机的零值偏差,不同类型接收机的校准方式有所差异,需要研究有针对性的解决方法。本文通过分析接收机的特性,研究了北斗监测接收机(Uni NAV MUE_C_001)的零值校准方法,并搭建了校准平台。试验选用模拟器(Uni NAV GSS8000)对接收机进行校准,在外部输入参考1PPS时间信号和10 MHz频率信号的情况下,接收机零值主要受1 PPS与10 MHz信号相位差(Tt P)的影响。从试验结果来看,连续运行测试时,零值随Tt P的增大而单调递减。开关机测试时,受调钟方式的影响,零值随Tt P的增大而呈周期性变化。试验同时分析了校准的不确定度,受射频滤波器和伪码测距精度的影响,接收机B3频段2.3 ns的不确定度要优于B1、B2频段的2.8 ns。最后对校准的两台接收机进行了零基线比对试验,验证了Tt P与接收机零值的关系,且校准一致性优于0.5 ns。 展开更多
关键词 北斗接收机 零值偏差 TT P 不确定度 零基线比对
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铷原子频标数字伺服系统 被引量:6
17
作者 曹远洪 张贤谊 +2 位作者 康松柏 钟达 梅刚华 《波谱学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期494-500,共7页
分析了铷频标内锁频环路相敏检波基本原理和数字伺服的基本方法.采用单片机(MCU)、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)设计了一种数字伺服系统.利用该数字伺服系统,实现了铷原子频标的闭环锁定,短期稳定度指标达到一般商品铷钟水平.
关键词 铷原子频标 相敏检波 数字伺服
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改善铷原子钟物理部分温度系数的研究 被引量:4
18
作者 张俊 翟浩 +4 位作者 杨炜 王世伟 陆昉 卫立勋 崔敬忠 《宇航计测技术》 CSCD 2011年第6期8-11,29,共5页
铷原子钟的温度系数是决定其长期频率稳定度的关键因素,物理部分的温度系数又是铷原子钟温度系数的重要组成部分。为了改善物理部分的温度系数,在理论分析的基础上开展了试验研究,结果表明:提出的改善物理部分温度系数的措施是有效的。... 铷原子钟的温度系数是决定其长期频率稳定度的关键因素,物理部分的温度系数又是铷原子钟温度系数的重要组成部分。为了改善物理部分的温度系数,在理论分析的基础上开展了试验研究,结果表明:提出的改善物理部分温度系数的措施是有效的。这对于进一步提高星载铷原子钟频率稳定度具有积极作用。 展开更多
关键词 铷原子钟 物理部分 温度系数 频率稳定性
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引力波引起的脉冲星计时残差模拟与分析 被引量:4
19
作者 童明雷 丁勇恒 +2 位作者 赵成仕 高峰 高玉平 《时间频率学报》 CSCD 2015年第1期44-51,共8页
为了能将引力波引起的脉冲星计时残差从总的脉冲星计时残差中分离出来,我们介绍了3种形式的引力波(单一持续的引力波、单一瞬时的引力波和随机引力波背景)及其对脉冲星计时残差的影响,并利用脉冲星计时处理软件Tempo2进行了模拟,对模拟... 为了能将引力波引起的脉冲星计时残差从总的脉冲星计时残差中分离出来,我们介绍了3种形式的引力波(单一持续的引力波、单一瞬时的引力波和随机引力波背景)及其对脉冲星计时残差的影响,并利用脉冲星计时处理软件Tempo2进行了模拟,对模拟得到的这三种引力波源引起的脉冲星计时残差进行了分析比较。该工作在脉冲星时间尺度的建立及其应用方面具有参考意义。 展开更多
关键词 脉冲星 引力波 计时残差
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主动型氢原子钟的研究进展 被引量:6
20
作者 何克亮 张为群 林传富 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2017年第3期345-366,共22页
基于氢原子微波激射器(氢脉泽)的主动型氢原子钟(氢钟)拥有极好的中短期频率稳定度,而原子储存泡是氢脉泽的关键技术。位于微波谐振腔内的原子储存泡中的氢原子系综与电磁场相互作用。简述了氢原子系综与电磁场相互作用的动力学过程、... 基于氢原子微波激射器(氢脉泽)的主动型氢原子钟(氢钟)拥有极好的中短期频率稳定度,而原子储存泡是氢脉泽的关键技术。位于微波谐振腔内的原子储存泡中的氢原子系综与电磁场相互作用。简述了氢原子系综与电磁场相互作用的动力学过程、氢脉泽和主动型氢原子钟的相位噪声,还介绍了原子储存、原子与原子的自旋交换碰撞、原子与泡壁的碰撞和磁场不均匀弛豫等主要弛豫过程。并概述了在腔频的自动调谐方法、双选态系统方面的发展和电离源、真空系统等技术方面的改进。最后,讨论了氢钟的发展前景。 展开更多
关键词 原子钟 氢微波激射器 原子储存泡 弛豫 频率稳定度
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