汞离子微波频标汞光谱灯设计

汞离子微波频标由于其体积小、指标高的优势,未来将在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。汞离子微波频标的优势在于利用汞灯进行抽运,可实现小型化。而汞灯的指标会限制汞离子微波频标的物理极限,因此汞灯的设计尤其重要,通过大量的实验完成了汞灯的设计。测试指标如下,功率稳定度大约2.5%,测试时间为3天; 194nm与253nm谱线能量比约1/45,通过滤光泡可改善为1/3。     

汞离子微波钟技术研究进展

汞离子微波钟利用四极线型阱实现离子囚禁，通过汞光谱灯完成汞离子态的制备，易于集成和小型化；通过离子阱和汞光谱灯及其光路等关键组件优化设计，使汞光谱灯发出的抽运光与离子阱囚禁的离子充分作用，完成态的制备；40.5 GHz微波通过喇叭发射至离子阱中心，完成离子数反转；利用弱荧光信号探测系统完成汞离子超精细能级跃迁谱线的探测，实测跃迁谱线线宽约1 Hz;通过伺服控制环路完成汞离子微波钟的闭环锁定，经实验测试，频率稳定度可达■。     

汞离子微波钟技术研究进展

汞离子微波钟利用四极线型阱实现离子囚禁，通过汞光谱灯完成汞离子态的制备，易于集成和小型化；通过离子阱和汞光谱灯及其光路等关键组件优化设计，使汞光谱灯发出的抽运光与离子阱囚禁的离子充分作用，完成态的制备；40.5 GHz微波通过喇叭发射至离子阱中心，完成离子数反转；利用弱荧光信号探测系统完成汞离子超精细能级跃迁谱线的探测，实测跃迁谱线线宽约1 Hz;通过伺服控制环路完成汞离子微波钟的闭环锁定，经实验测试，频率稳定度可达■。     

分区式线型阱设计及其离子囚禁性能分析

基于分区式线型阱的汞离子微波钟已在国际上首次实现了空间在轨飞行验证，为今后深空探测技术领域实现单向导航奠定了基础。设计了一种基于“四极阱+十二极阱”的分区式线型离子阱，主要采用离子数密度分布模型，数值分析了轴向和径向的势阱结构特征，研究了该离子阱的离子囚禁性能，给出了囚禁离子的设计参数，估算了该离子阱应用于汞离子微波钟的二阶多普勒频移大小。论证了四极阱中实现光抽运与荧光探测，十二极阱中实现离子与微波相互作用及自由演化稳定存储功能的可行性。该项工作对于高性能离子囚禁钟和质谱仪的设计具有一定借鉴意义。     

~(201)Hg~+离子贮存式频率标准

本文讨论利用在潘宁离子收集器中贮存~201Hg~+离子实现微波频率(和时间)标准以及光频标性能的潜力与存在的问题。有许多讨论一般都适用于离子贮存式频标。激光致冷、光抽运、以及微波或光时钟跃迁的光检测,可利用在194.2nm6P~2P_(1/2)←6~2S_(1/2)跃迁的窄带幅射,而有选择地将基态超精细能级与适当的微波幅射加以混频来完成。特别适用于采用潘宁(冷阴极)离子收集器的一阶独立场微波时钟跃迁是在1.534T 磁场的25.9GHz(F,M_F)=(2,1)←→(1,1)超精细跃迁。在563nm(毫微米)的双量子无多普勒5d~96S~(22)D_(5/2)←→5d~(10)6S~2S_(1/2)迁可能是光频标所要选用的。两种频标的绝对准确度具有达到好于1×10~(-15)而频率稳定度低于10~(-16)的潜力。     

铷频标物理系统的改进研究

物理系统是铷频标的核心部件,通过分析影响频率稳定度的因素,对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用分离滤光的三泡结构,增加了光学滤光技术,此外,物理系统还选用了磁控管微波腔。经测试,改进后的铷频标温度系数为9.7×10^-14/℃,频率稳定度约为1×10^-12/τ（1s≤τ≤10 000s）。     

四极－十六极分区式线型阱中汞离子囚禁仿真研究

利用SIMION软件建立了四极-十六极分区式线型离子阱系统模型，在此基础上仿真模拟了汞离子在四极阱和十六极阱中被囚禁时的第一稳定区，并分析了离子在不同阱中的运动特性。研究了汞离子云在分区式阱中的囚禁体积和速度分布，以及在不同囚禁区域之间的穿梭过程。模拟得出了稳态情况下分区式阱中不同囚禁区域的粒子数密度分布，验证了分区式离子阱中离子云被连续囚禁、穿梭时粒子数衰减和补偿。同时，根据以上数据分析讨论了汞离子囚禁时的多普勒效应，估算了基于此分区式离子阱的汞离子微波钟的性能水平。     

氢原子频标微皮倍频锭系统噪声

氢原子频标的微波谐振腔输出的是一极其微弱的（Ｗ＾－１３）氢脉泽微波信号，其微波频率为１４２０４０５ ７５１Ｈｚ是无法被直接利用的，需经精细放大和一系列的倍频，混凝合成后方能获得应用，更重要的是在微波放大、倍频、混凝及传递过程中，必须严格保持相位相干，任何非线性都将产生要位噪声而影响其频谱特性，终将破坏氢标的技术指标，根据研制生产、使用维修、调测工作过程实践，对氢原子频标中相位相干的微波倍频链系统噪     

一种用于CPT原子频标的高性能解调电路

介绍了同步积分器和相敏检波器级联的解调电路及该电路在相干布居囚禁（CPT）原子频标中的应用。通过理论计算和先进设计系统软件进行的仿真表明,该解调电路具有很高的Q值和很好的抑制噪声能力,是一种可应用于CPT原子频标的解调电路。对电路的测试结果证实,该电路能够从光检测信号中解调出高性能的用于激光频率稳频的多普勒吸收谱线的微分曲线和用于微波频率稳频的CPT谱线的微分曲线。     

高稳定度低温蓝宝石微波频率源设计

利用蓝宝石晶体在低温下具有低损耗的特点，设计并研制了本征模式为WGH_12,0,0的蓝宝石微波腔。当温度稳定在6.4K时，其Q值能够达到4.0×10⁸。以此微波腔为基础，形成正反馈振荡回路，并根据POUND电路原理对环路中振荡信号的相位进行控制，提高整机稳定度指标。为满足频率互比测试的需求，采用共用一个低温装置的方案，构建了两台低温蓝宝石微波源，一路输出频率为9.204GHz，另一路输出频率为9.205GHz，两路信号混频，并用时间间隔计数器测量差频信号的频率。经计算，低温蓝宝石微波频率源的秒级频率稳定度达到了3.28×10^-15。     

谐波阻抗调配器校准技术研究

作为负载牵引测量系统中的重要器件,谐波阻抗调配器的应用越来越广泛,但是目前国内有关该类仪器的校准工作尚无报道。本文以谐波阻抗调配器的工作原理为基础,设计了校准方法,并重点分析了矢量重复性的三种定义,提出了最佳校准方法。通过与出厂测试数据对比,验证了校准方法的可行性。     

深空探测器大口径天线指向在轨标定方案

基于深空探测器配备的大口径天线的指向精度要求,给出了一种深空探测器大口径天线在轨指向的标定方案,以解决深空探测器安装的大口径天线的在轨指向评价问题。通过对飞行器特点和约束条件的分析,结合"嫦娥4号"中继星天线的具体情况,采用星地协同工作的方法,给出了天线指向在轨标定的方案,并明确了标定的实施流程,最后对标定过程中的误差情况进行了分析。本方案可推广应用于其他深空探测器大口径天线指向标定方案的设计。     

太阳电池空间标定技术初探

随着各种新型空间太阳电池的发展和应用,在地面使用太阳模拟器对AMO标准太阳电池进行标定的方法在理论和实践上都遇到了严重的困难,最能反映其实际使用状态的空间标定成为解决问题的理想方案。国外太阳电池空间标定技术已十分成熟,主要航天国家如美国、欧洲、日本、巴西等都进行了各自的空间标定实验。北京东方计量测试研究所进行了太阳电池空间标定原理样机的研制工作。样机由太阳电池板、数据采集与处理模块、太阳敏感器和温度传感器组成,可同时对32路国产砷化镓多结太阳电池进行短路电流的测量,电流测试的标准不确定度小于0.5%(最佳点)。此项研究将形成标准太阳电池空间标定的完整方案,促进我国新型空间太阳电池的研究和应用。     

双向时间同步系统的设备时延校准技术研究

设备时延校准误差是卫星导航系统中伪码测距实现双向时间同步的重要误差因素,其精确校准是实现时间同步的关键技术。针对设备时延问题展开研究,提出了一种物理含义清晰、易于测量的设备时延的新定义。设计实现了一种双向时间同步系统的设备时延校准方案,基于时间同步站硬件平台验证了设备时延校准的有效性,试验结果表明时延校准的精度与准确度达到了亚纳秒量级。     

连续小推力航天器自主导航及在轨参数标定

以连续小推力航天器为背景,提出了综合考虑星载加速度计和推力器在轨标定的自主导航方案。首先以精确姿态测量和引力梯度模型为标定参考信息源,建立了包含加速度计参数、推力器参数以及光压系数的完整参数测量模型;然后基于天文导航方法建立了自主导航系统状态模型和观测模型;表明各状态和参数的能观性后,采用了具备良好计算效率和鲁棒性的双重无迹卡尔曼滤波方法进行状态和参数联合估计。分析与数值仿真表明,该方法通过结合参数在轨标定直接提高了导航模型精度,在工程应用中具备可行性和有效性。     

基于多参考源的铷原子钟校频方案的设计与实现

研究了铷钟校频系统的原理,并对校频误差进行了分析,提出了一种基于多参考源的铷原子钟校频方案,可用GNSS/北斗接收机的1PPS,IRIG-B(DC)码以及一级频标的10MHz频率三种方式校频,提供100s,1 000s,10 000s三种不同的校频时间,以满足用户对不同校频时间和校频准确度的综合需求。     

真空紫外探测器关键参数校准装置

当前真空紫外空间探测技术迅猛发展,真空紫外载荷应用越来越广,其中的核心器件真空紫外探测器的特性校准变得越来越重要,针对国内真空紫外探测器关键参数校准能力缺失问题,研制了一套真空紫外探测器关键参数校准装置,实现光谱响应率、线性度等参数的校准。论述了真空紫外探测器光谱响应率、线性度参数的校准方法,介绍了校准装置的硬件组成、校准方法和软件功能,并对其进行了测量不确定度评定。测试结果证明表明,该校准装置可以对真空紫外探测器进行主要参数的校准,校准结果准确、有效。     

制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置设计

针对目前静态扭矩校准无法完全满足使用需求的问题,设计了一种制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置,利用伺服电机、磁粉制动器等装置组成制动扭矩激励系统,用标准惯量盘作为负载,用圆光栅测量惯量盘扭摆的角加速度,将动态扭矩溯源至惯量和角加速度参数。通过建模和数值分析,阐述了校准装置的工作原理,利用研制的校准装置样机进行激励试验,试验结果证明了设计思路的可行性。     

基于自适应遗传算法的MEMS加速度计 快速标定方法

微惯性测量单元（MIMU）的标定技术是低精度惯性导航领域中的重要研究方向,传统标定方法操作复杂,标定精度严重依赖转台精度。为解决大批量MIMU快速标定的问题,提出了一种基于自适应遗传算法（GA）的微机电系统（MEMS）加速度计快速标定方法,将加速度计标定问题转化为参数优化问题。首先,利用模观测原理构造目标优化函数;然后,分析系统可观测度确定最优标定编排方案;最后,采用全局搜索的自适应遗传算法优化标定参数。实验结果表明:与牛顿迭代法相比,标定精度提升1~3个数量级,运算速度提高61%。标定后解算的水平姿态角误差小于0.1°,可实现与传统标定方法相同量级的姿态精度,验证了所提方法的优越性和实用性。