基于北斗三号的多区域实时动态授时服务系统

面向新一代移动通信和物联网等领域对高精度、低成本授时的需求,针对典型的实时动态授时服务只能单区域覆盖的问题,提出了一种基于北斗的多区域实时动态精密授时服务系统.该系统由标准时间、时间基准站、高精度时间频率实时传递链路、数据中心和时间用户等部分组成,可实现标准时间实时动态授时服务的全国多区域覆盖.依托中国科学院国家授时中心时间频率和卫星导航平台建立了原型系统,并基于多天的北斗三号新体制信号观测数据开展了试验验证.试验结果表明,短基线授时精度优于0.2ns,频率稳定度万秒稳在10-15量级;零基线授时精度可达0.02ns,频率稳定度万秒稳在10-16量级.基于北斗的多区域实时动态精密授时服务系统具备技术可行性,可为北斗精密时间应用提供参考.     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

连续冷原子束干涉陀螺仪研究进展

原子干涉陀螺仪是一种实现高精度角速率测量的新型惯性器件,被认为是下一代导航技术中的核心器件。报道了在连续冷原子束干涉陀螺仪研究上的最新进展。提出了基于连续冷原子束的干涉陀螺仪方案,该方案在保证系统灵敏度和紧凑型的前提下有助于解决冷原子干涉陀螺仪低带宽和数据率的问题。利用激光冷却的~(87) Rb冷原子束作为原子光源,利用多普勒敏感的双光子受激拉曼跃迁进行原子波包的相干操控,演示了π/2-π-π/2拉曼脉冲序列的空间型原子干涉。数据估算原子干涉陀螺的短期灵敏度为7.8×10~(-5)(rad/s)/Hz~(1/2)(1s积分时间),其中干涉条纹的信噪比为15.1,系统带宽为190Hz,系统理论带宽可以达到790Hz。     

频率源特性对CEI精度影响分析

频率源特性导致的误差是影响干涉测量精度的因素之一,基于频率源稳定性详细分析了频率基准对CEI （Connected-Element Interferometry,连线端站干涉测量）精度的影响机理,针对差分单向测距/双差分单向测距、本地相关/互相关等各种干涉测量模式,给出了频率源稳定性对测量精度影响的解析表达式,并基于典型条件量化了频率源不稳定带来的误差大小,给出了能够满足CEI的频率源稳定性指标的建议.分析计算结果表明：如果要解出载波相位延迟量,在其他误差因素不会导致相位模糊的情况下,针对X频段差分单向测距,频率源稳定性优于8.5×10^-12/s即可;针对双差分单向测距,对频率源稳定性的要求可进一步放宽.由此可以认为：在CEI模式下,较好的铷频标即可满足测量要求.     

宇航用小型化超稳晶振（USO）设计与实现

在分析高稳定晶体振荡器(OCXO)工作原理的基础上,提出了一种改善晶体振荡器相位噪声的方法.通过低噪声主振电路设计、高精度控温电路设计及机电一体化设计等措施,设计研制了一种宇航用小型化超稳定晶体振荡器(USO),尺寸为99mm×88mm×55mm.经测试,产品短期频率稳定度为2.11×10-13/1s、3.28×10-13/10s、8.61×10-13/100s(Allan方差),相位噪声为-129.4dBc/Hz@1Hz和-147.0dBc/Hz@10Hz.     

基于锁相环的光电振荡器频率稳定化研究

通过构建小数分频锁相环,将一个工作于X波段的OEO(OptoElectronic Oscillator,光电振荡器)与OCXO(Oven-Controlled Crystal Oscillator,恒温晶体振荡器)进行锁相,得到了输出信号相位噪声和长期频率稳定度的提升。从PLL(Phase-Locked Loop,锁相环)环路传输特性出发,理论分析了PLL输出信号环路带宽内相位噪声水平和作用范围。为降低OEO整体的相位噪声,采用SIL(Self-Injection-Locking,自注入锁定)使OEO在10Hz~10kHz频偏处的相位噪声得到20dB以上的抑制。在此基础上将此SIL OEO与一个频率为100 MHz的OCXO锁相,获得了频率为9.95GHz、相位噪声为-55dBc/Hz@10Hz和-124dBc/Hz@10kHz的微波信号输出,其频率的重叠阿伦方差在100s平均时间内达到1.14×10~(-11),证明了提出的方案对提升OEO频率稳定性具有一定的实际意义。     

广域差分GPS（WADGPS）：未来的导航系统

一般差分GPS（DGPS）在距基准站100公里的范围内，定位精度通常为1-3m，广域差分GPS（WADGPS）在更广阔的区域内可以获得和DGPS一样的精度，但是可以减少基准站的数量并且大大提高系统的稳妥性。利用WADGPS的试验结果表明，使用6个监视站，最短基线长1632公里的情况下，龄期为10-20s的双频用户，定位精度可达到1.5-4m。     

基于高级在轨系统的测控数传一体化方案

针对测控与数据传输信道一体化的需求,采用AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)空间链路层的等时业务,设计了一种测控数传信道一体化方案,可在上下行信道采用非相干信息帧同时传输测量信息及高速载荷数据.该方案设计了2种工作模式,模式一在上下行信道同时使用AOS传输帧,双向数据传输速率最高3 Mbit/s,测距精度优于2 m;模式二上行信道使用遥控扩频帧,可进行多站测距,抗多址干扰能力不低于15 dB,抗单频干扰能力不低于23 dB,下行信道使用AOS传输帧,最高数据传输速率3 Mbit/s,测距精度优于1 m.     

信道时延自动测量技术在时统系统中的应用

本文详细介绍了信道时延自动测量技术的原理、实现方案及测量方法。在使用超短波电台传输B码信号的场合，利用该方法测量信道的传输时延并进行自动时延修正，可以使站间同步精度优于20μs。     

甲烷-空气预混火焰中化学发光定量化测量放热率的实验研究

为了研究化学发光定量化测量火焰放热率的方法,对当量比0.8～1.2,流速5cm/s～25cm/s的甲烷-空气预混火焰进行了实验研究。使用直径0.025mm高精度铂铑热电偶测量了平面火焰的温度分布,进一步得到了放热率分布,并对火焰结构及燃烧特性进行了分析;利用ICCD相机测量了甲烷-空气预混火焰中OH*和CH*的化学发光分布,并研究了两种激发态粒子的化学发光分布与放热率分布的关系。结果表明,常压下层流预混火焰的火焰厚度仅有0.5mm左右;气流速度的变化不改变火焰结构,而当量比对火焰结构有显著影响;OH*能够比CH*更准确地标识放热率的空间分布;两种激发态粒子的化学发光强度峰值与放热率峰值均呈线性关系,且线性相关性OH*强于CH*;得到了利用化学发光强度定量化测量放热率的方法。     

GNSS驯服芯片级原子钟方法研究CSCD

芯片级原子钟是一种体积小且功耗低的高精度时钟源,具有广泛的用途。针对这一特点,设计了基于GNSS的芯片级原子钟驾驭算法。以GNSS系统时作为参考,测量芯片级原子钟与GNSS系统时间的钟差,并对芯片级原子钟进行钟差建模,获取其特征参数。通过乒乓法计算出钟驾驭调整量,对芯片级原子钟进行控制,最终将芯片级原子钟驾驭到GNSS系统时间上。经过实验验证,在驾驭时间常数为100s的情况下,芯片级原子钟与GNSS系统时间的时钟同步误差在-7.5~7.5ns之间;1h频率准确度为5.8×10-13;平均时间为10000s时的频率稳定度为3×10-13。     

基于北斗三号区域短报文通信的滑坡灾害监测数据传输方案设计

稳定的有线/无线通信链路是北斗/GNSS-RTK技术应用于滑坡灾害监测的必要条件，当监测区域地面通信基础设施缺失或突发险情引起通信链路中断时，滑坡监测工作难以开展。针对于此，研究并分析了北斗三号区域短报文通信（regional short message communication，RSMC）技术应用于滑坡灾害监测的可行性。首先设计了一种基于北斗三号RSMC的GNSS观测数据编码方法，在此基础上分析了基准站与流动站观测数据的不同传输方案对滑坡灾害监测的影响。最后对其中两种可行性较高方案的通信指标与定位效果进行了评估，结果表明，基准站采用4G、监测站采用北斗三号RSMC的第一种传输方案，平均解算时延优于1.1 s，传输成功率可达98.46%，实时监测序列精度在水平方向优于1cm，高程方向可达厘米级水平。该方案保持了监测序列的高频率高精度实时获取，同时提升了地面通信受限时监测信息的可用性。     

多目标测量技术

多目标测量一直是航天器试验和鉴定的一个难点。在前期多目标预研成果的基础上，本文介绍了一种基于“码分多址区分多目标、扩频伪码作单向测距信号、多站距离差定位、单星共视定时”体制的综合测量系统。该系统由6套跟踪测量站组成，能够完成空域内10个目标的遥测和外测。经过试验检验，其站间距离差精度小于5m，站间速度差精度小于0．2m／s，具有广阔的应用前景。     

NASA月球激光通信演示验证试验

为满足日益增长的大数据量、高数据速率传输要求,NASA(National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局)正开启采用激光技术进行空间通信的新时代,并于近年相继开展了多项自由空间激光通信技术研究项目。针对该情况,重点介绍LLCD(Lunar Laser Communications Demonstration,月球激光通信演示验证)项目的系统组成和工作状况:该项目由NASA实施,首次采用激光作为载波在绕月飞行器和地面接收机之间进行双向激光通信,通过飞行演示验证了下行速率为622 Mbit/s和上行速率为20 Mbit/s的月地双向空间激光通信,以及端到端DTN(Delay Tolerant Networking,容延迟网络)数据传输,并验证了作为激光通信链路副产品的高精度测距技术,试验成果超出预期。最后展望LLCD后续发展,供我国相关研究工作参考借鉴。     

双纵模He-Ne激光器的热稳频技术研究

介绍了双纵模He-Ne激光器的热稳频技术原理,设计了热稳频控制系统,并进行了相关的实验。根据实验结果可知,本热稳频系统实现了将两个纵模频率稳定在增益曲线中心频率对称位置和不对称位置上。根据拍频结果可知,当稳定在对称位置上时,激光器的频率稳定度达10-10量级;当稳定在不对称位置上、维持频率稳定度10-10量级时,激光器输出单纵模的功率最高达总功率的80%。     

集群编队条件下通导一体高精度时间同步方法

针对集群编队条件下对高精度时间同步的需求，对通导一体高精度时间同步方法进行了研究，将卫星导航系统与数据链系统进行深度融合，提出了动基座条件下基于卫星导航载波差分算法的节点间高精度时间同步算法。该算法通过协同时间驯服的方式来抑制两次定位间隔间受钟漂影响导致的节点间时间同步误差发散以及节点间时钟修正不同步导致的时间同步误差，提升了编队组网条件下节点间的时间同步精度。最后,通过仿真对算法进行了验证。结果表明，时空同步精度可以达到1ns，可有力支撑未来集群编队作战、高精度协同探测、高精度协同制导等典型场景下对节点间高精度时间同步的需求。     

光抽运小铯钟及其在PNT应用

对比分析了大小铯原子钟及其在PNT中的应用,在此基础上介绍了基于光抽运技术方案实现的国际上第一台商用小铯钟。在研制原理样机和工程样机的过程中,解决了激光稳频、铯束准直等关键技术和工作温度、振动、EMC等环境难题,技术状态满足小批量生产要求,频率稳定度可达10-15,频率准确度优于10-12,技术指标达到国际同类小铯钟5071A水平。分析了光抽运小铯钟作为守时原子钟如何应用于时间频率基准实验室、数字通信同步网、卫星导航地面站、长波导航路基站等PNT体系。     

脉冲电流大厚度电解线切割加工试验

航空航天难加工材料直纹面构件的高精度高表面完整性加工已经成为制造领域普遍关注和亟需解决的难题，电解线切割加工在高表面完整性要求加工场合上具有原理性优势。建立脉冲电流电解线切割加工模型，分析了工件厚度变化带来的影响。试验结果表明：随着工件厚度增加，电解液电阻减小，工件两端极间电压减小，加工缝宽变窄；双电层时间常数增大，脉宽时间内充电所能达到的电位降低，有效加工时间变短，平均电流密度较低；脉冲频率大于20 kHz时，最大进给速度随频率增加而快速减小，低于20 kHz时，最大加工速度差别较小。最后，采用脉冲频率20 kHz，以进给速度4 μm/s稳定加工出20 mm厚榫头/榫槽结构，表面粗糙度约为0.449 4 μm，表面质量、加工效率明显高于100 kHz加工效果。     

旋转畸变条件下新型机匣处理扩稳效果试验

开展了一种新型机匣处理扩大轴流风扇/压气机稳定裕度的试验研究。在低速风扇试验台上模拟旋转进气畸变,分析此种畸变进气条件对压气机工作性能造成的影响,并且考察一种新型机匣处理的扩稳效果。旋转进气畸变下,压升-流量特性曲线失速边界向右下偏移,压气机失速裕度明显降低。新型机匣处理在旋转进气畸变条件下对风扇/压气机有显著的扩稳效果,较小畸变转速(200,500r/min)情况下,新型机匣处理能提高压气机稳定裕度10%~20%,同时并没有带来明显的效率损失;畸变转速为800r/min情况下,机匣处理的扩稳效果相比并不明显,但可以提高压气机工作效率1%~2%。较大畸变转速情况下,畸变方向不同,机匣处理扩稳效果有所差别:正向畸变时机匣处理提高压气机失速裕度3%~10%,提高效率1%左右;而反向畸变时,失速裕度均提高10%以上,甚至达到20%,但压气机效率损失在1%左右。     

广域差分GPS(WADGPS):未来的导航系统

一般差分GPS(DGPS)在距基准站100公里的范围内,定位精度通常为1—3m,广域差分GPS(WADGGPS)在更广阔的区域内可以获得和DGPS一样的精度,但是可以减少基准站的数量并且大大提高系统的稳妥性。利用WADGPS的试验结果表明,使用6个监视站,最短基线长1632公里的情况下,龄期为10—20s的双频用户,定位精度可达到1.5—4m。