基于光频标的氢原子钟频率驾驭系统软件设计

光频标和氢原子钟联合守时的时间系统需要集成仪器控制、数据采集、原子钟性能评估等功能，解决光频标的有效运行率低对氢原子钟频率驾驭的影响，因此，设计了基于光频标的氢原子钟频率驾驭系统软件。软件使用可互换虚拟仪器驱动和网络通信实现设备间的数据交互，采用中位差(Median Absolute Deviation, MAD)方法的数据预处理策略完成测量数据的异常点检测，并利用Alglib数值分析和数据挖掘函数库完成核心程序编写。实验表明，在光频标的有效运行率为80%的条件下，氢原子钟驾驭后产生的时间信号与UTC的同步精度小于2.5 ns。     

不连续观测数据对计算的原子钟稳定度影响研究

为评估原子钟稳定度,通常采用连续的、均匀的采样数据计算阿伦方差或哈达玛方差。在实际工程计算中,由于观测粗差剔除、测量仪器中断、卫星不可见等原因,经常导致原子钟的观测数据在时间上不连续,给原子钟稳定度评估带来影响。文中比较了不连续观测数据的几种常用处理方法,包括线性插值补齐、B样条插值补齐、不插值直接计算哈达玛方差等方法,分析了各处理方法对阿伦方差和哈达玛方差的计算影响,研究中断数据长度与稳定度评估的影响关系。采用的氢钟观测数据,对不连续观测数据的影响和处理效果进行统计和分析,将稳定度计算结果、计算精度损失比与理论分析进行对照和检验,得出了有益的结论。     

导航卫星原子钟舱温度控制方法及其验证

原子钟是导航卫星的重要组成部分,可为卫星系统提供高准确及高稳定度的时间频率源.原子钟工作性能与环境温度变化密切相关,为保证其在轨连续、稳定运行,热控系统需为其提供良好的工作温度环境.本文以某导航卫星原子钟舱温度控制为研究内容,给出原子钟舱热控设计方案、控制算法,并进行仿真分析和试验验证.在轨遥测数据表明,卫星原子钟舱热控方案和控制算法设计合理,仿真分析及试验结果有效,各原子钟在轨工作温度满足要求,原子钟温度稳定度满足并优于设计指标近一个数量级.     

基于灰色模型和ARIMA模型的钟差预测

由于多种因素的影响,原子钟运行情况十分复杂,为了有效地进行钟差预报和更好的反应原子钟的特性,提出一种基于灰色模型和ARIMA模型的组合模型来实现钟差的预报,并给出了灰色模型和ARIMA模型进行原子钟钟差预报的基本思想和预报模型。利用组合模型更精确地把握钟差序列复杂细致的变化规律,从而更好的逼近钟差序列。为了验证该组合模型的可行性和有效性,利用原子钟钟差数据进行钟差预报分析,结果显示该模型具有较好的预报精度。     

原子钟长期特性测量系统的设计与实现

通过在对各种时频测量硬件的搭建,建立一套多台被测原子钟同时与本地频率标准钟比对的测量系统。该系统以数据库服务做为最底层的数据支持,能够实时的监控测量数据,显示当前被测原子钟的频率准确度,并能够在获得了足够的数据之后,计算和显示被测原子钟的日稳和漂移数据和曲线,方便时频计量人员操作,提高了送检原子钟的计量检定效率。     

星载原子钟在轨剩余寿命预测方法研究

原子钟是导航卫星最关键载荷之一, 开展原子钟健康状态评估与寿命预测相关工作, 对于及时掌握原子钟性能和运行状况, 确保卫星导航系统提供高可用性连续性完好性的服务, 具有重要意义。结合星载原子钟在轨失效特性分析, 提出了一种综合考虑原子钟随机失效与耗损失效的剩余寿命预测方法。该方法融合利用原子钟寿命周期内产生的多源多维数据, 通过概率统计和机器学习的途径实现原子钟的剩余寿命预测。经案例验证, 所提方法合理有效, 具有一定的工程应用价值。      

国际原子时进展中的原子钟

对近几年国际原子时 (TAI)进展中不同类型原子钟和不同时间实验室原子钟贡献的权重进行了比较 ,并介绍了原子钟权重受其频率漂移率影响的一些分析结果     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

原子钟噪声的高阶谱分析

处理随机信号通常使用现代谱估计方法,但是这种方法一般只能处理平稳的高斯信号,使用高阶谱分析可以克服这些缺陷。利用现代谱估计法和高阶谱法分别估计原子钟数据的功率谱,并对功率谱进行拟合,可分析原子钟的噪声特性。理论分析及实验结果表明,高阶谱分析能有效处理实际信号中的非平稳非高斯问题。     

基于长短时记忆神经网络(LSTM)的钟差预报算法

原子钟钟差预报在原子时计算和原子钟频率驾驭中发挥着重要的作用。长短时记忆神经网络（LSTM）预报算法能够处理多参数长期依赖关系的时间序列预报,以氢钟和铯钟实测数据为样本,通过构建LSTM钟差预报模型,降低了长期原子钟内部噪声以及原子钟漂移对钟差预报的影响,并以72h,240h和720h为预报时长,分别与线性多项式模型、灰色模型和Kalman模型原子钟钟差预报模型进行预报误差对比。研究表明,在240h以上的预报时长中,LSTM建模长期依赖关系的优势得以体现,相较于其他3类模型可以获得更高的预报精度。     

远地时钟比对数据消噪方法研究

远地时钟比对是利用不同实验室的原子钟建立综合原子时尺度的必要条件,因而实现远地时钟比对的高精度时间传递技术的噪声水平,成为影响原子时性能的主要因素之一。本文主要研究了基于EMD的低通滤波方法,及其在远地时钟比对数据消噪中的应用,并将该方法与Vondrak平滑方法进行比较。结果表明：基于EMD的低通滤波结果明显优于Vondrak平滑结果。     

远地时钟比对数据消噪方法研究

远地时钟比对是利用不同实验室的原子钟建立综合原子时尺度的必要条件,因而实现远地时钟比对的高精度时间传递技术的噪声水平,成为影响原子时性能的主要因素之一。本文主要研究了基于EMD的低通滤波方法,及其在远地时钟比对数据消噪中的应用,并将该方法与Vondrak平滑方法进行比较。结果表明：基于EMD的低通滤波结果明显优于Vondrak平滑结果。     

小型磁选态铯原子钟产品化进展

本文介绍了磁选态铯原子钟产品化进展情况,包括人们广泛关注的产品的性能指标测试、可靠性保证及寿命评估等,提出了铯束管采用单束束光学和电路采用了数字化技术是实现性能指标的基本保证;给出了产品化初期出现的一些故障现象及解决措施,以及为进一步提高可靠性开展的环境适应性试验;并讨论了电子倍增器寿命评估方法,提出寿命评估公式,对铯钟的寿命给出了评估结果。最后提出了产品化过程中还需要进一步探索的问题,不仅对磁选态铯原子钟的产品化有帮助,而且对光抽运铯钟甚至其他种类原子钟的产品化亦有参考价值。     

频率稳定度与守时钟组配置关系研究CSCD

通过对中小型守时实验室对时间尺度稳定度的需求分析,以目前主流守时钟5071A为例,利用国际权度局公布的原子钟数据,研究不同钟组配置与时间尺度稳定度的关系,为中小时间实验室守时钟组的优化配置提供参考依据;权重确定是原子时算法的关键之一,通过对不同数量、不同取权规则的原子时计算结果进行统计分析与比较,提出中小时间实验室原子时尺度算法中的取权原则。     

我国早期原子钟研制历程回顾

“2019全国时间频率学术会议”是由四个专业委员会联合每两年举办一次的20周年纪念会。20年来，我国原子钟事业已有长足发展，成为世界上原子钟研制与开发的大国。但总体上说，我们的工作还是以跟随为主，真正属于自主创新的较少。不改变这种局面，我们还难以成为独立自主的时间频率强国，为国家经济和国防建设作出应有贡献。本文回顾了我国原子钟研发的情况，提到一些从基础研究上属于原始创新的案例。阐述了这些案例是在简陋的实验条件下依靠对原子钟内各类实验现象进行深入的物理分析基础上出现的。同时，也指出了在比较粗糙的工艺条件下实现精细的技术指标中能工巧匠所起的特殊作用。文章也约略提到国内各单位间无私协作的崇高精神。本文将讲述一些故事，并就原子钟产业的问题表示一点看法。中国要实现“强国梦”，阻力和困难还很多很艰巨，我们必须拥有丰富的原始创新来加以克服。为此，坚韧的奋斗钻研精神和传统仍不失借鉴与继承意义。     

Monitoring atomic clocks on board GNSS satellites

A method for monitoring atomic clocks on board Global Navigation Satellites System (GNSS) satellites is described to address the issue of clock related signal integrity in safety–critical applications of GNSS. The carrier-phase time transfer is employed in the clock monitoring method which enables tight tracking of the satellite onboard clocks and thus improves detectability of clock anomalies. Detecting onboard clock anomalies requires the ability to monitor clocks in real time, and a Kalman filter can then be utilized to estimate the phase offsets between the satellite clocks and ground clocks. This study, using the difference between the measured and predicted phase offset as a test statistic, sets a threshold for clock anomalies based on the prediction interval approach. Finally the validity of the monitoring method is examined by processing a set of real GNSS data that includes two recent incidents of clock anomalies in GNSS satellites.     

原子钟频率稳定度测试中的噪声处理

原子钟的测量噪声会被引入到频率稳定度评估过程,尤其是对中短期频率稳定度的影响更大。重叠Allan方差可以克服调频闪变噪声和调频随机游走噪声随时间变化出现的非平稳问题,但由于受到测量噪声的影响,评估结果仍会出现误差。为此,本文通过对原子钟的数学模型和噪声特性进行分析,提出了原子钟频率稳定度评估的加窗平滑噪声处理方法,通过对时差观测序列合理的加窗设计和平滑处理,抑制测量噪声对评估结果的影响。实验结果表明,利用铷钟观测序列的100点平滑可以有效地提高短期频率稳定度结果（100~1 000）s的可信度。