分类: 提交时间: 2023-12-15 合作期刊: 《天文学报》
摘要: 氢原子钟具有较高的短期稳定度, 将其作为主钟可在短期内产生高精度的本地时间信号. 但氢钟存在频率漂移现象, 导致其长期稳定度较差, 从而影响本地时间的准确性. 毫秒脉冲星自转高度稳定, 借助于其长期稳定度高的特性, 可定期实现对氢原子钟的频率驾驭, 并对实时信号加以控制. 首先分析了国际脉冲星计时阵(International Pulsar Timing Array, IPTA)第二批发布数据中四颗毫秒脉冲星的稳定度随时间的变化, 同时采用哈达玛方差分析了中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)一台氢钟的频率稳定性能, 最终给出了利用脉冲星驾驭氢原子钟频率的方法.
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2020-01-06 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 氢原子钟作为一种精密的授时守时仪器,在科学研究与工程应用中发挥着重要作用,但目前我国原子钟还存在设备故障、可靠性差等问题。为了简化技术人员排查流程、提升维修效率,文章提出了一种采用机器学习方法,将氢钟历史运行数据作为训练样本,结合DBSCAN及人工神经网络算法得到氢钟诊断模型,从而大幅简化故障排查过程的方法。实验中将训练好的模型部署到嵌入式设备上,并把实时预判结果给技术人员作为参考,证实了这种方法的可行性及有效性。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2021-09-29 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: VLBI观测站的氢原子钟和时间比对系统(简称时频系统)为测站提供稳定可靠的时间和频率基准,系统信号的质量将直接影响观测数据质量。其中,氢原子钟是时频系统的关键设备,一旦出现故障,其对数据的破坏是致命的。因此,VLBI站时频系统在设计建设之初就对氢原子钟及其周边各参数状态进行了实时监视并进行记录保存,一旦发现异常,技术人员需进行快速处理。中国VLBI网(CVN)建成至今,目前共五个测站,每个测站的时频系统都配有两台或以上的氢原子钟,系统长期运行以来积累了大量数据,通过对这些数据的分析,我们可以研究氢原子钟状态变化、性能变化、及环境变化之间关系,然后建立故障预测模型从而对设备故障进行预测。本文描述创建时频系统数据仓库,利用数据挖掘技术预测系统故障的测试过程,从测试结果可知在本项目中可以用聚类模型进行很好的预测。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-11-22 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 守时型原子钟主要包括氢原子钟和铯原子钟,为进一步探究不同类型守时原子钟计算时间尺度相关性能,本文开展全氢钟及氢铯联合时间尺度研究,文章首先依据国际权度局BIPM发布的d公报将氢原子钟进行分类,针对分类结果分别运用原子时尺度理论方法计算全氢钟时间尺度,并给出分析结果。随后计算全铯钟时间尺度,并分析探究两种不同的氢铯联合钟组时间尺度。结果表明,基于频率漂移量较小的氢钟组形成的时间尺度波动范围小,且稳定度优于频率漂移量较大的氢钟组形成的时间尺度。氢铯联合形成的时间尺度稳定度优于全铯钟时间尺度,不同的氢铯联合钟组计算得到的时间尺度结果相近。
分类: 天文学 >> 天文仪器与技术 提交时间: 2018-06-22 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 对于氢原子钟,由于微波谐振腔的腔牵引效应以及外部环境温度的变化,影响谐振腔的振荡频率,导致氢原子钟长期频率稳定度降低。为了修正这种情况,使用腔自动调谐方式实现谐振腔的频率稳定在工作频率上。目前国内外主要采用的腔自动调谐技术包括3种:外部探测信号调谐方式、微波腔频率开关调谐方式和 调制方式。将对外部探测信号调谐方式和微波腔频率开关调谐方式进行分析,并在上海天文台SOHM-4型外部探测信号调谐方式的基础上进一步探索微波腔频率开关调谐方式。基于数字信号处理器进行电路设计与程序开发,最终在SOHM-4型氢原子钟上实现腔自动调谐。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2021-05-27 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 随着天文技术的发展,小型化天文卫星成为了天文领域的研究热点。作为天文卫星核心的氢原子钟,他的轻量化也势在必行。目前氢原子钟上使用的吸附泵为钛多孔材料,它的氢容量小,且体积大,激活温度高。无法满足氢原子钟小型化,轻量化的要求。本文研究了具有大储氢容量的 Zr-V-Fe-Cr 新型吸氢合金,并利用XRD、SEM、储氢性能测试平台等测试手段。结果表明:新型合金的 Zr-V-Fe-Cr 的吸氢容量高于多孔钛,且吸氢性能能够满足使用要求。为氢原子钟的氢源系统轻量化提供了新的选择,有望用在下一代轻量化氢原子钟中。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2023-01-17 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 该设计的目的是实现氢原子钟的数字温度控制。基于温度检测和控制的基本原理设计一套有两级控温(包括氢钟内炉和外炉)的恒温控制系统,温度控制系统主要由电桥电路、模数转换电路、温度计算和比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制系统,脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation ,PWM)输出电路、加热丝组成。在环境温度21℃到25℃时,实现了数字温控系统0.002℃的温度稳定度,证明了数字电路对氢钟控温的可行性。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2020-04-20 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 星载氢原子钟具有频率稳定度高、频率漂移率低的优点,在卫星导航定位和频率计量中得到了广泛应用。星载氢原子钟的腔泡系统用于实现氢原子的量子跃迁及其信号采集,原子跃迁信号幅度直接决定了系统信噪比,进而影响整机性能指标,所以腔泡系统是星载氢原子钟的核心组件。目前,星载氢原子钟腔泡系统主要采用直螺线管来产生原子跃迁所需的C场。由于星载氢原子钟物理部分的结构限制,直螺线管的磁场均匀度有进一步提高的空间。探讨使用多段线圈代替直螺线管用于产生C场的可行性。首先对多段线圈产生的磁场进行理论分析计算,同时使用ANSYS电磁场仿真软件对多段线圈的各项参数进行仿真和优化,包括各段长度、段数、间距以及匝数、内径和总长度等。然后优选磁场均匀度较好的线圈配置参数,可将C场的非均匀度由直螺线管约10%降低到多段线圈约1%。根据仿真优化结果建立了试验九段线圈,对比测试了原子跃迁信号增益,同时结合电路部分进行了闭环测试,对频率稳定度指标进行了对比。实验结果表明,原子跃迁信号可有效提升,阿伦方差在中短稳(1S-1000S)能表现更好。此项工作为星载氢原子钟整机性能指标的进一步提升打下了基础。