超级军网我国星载星子钟喜报频传,铷原子钟不断提升性能,氢原子钟 ...
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/01 09:34:22
记者1月6日从中科院上海光机所获悉，由中科院院士王育竹领导的新型星载原子钟课题组，首次利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术，探测气泡式铷原子钟的钟跃迁信号，获得了高达90%的超高对比度，抑制了散弹噪声，极大提高了钟跃迁信号的信噪比和原子钟频率稳定度。相关成果发表于国际期刊《光学快报》。原子钟是卫星导航定位系统（如美国的GPS和中国的北斗系统）的核心部件之一。目前，各国广泛采用光谱灯抽运的铷气泡型原子钟做卫星导航系统的星载钟。但是，由于传统铷气泡型原子钟利用了连续光抽运技术，存在光频移。由于散弹噪声的影响，原子钟的中长期频率稳定性不好。采用正交偏振探测技术的脉冲光抽运铷原子钟，则可以消除光频移，使其频率稳定度指标比被动氢原子钟略高，并且具有体积小、重量轻的优点，是下一代导航系统的理想星载钟。据了解，国际上气泡式铷原子钟的跃迁信号都是利用吸收法探测，由于散弹噪声的限制，获得的钟跃迁信号对比度最高不超过30%。正交偏振探测技术可将探测光的背影光强滤除，因此得以抑制散弹噪声和激光引入的噪声，从而大幅提高原子钟的频率稳定度。相关专家表示，在相同条件下，利用正交偏振探测技术获得的以阿伦方差表征的铷原子钟频率稳定度，比传统的吸收探测技术提高一个数量级。来源：中国科学报
近日，由我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统正式开始向亚太大部分地区提供服务。在此系统中，由中国航天科工集团公司二院203所研制的星载铷原子钟，作为关系到整个卫星系统导航定位精度的核心部件，为北斗精确导航定位提供了重要保证。 该所从北斗卫星导航系统建设伊始就是星载铷原子钟的供应方，在过去的几年中已为北斗总体提供了超过10台正样产品，并创造了全部产品无一出现故障的良好质量记录。值得一提的是，这10台正样产品均实现了元器件100%国产化。 随着北斗卫星导航系统对定位精度、稳定性和产品体积重量等要求的日益提高，该所科研人员不懈攻关，研制出了新一代高精度星载铷原子钟，已顺利通过用户验收，并签署了下一步星载铷原子钟和星载氢原子钟的供货任务意向。 与前一期卫星搭载的产品相比，新一代高精度星载铷原子钟各项性能指标大大提高：长期频率稳定度指标提高了5倍以上，使北斗导航定位更加精准；体积重量降低达30%以上，有效地减轻了卫星的负荷；寿命从8年提高到12年以上，为北斗稳定服务提供了保障。 目前，新一代高精度星载铷原子钟性能已达到国内一流、国际先进水平，为北斗卫星导航系统提供了可靠的高精度频率基准，保证了卫星的定位精度和测速精度。 产品性能的大幅提升，离不开203所对产品的全面技术改良与优化。该所科研人员大胆采用了无混频直接频率技术合成的优化方案，保留了微波电路的频谱对称稳定、噪声低、功率稳定性高等优点。同时，对铷钟关键伺服电路，尤其是对低噪声高频谱纯度微波电路和低噪声锁频环路进行了设计改进与优化提高，保证了铷钟的稳定性，并取得了良好的测试结果，产品性能也达到了设计预期。 此外，该所技术人员就技术指标、接口与卫星匹配等问题多次与用户单位协商、洽谈，市场人员良好的服务态度也受到了用户单位的好评。 该所原子频率标准研究室主任高连山介绍说：“203所研制的新一代高精度铷原子钟的日稳定度已经达到E-15量级，属国内领先水平，已经超越了伽利略卫星系统中所使用的铷原子钟，并能够与GPS系统中的铷原子钟相媲美。” 据悉，该所具有自主知识产权的主动型蓝宝石氢原子钟也“满权”(即满额完成试验所分配权重)参加了我国北斗导航卫星守时授时系统，并在使用中表现突出。该所研制的星载氢原子钟目前正在进行整机电性能测试，预计将在2014年前后正式投入北斗系统中使用。 未来，203所将为北斗卫星导航系统研发多种类星载和地面守时型原子钟，也将为赶超国际一流水平，成为国家时频、时统设备不可或缺的供应商而不懈努力。记者1月6日从中科院上海光机所获悉，由中科院院士王育竹领导的新型星载原子钟课题组，首次利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术，探测气泡式铷原子钟的钟跃迁信号，获得了高达90%的超高对比度，抑制了散弹噪声，极大提高了钟跃迁信号的信噪比和原子钟频率稳定度。相关成果发表于国际期刊《光学快报》。原子钟是卫星导航定位系统（如美国的GPS和中国的北斗系统）的核心部件之一。目前，各国广泛采用光谱灯抽运的铷气泡型原子钟做卫星导航系统的星载钟。但是，由于传统铷气泡型原子钟利用了连续光抽运技术，存在光频移。由于散弹噪声的影响，原子钟的中长期频率稳定性不好。采用正交偏振探测技术的脉冲光抽运铷原子钟，则可以消除光频移，使其频率稳定度指标比被动氢原子钟略高，并且具有体积小、重量轻的优点，是下一代导航系统的理想星载钟。据了解，国际上气泡式铷原子钟的跃迁信号都是利用吸收法探测，由于散弹噪声的限制，获得的钟跃迁信号对比度最高不超过30%。正交偏振探测技术可将探测光的背影光强滤除，因此得以抑制散弹噪声和激光引入的噪声，从而大幅提高原子钟的频率稳定度。相关专家表示，在相同条件下，利用正交偏振探测技术获得的以阿伦方差表征的铷原子钟频率稳定度，比传统的吸收探测技术提高一个数量级。来源：中国科学报
近日，由我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统正式开始向亚太大部分地区提供服务。在此系统中，由中国航天科工集团公司二院203所研制的星载铷原子钟，作为关系到整个卫星系统导航定位精度的核心部件，为北斗精确导航定位提供了重要保证。 该所从北斗卫星导航系统建设伊始就是星载铷原子钟的供应方，在过去的几年中已为北斗总体提供了超过10台正样产品，并创造了全部产品无一出现故障的良好质量记录。值得一提的是，这10台正样产品均实现了元器件100%国产化。 随着北斗卫星导航系统对定位精度、稳定性和产品体积重量等要求的日益提高，该所科研人员不懈攻关，研制出了新一代高精度星载铷原子钟，已顺利通过用户验收，并签署了下一步星载铷原子钟和星载氢原子钟的供货任务意向。 与前一期卫星搭载的产品相比，新一代高精度星载铷原子钟各项性能指标大大提高：长期频率稳定度指标提高了5倍以上，使北斗导航定位更加精准；体积重量降低达30%以上，有效地减轻了卫星的负荷；寿命从8年提高到12年以上，为北斗稳定服务提供了保障。 目前，新一代高精度星载铷原子钟性能已达到国内一流、国际先进水平，为北斗卫星导航系统提供了可靠的高精度频率基准，保证了卫星的定位精度和测速精度。 产品性能的大幅提升，离不开203所对产品的全面技术改良与优化。该所科研人员大胆采用了无混频直接频率技术合成的优化方案，保留了微波电路的频谱对称稳定、噪声低、功率稳定性高等优点。同时，对铷钟关键伺服电路，尤其是对低噪声高频谱纯度微波电路和低噪声锁频环路进行了设计改进与优化提高，保证了铷钟的稳定性，并取得了良好的测试结果，产品性能也达到了设计预期。 此外，该所技术人员就技术指标、接口与卫星匹配等问题多次与用户单位协商、洽谈，市场人员良好的服务态度也受到了用户单位的好评。 该所原子频率标准研究室主任高连山介绍说：“203所研制的新一代高精度铷原子钟的日稳定度已经达到E-15量级，属国内领先水平，已经超越了伽利略卫星系统中所使用的铷原子钟，并能够与GPS系统中的铷原子钟相媲美。” 据悉，该所具有自主知识产权的主动型蓝宝石氢原子钟也“满权”(即满额完成试验所分配权重)参加了我国北斗导航卫星守时授时系统，并在使用中表现突出。该所研制的星载氢原子钟目前正在进行整机电性能测试，预计将在2014年前后正式投入北斗系统中使用。 未来，203所将为北斗卫星导航系统研发多种类星载和地面守时型原子钟，也将为赶超国际一流水平，成为国家时频、时统设备不可或缺的供应商而不懈努力。
近日，由我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统正式开始向亚太大部分地区提供服务。在此系统中，由中国航天科工集团公司二院203所研制的星载铷原子钟，作为关系到整个卫星系统导航定位精度的核心部件，为北斗精确导航定位提供了重要保证。 该所从北斗卫星导航系统建设伊始就是星载铷原子钟的供应方，在过去的几年中已为北斗总体提供了超过10台正样产品，并创造了全部产品无一出现故障的良好质量记录。值得一提的是，这10台正样产品均实现了元器件100%国产化。 随着北斗卫星导航系统对定位精度、稳定性和产品体积重量等要求的日益提高，该所科研人员不懈攻关，研制出了新一代高精度星载铷原子钟，已顺利通过用户验收，并签署了下一步星载铷原子钟和星载氢原子钟的供货任务意向。 与前一期卫星搭载的产品相比，新一代高精度星载铷原子钟各项性能指标大大提高：长期频率稳定度指标提高了5倍以上，使北斗导航定位更加精准；体积重量降低达30%以上，有效地减轻了卫星的负荷；寿命从8年提高到12年以上，为北斗稳定服务提供了保障。 目前，新一代高精度星载铷原子钟性能已达到国内一流、国际先进水平，为北斗卫星导航系统提供了可靠的高精度频率基准，保证了卫星的定位精度和测速精度。 产品性能的大幅提升，离不开203所对产品的全面技术改良与优化。该所科研人员大胆采用了无混频直接频率技术合成的优化方案，保留了微波电路的频谱对称稳定、噪声低、功率稳定性高等优点。同时，对铷钟关键伺服电路，尤其是对低噪声高频谱纯度微波电路和低噪声锁频环路进行了设计改进与优化提高，保证了铷钟的稳定性，并取得了良好的测试结果，产品性能也达到了设计预期。 此外，该所技术人员就技术指标、接口与卫星匹配等问题多次与用户单位协商、洽谈，市场人员良好的服务态度也受到了用户单位的好评。 该所原子频率标准研究室主任高连山介绍说：“203所研制的新一代高精度铷原子钟的日稳定度已经达到E-15量级，属国内领先水平，已经超越了伽利略卫星系统中所使用的铷原子钟，并能够与GPS系统中的铷原子钟相媲美。” 据悉，该所具有自主知识产权的主动型蓝宝石氢原子钟也“满权”(即满额完成试验所分配权重)参加了我国北斗导航卫星守时授时系统，并在使用中表现突出。该所研制的星载氢原子钟目前正在进行整机电性能测试，预计将在2014年前后正式投入北斗系统中使用。 未来，203所将为北斗卫星导航系统研发多种类星载和地面守时型原子钟，也将为赶超国际一流水平，成为国家时频、时统设备不可或缺的供应商而不懈努力。记者1月6日从中科院上海光机所获悉，由中科院院士王育竹领导的新型星载原子钟课题组，首次利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术，探测气泡式铷原子钟的钟跃迁信号，获得了高达90%的超高对比度，抑制了散弹噪声，极大提高了钟跃迁信号的信噪比和原子钟频率稳定度。相关成果发表于国际期刊《光学快报》。原子钟是卫星导航定位系统（如美国的GPS和中国的北斗系统）的核心部件之一。目前，各国广泛采用光谱灯抽运的铷气泡型原子钟做卫星导航系统的星载钟。但是，由于传统铷气泡型原子钟利用了连续光抽运技术，存在光频移。由于散弹噪声的影响，原子钟的中长期频率稳定性不好。采用正交偏振探测技术的脉冲光抽运铷原子钟，则可以消除光频移，使其频率稳定度指标比被动氢原子钟略高，并且具有体积小、重量轻的优点，是下一代导航系统的理想星载钟。据了解，国际上气泡式铷原子钟的跃迁信号都是利用吸收法探测，由于散弹噪声的限制，获得的钟跃迁信号对比度最高不超过30%。正交偏振探测技术可将探测光的背影光强滤除，因此得以抑制散弹噪声和激光引入的噪声，从而大幅提高原子钟的频率稳定度。相关专家表示，在相同条件下，利用正交偏振探测技术获得的以阿伦方差表征的铷原子钟频率稳定度，比传统的吸收探测技术提高一个数量级。来源：中国科学报
近日，由我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统正式开始向亚太大部分地区提供服务。在此系统中，由中国航天科工集团公司二院203所研制的星载铷原子钟，作为关系到整个卫星系统导航定位精度的核心部件，为北斗精确导航定位提供了重要保证。 该所从北斗卫星导航系统建设伊始就是星载铷原子钟的供应方，在过去的几年中已为北斗总体提供了超过10台正样产品，并创造了全部产品无一出现故障的良好质量记录。值得一提的是，这10台正样产品均实现了元器件100%国产化。 随着北斗卫星导航系统对定位精度、稳定性和产品体积重量等要求的日益提高，该所科研人员不懈攻关，研制出了新一代高精度星载铷原子钟，已顺利通过用户验收，并签署了下一步星载铷原子钟和星载氢原子钟的供货任务意向。 与前一期卫星搭载的产品相比，新一代高精度星载铷原子钟各项性能指标大大提高：长期频率稳定度指标提高了5倍以上，使北斗导航定位更加精准；体积重量降低达30%以上，有效地减轻了卫星的负荷；寿命从8年提高到12年以上，为北斗稳定服务提供了保障。 目前，新一代高精度星载铷原子钟性能已达到国内一流、国际先进水平，为北斗卫星导航系统提供了可靠的高精度频率基准，保证了卫星的定位精度和测速精度。 产品性能的大幅提升，离不开203所对产品的全面技术改良与优化。该所科研人员大胆采用了无混频直接频率技术合成的优化方案，保留了微波电路的频谱对称稳定、噪声低、功率稳定性高等优点。同时，对铷钟关键伺服电路，尤其是对低噪声高频谱纯度微波电路和低噪声锁频环路进行了设计改进与优化提高，保证了铷钟的稳定性，并取得了良好的测试结果，产品性能也达到了设计预期。 此外，该所技术人员就技术指标、接口与卫星匹配等问题多次与用户单位协商、洽谈，市场人员良好的服务态度也受到了用户单位的好评。 该所原子频率标准研究室主任高连山介绍说：“203所研制的新一代高精度铷原子钟的日稳定度已经达到E-15量级，属国内领先水平，已经超越了伽利略卫星系统中所使用的铷原子钟，并能够与GPS系统中的铷原子钟相媲美。” 据悉，该所具有自主知识产权的主动型蓝宝石氢原子钟也“满权”(即满额完成试验所分配权重)参加了我国北斗导航卫星守时授时系统，并在使用中表现突出。该所研制的星载氢原子钟目前正在进行整机电性能测试，预计将在2014年前后正式投入北斗系统中使用。 未来，203所将为北斗卫星导航系统研发多种类星载和地面守时型原子钟，也将为赶超国际一流水平，成为国家时频、时统设备不可或缺的供应商而不懈努力。
上海光机所脉冲光抽运铷原子钟研究取得突破性进展信息来源：上海光学精密机械研究所 发布时间：2013年01月05日 【大中小】 【打印】 【关闭】中科院量子光学重点实验室王育竹院士领导的新型星载原子钟课题组在脉冲光抽运铷原子钟研究中取得突破性进展。课题组在2012年12月15日出版的国际学术期刊《光学快报》上发表的论文[Opt. Lett. 37, 5036 (2012)]中首次报道利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术探测气泡式铷原子钟的钟跃迁信号，获得了对比度高达90%的超高对比度钟跃迁信号，抑制了散弹噪声，极大地提高了钟跃迁信号的信噪比和原子钟频率稳定度。国际上气泡式铷原子钟的跃迁信号都是利用吸收法探测，由于散弹噪声的限制，获得的钟跃迁信号对比度最高不超过30% [Phys. Rev. A 81,013833 (2010), Metrologia 49,425 (2012)]。正交偏振探测技术可以将探测光的背影光强滤除，因此抑制散弹噪声和激光引入的噪声，从而大幅提高原子钟的频率稳定度。在相同条件下利用正交偏振探测技术获得的以阿伦方差表征的铷原子钟频率稳定度比传统的吸收探测技术提高一个数量级。众所周知，原子钟是卫星导航定位系统（如美国的GPS和中国的北斗系统）的核心部件之一，当今各国广泛采用光谱灯抽运的铷气泡型原子钟作卫星导航系统的星载钟。但是，由于传统铷气泡型原子钟利用了连续光抽运技术，因此存在光频移，由于散弹噪声的影响，原子钟的中长期频率稳定性不好。采用正交偏振探测技术的脉冲光抽运铷原子钟可以消除光频移使其频率稳定度指标比被动氢原子钟略高，并且具有体积小和重量轻的优点，是下一代导航系统的理想星载钟。《光学快报》审稿人对该工作做出了高度评价：“这是一篇有趣的工作，作者利用磁光旋转方法代替吸收法，极大的压制了背景光强噪声，提高了钟跃迁谱线信噪比。该方法应该得到原子钟研究领域的关注。”文章发表一周后，意大利国家计量研究院时间频率部Micalizio博士（脉冲光抽运铷原子钟研究世界最好记录保持者）发来贺电称：“祝贺你们在你们的设备上取得的杰出成果，……”。该项研究得到973项目、中科院仪器设备功能开发技术创新项目、863项目的支持
正交偏振探测技术获得的Ramsey条纹（a）对比度90%，信噪比840，吸收探测技术获得的Ramsey条纹;（b）对比度20%，信噪比130。
http://www.siom.cas.cn/xwzx/ttxw/201301/t20130105_3731849.html
上海光机所脉冲光抽运铷原子钟研究取得突破性进展信息来源：上海光学精密机械研究所 发布时间：2013年01月05日 【大中小】 【打印】 【关闭】中科院量子光学重点实验室王育竹院士领导的新型星载原子钟课题组在脉冲光抽运铷原子钟研究中取得突破性进展。课题组在2012年12月15日出版的国际学术期刊《光学快报》上发表的论文[Opt. Lett. 37, 5036 (2012)]中首次报道利用基于磁光旋转效应的正交偏振探测技术探测气泡式铷原子钟的钟跃迁信号，获得了对比度高达90%的超高对比度钟跃迁信号，抑制了散弹噪声，极大地提高了钟跃迁信号的信噪比和原子钟频率稳定度。国际上气泡式铷原子钟的跃迁信号都是利用吸收法探测，由于散弹噪声的限制，获得的钟跃迁信号对比度最高不超过30% [Phys. Rev. A 81,013833 (2010), Metrologia 49,425 (2012)]。正交偏振探测技术可以将探测光的背影光强滤除，因此抑制散弹噪声和激光引入的噪声，从而大幅提高原子钟的频率稳定度。在相同条件下利用正交偏振探测技术获得的以阿伦方差表征的铷原子钟频率稳定度比传统的吸收探测技术提高一个数量级。众所周知，原子钟是卫星导航定位系统（如美国的GPS和中国的北斗系统）的核心部件之一，当今各国广泛采用光谱灯抽运的铷气泡型原子钟作卫星导航系统的星载钟。但是，由于传统铷气泡型原子钟利用了连续光抽运技术，因此存在光频移，由于散弹噪声的影响，原子钟的中长期频率稳定性不好。采用正交偏振探测技术的脉冲光抽运铷原子钟可以消除光频移使其频率稳定度指标比被动氢原子钟略高，并且具有体积小和重量轻的优点，是下一代导航系统的理想星载钟。《光学快报》审稿人对该工作做出了高度评价：“这是一篇有趣的工作，作者利用磁光旋转方法代替吸收法，极大的压制了背景光强噪声，提高了钟跃迁谱线信噪比。该方法应该得到原子钟研究领域的关注。”文章发表一周后，意大利国家计量研究院时间频率部Micalizio博士（脉冲光抽运铷原子钟研究世界最好记录保持者）发来贺电称：“祝贺你们在你们的设备上取得的杰出成果，……”。该项研究得到973项目、中科院仪器设备功能开发技术创新项目、863项目的支持
正交偏振探测技术获得的Ramsey条纹（a）对比度90%，信噪比840，吸收探测技术获得的Ramsey条纹;（b）对比度20%，信噪比130。
http://www.siom.cas.cn/xwzx/ttxw/201301/t20130105_3731849.html
孙家栋：北斗全球组网实验卫星2014年底发射时间：2013-3-7 18:56 作者：shenkong 浏览26次深空网：北斗三期“全球组网”计划已经逐渐明朗，在近日两会上，两会委员孙家栋院士正式宣布，我国将从2014年底开始陆续发射北斗三期全球组网实验卫星。2014年底发射的卫星是全球组网星中的首颗试验卫星，以对相关技术进行验证和研究。在发射全球组网正式的卫星前，我国还将发射4~5颗北斗三期实验卫星。由于全球组网系统是由30颗MEO卫星组成，因此这些实验卫星都将提前用作技术验证。验证卫星任务完成后，我国将进入正式组网卫星的发射阶段，据孙家栋院士透露，在正式组网发射阶段，发射频率和密度将会非常的大。将在2020年前完成40颗左右的北斗卫星发射规模，平均下来，每年至少要有8颗左右的北斗卫星将被发射。不过，如果届时长征五号和长征七号火箭能够如期服役，卫星完全可以一箭四星或者一箭双星发射，提高发射效率。目前阶段，孙家栋院士表示，在我国境内，北斗系统的应用表现良好，仅仅是满足使用需求。但在境外，尽管有北斗信号覆盖，但精度却还有限。希望北斗全球卫星系统早日成军。
http://www.shenkong.net/News/1303/SJD-BDQQZWSYWX2014NDFS07065618.htm
http://www.shenkong.net/News/1303/SJD-BDQQZWSYWX2014NDFS07065618.htm
希望导航卫星用上自己的原子钟
lhktdnk 发表于 2013-3-27 22:54
希望导航卫星用上自己的原子钟
我国北斗2代具备美国GPS3关键技术特征：区域波束功率增强，且国产铷原子钟已优于进口
http://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1485888
lhktdnk 发表于 2013-3-27 22:54
希望导航卫星用上自己的原子钟
我国北斗2代具备美国GPS3关键技术特征：区域波束功率增强，且国产铷原子钟已优于进口
http://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1485888
好消息！
不明觉厉
请问，为提高北斗的定位精度，可以从使用高准确性的铷钟、铯钟或者氢钟来达到目的吗？
铷钟氢钟上天有那么难吗？我们单位都有，铷钟也就十几公斤，氢钟就少半个机柜，地面上天多大难度？
铷钟氢钟上天有那么难吗？我们单位都有，铷钟也就十几公斤，氢钟就少半个机柜，地面上天多大难度？
地上工作环境好的多，而且地上东西坏了可以修。其他也没什么了
地上工作环境好的多，而且地上东西坏了可以修。其他也没什么了
氢钟比铷钟好么？那有了氢钟还要铷钟干嘛？？
铷钟氢钟上天有那么难吗？我们单位都有，铷钟也就十几公斤，氢钟就少半个机柜，地面上天多大难度？
ＧＰＳ卫星星钟的发展
国防科技网（81tech）讯： 星载原子钟，或称原子频标(AFS)是导航卫星的关键载荷，提供确保卫星导航系统精度所需的精确时间，也决定着导航卫星的使用寿命。在早期的卫星系统中，出于低功耗、轻质量和高可靠性的要求，通常选择石英晶体振荡器作为时间标准钟。但随着技术的发展，原子钟的性能不断提高，在质量、功耗和可靠性等方面的持续改进，使得它们逐渐为导航卫星所常用，成为主流的星钟。 一、gps星载钟的发展及现状 原子钟在导航卫星上的应用始于上世纪70年代。1974年，美国海军发射了导航技术试验卫星1号，作为导航星(NAVSTAR)/GPS系统的先驱。该卫星除载有石英晶体振荡器外，还载有两个铷原子钟，从而成为第一颗载原子钟进行太空飞行的卫星。这一开创性的工作为原子钟的空间应用打下了良好的基础。随后于1977年发射的导航技术试验卫星2号，载有两个铯原子钟，在太空中良好地运行了18个月。在这两颗卫星上的成功应用证实了原子钟的性能比品体振荡器更加优异，同时也进一步推动了原子钟的发展。1981年发射导航技术试验卫星3原计划除载铯钟外，还携带氢原子钟研制模型ADM。然而由于在两个计划下所发展的氢钟模型没有通过地面模拟测试，导航技术试验卫星3星载氢钟的计划取消。表1为美国早期导航卫星计划所采用的星载原子钟情况。 GPS-1的前三颗卫星，即导航星1/2/3上采用的是由Efratom公司、FEI公司和RA公司等三家公司共同研制的铷原子钟，每颗卫星上载有3个铷钟。但它们大多数的平均寿命都很短，不到一年。这种情况的出现，使后来的GPS-1卫星除载有3个铷钟外，额外增加了一个铯钟。增加备份钟是为了进一步提高可靠性。GPS-1中第一个载有铯钟的卫星是导航星4，然而这个铯钟在进入轨道12h后就停止了工作。早期星载钟的失效，其原因多为铷料或铯料用完，或电源失效等。星钟的失效直接影响了导航卫星的性能，因而受到极大重视。美国在此之后对星载钟设计进行了无数次的改进和实验，从而为下一代GPS卫星星钟的发展打下了坚实的基础。 作为第二代GPS卫星，GPS-2/2A卫星上载有2个铷钟，2个铯钟。其中铷钟由罗克韦尔公司提供，它采用了Efratom公司的核心物理部件。铯钟由三家不同的公司共同研制，其中FFS公司(现迅腾(Symmetricom)公司)承担了大部分部件的研制工作，Kernco公司和FEI公司负责提供剩下的部分。由于技术的进步，尽管这些原子钟都是首次应用在导航卫星上，但再没有卫星因为星钟的缘故而失效。 GPS-2R卫星最初计划选刚2台铷钟和l台铯钟的结构，3台钟互为备份。但由于铯钟承包商在随后几年内没有成功地生产出宇航质量的产品，GPS-2R卫星最终选择了3台铷钟的结构。星载铷钟由EG&G公司(现珀金>埃尔默公司)提供，星钟仍然采用传统的铷气频标设计，但在质量、功耗和可靠性上都有了较大的改进。在轨测试表明，铷钟的性能比预期的目标要优异。图1和图2显示了在轨GPS卫星星载钟类型及性能情况。 二、未来GPS卫星星载钟 GPS-2F卫星的星载钟将选用1个铷钟和3个铯钟。其中铷钟由珀金>埃尔默公司提供，铯钟由迅腾公司负责研制生产。由于目前的模拟式铯钟，性能不稳定，其输出频率会随着卫星运行过程中温度和磁场的变化而变化，因此用于GPS-2F卫星的铯钟将采用基于商用数字钟设计的数字电子技术。数字式铯钟的研发工作最初由GPS联合项目办公室(GPS JPO)和海军研究实验室(NRL)发起，后期南GPS-2F卫星的总承包商北美波音公司接管。采用数字式控制结构的铯钟，增加了钟的重复生产性和可靠性，同时减少了铯钟对温度的敏感性。用于GPS-2F卫星的星钟性能如表2所示。 从表中可以看出，除了在功耗上略有不足外，铷钟的整体性能要优于铯钟。尽管基于传统设计的铷气原子频标(RAFS)在GPS-2R上应用效果很好，但在GPS-2F卫星上将不再继续采用。它将应用一种经过改进的铷气时标。 现役的GPS卫星基本上都是根据1990年的GPS系统运营需求文件(0RD)来进行论证、设计和制造的。1990年GPS ORD规定的目标是定位精度16m，授时误差lOOns。1999年，美国在对下一代GPS-3卫星系统进行论证时，设定了一个新的目标，即定位精度0.5m(最低定位精度要达，到1.5m)，授时误差10ns(不能大于20ns)。新标准的建立，对星载钟的设计提出了新的要求。以目前最先进的GPS-2F卫星星载钟为例，参照新旧标准可得图3。 从图3可以看出，GPS-2F铷钟能达到1999 ORD用户测距误差标准，而GPS-2F铯钟达不到1999 ORD用户测距误差标准。为了更好地完成1999 GPS ORD标准要求以及进行技术储备，美国从1999年开始进行了针对下一代GPS卫星系统的新型原子钟的研发工作。新型原子钟主要包括： (1)珀金>埃尔默公司和海军研究实验室联合研制的先进数字铷钟。新的数字式铷钟将进一步减小星载原子钟的体积，采用全新的电子仪器组件，集成包括6.8GHz信号源、直接数字信号合成器和数字伺服环路，并通过微处理器监视和控制所有关键参数。新型铷钟的预期稳定度是GPS-2F铷钟的两倍，结合自动化调整、检查、测试和标准化处理，将更容易制造，并将具有更小的老化系数，其环境灵敏度(尤其是温度)比目前的铷钟更低。 (2)迅腾公司的光泵铯束钟。新的铯钟将引入光学方法代替传统的磁学方法，在铯钟里进行状态准备和信号探测，能更有效地利用激发的铯原子，从而延长铯束管的使用寿命，其预期稳定度与GPS-2F铷钟相当。 (3)喷气推进实验室的空间线性离子阱系统(LITS)。它通过晶体振荡器以周期约为3s的非持续方式激活汞原子，其稳定度可以达到先进数字铷钟的10倍。这三种新型原子钟的预期性能如表3。 三、几种新型的原子钟 近几年来，随着技术的发展，又出现了一些基于新的原理或设计的原子钟，其中有望用于精确授时和太空应用的主要包括：美国国防高级研究项目局(DARPA、于2002年发起研制的芯片级原子钟(CSAC)；由海军研究办公室(ONR)资助、多所著名实验室联合研发的基于激光谐振的光原子钟：由ONR资助、Kernco公司研制的相干布居陷俘(CPT)铷原子钟：由美国空间和海上作战系统司令部(sPAWAR)资助、Syntonics公司研制的精密中期计算机控制振荡器(PICO)原子钟等。 CSAC计划由DARPA于2002年发起，计划目标是研制体积在1-230cm3、功率范围在低于30mW至10W之间、稳定度在1>10-11(相当于授时误差1μs/24h)的具备商业化批生产能力的微型原子钟。计划分3个阶段完成。第一阶段着重进行可行性论证并选择相关技术；第二阶段进行分系统研制并演示；第三阶段将演示试验原子钟。目前该计划已经进行到了第三阶段，由迅腾公司、德雷伯实验室和桑迪亚国家实验室组成的研究团队于2005年4月展示了一台样钟。样钟的体积为10cm3，功耗小于200mW，稳定度约为4x10-10。此后迅腾公司运用CPT技术和MEMS技术对原子钟进行了改进，并于2007年组织了一次生产10个微型原子钟的小规模试产。这些原子钟的功耗仅有125mW。 光原子钟研究计划属于美国国防部发起的综合学科高校研究启动计划(MURI)的一部分，经费由ONR资助，研究团队包括麻省理工学院电子学研究实验室、空军研究实验室、林肯实验室、朗讯科技公司、美国理波公司(Spectra-Physics)等。到目前为止尚处于研究阶段，未有产品问世。 由ONR资助、Kernco公司研制的新型铷钟采用了称为“黑线”(dark line)的CPT技术，从而有着比现存所有种类的铷钟都要小的体积，并且功耗也相对较低。CFT是原子能级被一对相干光场激发时的非线性现象。传统的气室频标，其物理部分的最小体积受制于共振微波腔的大小。为了形成共振，腔的大小必须要大于辐射微波场的半波长。对于氢钟、铯钟和铷钟来说，这个波长都是几厘米的量级，因此给气室频标的微型化发展带来问题。此外，更重要的是维持气室和腔的温度稳定都需要消耗很大的能量。由于原子的跃迁频率与温度密切相关，因此气室必须稳定于一个确定的温度点。如果这个温度点和环境温度相差很大，那么将会有很大的能量消耗于维持温度。如果利用CPT原理来制造原子钟，则不需要在原子气室上加微波场，因此也就不受制于辐射场的波长，从而有可能设计出体积更小的原子钟，并且相应的功耗也将大大降低。由于这些原因，CFT技术便成为小型原子钟的最佳选择。Kernco公司研制的CPT铷钟的性能如表4所示。 Syntonics公司PICO先进原子钟研究计划，隶属于SPAWAR资助的小企业创新研究计划(SBIR)。PICO原子钟将全部由体积小、功率低的品振组成。图6为Syntonics公司展示的工程样钟。它由4个小品振及一个偏移测量单元组成，此外还有一个处理器用来控制所有品振以使之达到最优化输出。其授时误差约为2ms/24h。PICO先进原子钟将首先应用于Link-16战术通用数据链及导航传感器系统接口(NAVSSI)。 此外，还有一些新型原子钟具有很大的发展潜力，如一直未能顺利进行空间应用的氢钟、激光冷却铯钟以及锶原子光钟等，随着技术的不断发展和成熟，它们也有很大的可能在未来的GPS卫星上得到应用。
http://www.81tech.com/kepu/201007/08/27434.html
ＧＰＳ卫星星钟的发展
国防科技网（81tech）讯： 星载原子钟，或称原子频标(AFS)是导航卫星的关键载荷，提供确保卫星导航系统精度所需的精确时间，也决定着导航卫星的使用寿命。在早期的卫星系统中，出于低功耗、轻质量和高可靠性的要求，通常选择石英晶体振荡器作为时间标准钟。但随着技术的发展，原子钟的性能不断提高，在质量、功耗和可靠性等方面的持续改进，使得它们逐渐为导航卫星所常用，成为主流的星钟。 一、gps星载钟的发展及现状 原子钟在导航卫星上的应用始于上世纪70年代。1974年，美国海军发射了导航技术试验卫星1号，作为导航星(NAVSTAR)/GPS系统的先驱。该卫星除载有石英晶体振荡器外，还载有两个铷原子钟，从而成为第一颗载原子钟进行太空飞行的卫星。这一开创性的工作为原子钟的空间应用打下了良好的基础。随后于1977年发射的导航技术试验卫星2号，载有两个铯原子钟，在太空中良好地运行了18个月。在这两颗卫星上的成功应用证实了原子钟的性能比品体振荡器更加优异，同时也进一步推动了原子钟的发展。1981年发射导航技术试验卫星3原计划除载铯钟外，还携带氢原子钟研制模型ADM。然而由于在两个计划下所发展的氢钟模型没有通过地面模拟测试，导航技术试验卫星3星载氢钟的计划取消。表1为美国早期导航卫星计划所采用的星载原子钟情况。 GPS-1的前三颗卫星，即导航星1/2/3上采用的是由Efratom公司、FEI公司和RA公司等三家公司共同研制的铷原子钟，每颗卫星上载有3个铷钟。但它们大多数的平均寿命都很短，不到一年。这种情况的出现，使后来的GPS-1卫星除载有3个铷钟外，额外增加了一个铯钟。增加备份钟是为了进一步提高可靠性。GPS-1中第一个载有铯钟的卫星是导航星4，然而这个铯钟在进入轨道12h后就停止了工作。早期星载钟的失效，其原因多为铷料或铯料用完，或电源失效等。星钟的失效直接影响了导航卫星的性能，因而受到极大重视。美国在此之后对星载钟设计进行了无数次的改进和实验，从而为下一代GPS卫星星钟的发展打下了坚实的基础。 作为第二代GPS卫星，GPS-2/2A卫星上载有2个铷钟，2个铯钟。其中铷钟由罗克韦尔公司提供，它采用了Efratom公司的核心物理部件。铯钟由三家不同的公司共同研制，其中FFS公司(现迅腾(Symmetricom)公司)承担了大部分部件的研制工作，Kernco公司和FEI公司负责提供剩下的部分。由于技术的进步，尽管这些原子钟都是首次应用在导航卫星上，但再没有卫星因为星钟的缘故而失效。 GPS-2R卫星最初计划选刚2台铷钟和l台铯钟的结构，3台钟互为备份。但由于铯钟承包商在随后几年内没有成功地生产出宇航质量的产品，GPS-2R卫星最终选择了3台铷钟的结构。星载铷钟由EG&G公司(现珀金>埃尔默公司)提供，星钟仍然采用传统的铷气频标设计，但在质量、功耗和可靠性上都有了较大的改进。在轨测试表明，铷钟的性能比预期的目标要优异。图1和图2显示了在轨GPS卫星星载钟类型及性能情况。 二、未来GPS卫星星载钟 GPS-2F卫星的星载钟将选用1个铷钟和3个铯钟。其中铷钟由珀金>埃尔默公司提供，铯钟由迅腾公司负责研制生产。由于目前的模拟式铯钟，性能不稳定，其输出频率会随着卫星运行过程中温度和磁场的变化而变化，因此用于GPS-2F卫星的铯钟将采用基于商用数字钟设计的数字电子技术。数字式铯钟的研发工作最初由GPS联合项目办公室(GPS JPO)和海军研究实验室(NRL)发起，后期南GPS-2F卫星的总承包商北美波音公司接管。采用数字式控制结构的铯钟，增加了钟的重复生产性和可靠性，同时减少了铯钟对温度的敏感性。用于GPS-2F卫星的星钟性能如表2所示。 从表中可以看出，除了在功耗上略有不足外，铷钟的整体性能要优于铯钟。尽管基于传统设计的铷气原子频标(RAFS)在GPS-2R上应用效果很好，但在GPS-2F卫星上将不再继续采用。它将应用一种经过改进的铷气时标。 现役的GPS卫星基本上都是根据1990年的GPS系统运营需求文件(0RD)来进行论证、设计和制造的。1990年GPS ORD规定的目标是定位精度16m，授时误差lOOns。1999年，美国在对下一代GPS-3卫星系统进行论证时，设定了一个新的目标，即定位精度0.5m(最低定位精度要达，到1.5m)，授时误差10ns(不能大于20ns)。新标准的建立，对星载钟的设计提出了新的要求。以目前最先进的GPS-2F卫星星载钟为例，参照新旧标准可得图3。 从图3可以看出，GPS-2F铷钟能达到1999 ORD用户测距误差标准，而GPS-2F铯钟达不到1999 ORD用户测距误差标准。为了更好地完成1999 GPS ORD标准要求以及进行技术储备，美国从1999年开始进行了针对下一代GPS卫星系统的新型原子钟的研发工作。新型原子钟主要包括： (1)珀金>埃尔默公司和海军研究实验室联合研制的先进数字铷钟。新的数字式铷钟将进一步减小星载原子钟的体积，采用全新的电子仪器组件，集成包括6.8GHz信号源、直接数字信号合成器和数字伺服环路，并通过微处理器监视和控制所有关键参数。新型铷钟的预期稳定度是GPS-2F铷钟的两倍，结合自动化调整、检查、测试和标准化处理，将更容易制造，并将具有更小的老化系数，其环境灵敏度(尤其是温度)比目前的铷钟更低。 (2)迅腾公司的光泵铯束钟。新的铯钟将引入光学方法代替传统的磁学方法，在铯钟里进行状态准备和信号探测，能更有效地利用激发的铯原子，从而延长铯束管的使用寿命，其预期稳定度与GPS-2F铷钟相当。 (3)喷气推进实验室的空间线性离子阱系统(LITS)。它通过晶体振荡器以周期约为3s的非持续方式激活汞原子，其稳定度可以达到先进数字铷钟的10倍。这三种新型原子钟的预期性能如表3。 三、几种新型的原子钟 近几年来，随着技术的发展，又出现了一些基于新的原理或设计的原子钟，其中有望用于精确授时和太空应用的主要包括：美国国防高级研究项目局(DARPA、于2002年发起研制的芯片级原子钟(CSAC)；由海军研究办公室(ONR)资助、多所著名实验室联合研发的基于激光谐振的光原子钟：由ONR资助、Kernco公司研制的相干布居陷俘(CPT)铷原子钟：由美国空间和海上作战系统司令部(sPAWAR)资助、Syntonics公司研制的精密中期计算机控制振荡器(PICO)原子钟等。 CSAC计划由DARPA于2002年发起，计划目标是研制体积在1-230cm3、功率范围在低于30mW至10W之间、稳定度在1>10-11(相当于授时误差1μs/24h)的具备商业化批生产能力的微型原子钟。计划分3个阶段完成。第一阶段着重进行可行性论证并选择相关技术；第二阶段进行分系统研制并演示；第三阶段将演示试验原子钟。目前该计划已经进行到了第三阶段，由迅腾公司、德雷伯实验室和桑迪亚国家实验室组成的研究团队于2005年4月展示了一台样钟。样钟的体积为10cm3，功耗小于200mW，稳定度约为4x10-10。此后迅腾公司运用CPT技术和MEMS技术对原子钟进行了改进，并于2007年组织了一次生产10个微型原子钟的小规模试产。这些原子钟的功耗仅有125mW。 光原子钟研究计划属于美国国防部发起的综合学科高校研究启动计划(MURI)的一部分，经费由ONR资助，研究团队包括麻省理工学院电子学研究实验室、空军研究实验室、林肯实验室、朗讯科技公司、美国理波公司(Spectra-Physics)等。到目前为止尚处于研究阶段，未有产品问世。 由ONR资助、Kernco公司研制的新型铷钟采用了称为“黑线”(dark line)的CPT技术，从而有着比现存所有种类的铷钟都要小的体积，并且功耗也相对较低。CFT是原子能级被一对相干光场激发时的非线性现象。传统的气室频标，其物理部分的最小体积受制于共振微波腔的大小。为了形成共振，腔的大小必须要大于辐射微波场的半波长。对于氢钟、铯钟和铷钟来说，这个波长都是几厘米的量级，因此给气室频标的微型化发展带来问题。此外，更重要的是维持气室和腔的温度稳定都需要消耗很大的能量。由于原子的跃迁频率与温度密切相关，因此气室必须稳定于一个确定的温度点。如果这个温度点和环境温度相差很大，那么将会有很大的能量消耗于维持温度。如果利用CPT原理来制造原子钟，则不需要在原子气室上加微波场，因此也就不受制于辐射场的波长，从而有可能设计出体积更小的原子钟，并且相应的功耗也将大大降低。由于这些原因，CFT技术便成为小型原子钟的最佳选择。Kernco公司研制的CPT铷钟的性能如表4所示。 Syntonics公司PICO先进原子钟研究计划，隶属于SPAWAR资助的小企业创新研究计划(SBIR)。PICO原子钟将全部由体积小、功率低的品振组成。图6为Syntonics公司展示的工程样钟。它由4个小品振及一个偏移测量单元组成，此外还有一个处理器用来控制所有品振以使之达到最优化输出。其授时误差约为2ms/24h。PICO先进原子钟将首先应用于Link-16战术通用数据链及导航传感器系统接口(NAVSSI)。 此外，还有一些新型原子钟具有很大的发展潜力，如一直未能顺利进行空间应用的氢钟、激光冷却铯钟以及锶原子光钟等，随着技术的不断发展和成熟，它们也有很大的可能在未来的GPS卫星上得到应用。
http://www.81tech.com/kepu/201007/08/27434.html
以后不能吐槽“中国卫星上的核心部件还需要进口”了