1E-16 星载铝离子光钟的实验系统成功建立，标志着我国已 ...

提高卫星导航定位系统（GNSS）定位、守时精度的关键是改善星载原子钟的精度。目前精度最高的 GNSS系统是美国的GPS系统。重要原因之一是 GPS 系统采用了先进的星载原子钟技术。现阶段正在运行的GPS-II采用了天稳定度优于 3E-14（3×10-14）秒的星载铷钟，使系统定位精度达到 1米水平。即将启动建设的 GPS-III将采用天稳为1E-14的高精度星载铷钟和天稳为 1E-15的汞离子微波钟，有可能将定位精度提高到 0.1米乃至更高水平。掌握一流的空间原子钟技术，是通向航天强国的必由之路。从所用星载原子钟的精度看，北斗二代系统的定位精度相比同期运行的 GPS-III仍然有差距。因此，安排更高精度的星载原子钟技术攻关，在合适的时间实现在北斗二代系统中的应用是非常必要的。

   国家863计划地球观测与导航技术领域“1E-16星载原子钟关键技术研究”目前取得重大突破。中国科学院武汉物理与数学研究所经  过一年的技术攻关，于 2013年 1月23日完成了对线型离子阱囚禁系统的设计和安装，使离子光钟物理系统真空度达到 3E-8 帕斯卡，实现了超高真空系统的搭建，满足了离子囚禁实验要求，并在该系统上获得了稳定囚禁的一串钙离子。这标志着国内首次 1E-16星载铝离子光钟的实验系统成功建立。

   1E-16精度的原子钟目前世界上只在少数顶级实验室实现，技术难度巨大，2011 年国内在此方向基本上属于空白。发达国家在该技术上对我们实行严格的技术封锁，我们必须进行自主研发。而相对于地面应用的原子钟而言，星载原子钟除了要保证技术指标外，还要满足极其苛刻的可靠性、寿命、小型化和轻量化、卫星环境适应性等要求，难度更大。星载原子钟需要经历电性能件、模样、初样、飞行试验件、正样等几个阶段，比地面原子钟的研究周期要长得多。

   我国相关部门已经安排了星载原子钟技术攻关，研制天稳分别为5E-14和7E-15的星载铷原子钟和星载氢原子钟，用于将在 2020年前后建成的北斗二代全球定位导航系统。精度为 1E-16的星载原子钟的应用，可以使包括北斗系统在内的 GNSS系统定位精度将达到厘米水平，授时精度达到0.03ns水平，比现有的北斗系统精度提高两个数量级，北斗系统的自主运行能力也将大大提高，可将星钟的比对和调整周期延长一百倍，目前是一天比对一次，将延长至一百天比对一次，大大降低运控复杂度；还可以用于对地观测，将地球重力等势面的测量精度提高到厘米量级，并实现区域重力场的长期变化精密测量；用于空间科学实验，可以对相对论等物理学基本理论进行实验检验。这对于提升我国空间科学技术发展水平，乃至提高我国科学技术的整体发展水平意义重大。

   近 10 多年来原子钟技术发展突飞猛进，如以光频原子钟（简称光钟）为代表的超高精度原子钟取得了技术突破，频率稳定度达到E-15-1/2水平，频率不确定度进入了E-18量级。微波波段的超高精度原子钟技术也取得长足进展，美国喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）研制的汞离子微波钟天稳定度已进入 E-16量级。尽管这些超高精度原子钟目前尚不具备上天应用条件，光钟甚至还没有实现地面长期运转，但是从其发展速度看，这些原子钟实现工程化和空间应用是可以期待的。

   根据原子钟的国际发展趋势，预计下一代 GNSS系统的设计概念是：以长期频率稳定度在 E-16 水平的原子钟构建卫星时间，以长期频率稳定度在 E-17 水平的原子钟为地面授时钟构建系统时间，以频率准确度在E-18的水平的原子钟为地面基准钟。

   为加强自主创新，并在国际竞争中取得优势，我们将继续对1E-16星载原子钟方向项目进行滚动支持，以达到星载原子钟工程化的目标，为服务于北斗全球系统打下坚实的基础。同时瞄准国际前沿发展势头，在适当时候支持开展对 E-18水平的地面基准原子钟的研究。

（国家遥感中心 供稿）
http://www.nrscc.gov.cn/nrscc/up ... 3c1365642576406.pdf提高卫星导航定位系统（GNSS）定位、守时精度的关键是改善星载原子钟的精度。目前精度最高的 GNSS系统是美国的GPS系统。重要原因之一是 GPS 系统采用了先进的星载原子钟技术。现阶段正在运行的GPS-II采用了天稳定度优于 3E-14（3×10-14）秒的星载铷钟，使系统定位精度达到 1米水平。即将启动建设的 GPS-III将采用天稳为1E-14的高精度星载铷钟和天稳为 1E-15的汞离子微波钟，有可能将定位精度提高到 0.1米乃至更高水平。掌握一流的空间原子钟技术，是通向航天强国的必由之路。从所用星载原子钟的精度看，北斗二代系统的定位精度相比同期运行的 GPS-III仍然有差距。因此，安排更高精度的星载原子钟技术攻关，在合适的时间实现在北斗二代系统中的应用是非常必要的。

   国家863计划地球观测与导航技术领域“1E-16星载原子钟关键技术研究”目前取得重大突破。中国科学院武汉物理与数学研究所经  过一年的技术攻关，于 2013年 1月23日完成了对线型离子阱囚禁系统的设计和安装，使离子光钟物理系统真空度达到 3E-8 帕斯卡，实现了超高真空系统的搭建，满足了离子囚禁实验要求，并在该系统上获得了稳定囚禁的一串钙离子。这标志着国内首次 1E-16星载铝离子光钟的实验系统成功建立。

   1E-16精度的原子钟目前世界上只在少数顶级实验室实现，技术难度巨大，2011 年国内在此方向基本上属于空白。发达国家在该技术上对我们实行严格的技术封锁，我们必须进行自主研发。而相对于地面应用的原子钟而言，星载原子钟除了要保证技术指标外，还要满足极其苛刻的可靠性、寿命、小型化和轻量化、卫星环境适应性等要求，难度更大。星载原子钟需要经历电性能件、模样、初样、飞行试验件、正样等几个阶段，比地面原子钟的研究周期要长得多。

   我国相关部门已经安排了星载原子钟技术攻关，研制天稳分别为5E-14和7E-15的星载铷原子钟和星载氢原子钟，用于将在 2020年前后建成的北斗二代全球定位导航系统。精度为 1E-16的星载原子钟的应用，可以使包括北斗系统在内的 GNSS系统定位精度将达到厘米水平，授时精度达到0.03ns水平，比现有的北斗系统精度提高两个数量级，北斗系统的自主运行能力也将大大提高，可将星钟的比对和调整周期延长一百倍，目前是一天比对一次，将延长至一百天比对一次，大大降低运控复杂度；还可以用于对地观测，将地球重力等势面的测量精度提高到厘米量级，并实现区域重力场的长期变化精密测量；用于空间科学实验，可以对相对论等物理学基本理论进行实验检验。这对于提升我国空间科学技术发展水平，乃至提高我国科学技术的整体发展水平意义重大。

   近 10 多年来原子钟技术发展突飞猛进，如以光频原子钟（简称光钟）为代表的超高精度原子钟取得了技术突破，频率稳定度达到E-15-1/2水平，频率不确定度进入了E-18量级。微波波段的超高精度原子钟技术也取得长足进展，美国喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）研制的汞离子微波钟天稳定度已进入 E-16量级。尽管这些超高精度原子钟目前尚不具备上天应用条件，光钟甚至还没有实现地面长期运转，但是从其发展速度看，这些原子钟实现工程化和空间应用是可以期待的。

   根据原子钟的国际发展趋势，预计下一代 GNSS系统的设计概念是：以长期频率稳定度在 E-16 水平的原子钟构建卫星时间，以长期频率稳定度在 E-17 水平的原子钟为地面授时钟构建系统时间，以频率准确度在E-18的水平的原子钟为地面基准钟。

   为加强自主创新，并在国际竞争中取得优势，我们将继续对1E-16星载原子钟方向项目进行滚动支持，以达到星载原子钟工程化的目标，为服务于北斗全球系统打下坚实的基础。同时瞄准国际前沿发展势头，在适当时候支持开展对 E-18水平的地面基准原子钟的研究。

（国家遥感中心 供稿）
http://www.nrscc.gov.cn/nrscc/up ... 3c1365642576406.pdf