GPS卫星原子钟和原子频标介绍
原子钟——精选推荐
原⼦钟利⽤原⼦的⼀定共振频率⽽制造的精确度⾮常⾼的计时仪器。
是世界上已知最准确的时间测量和频率标准，也是国际时间和频率转换的基准，⽤来控制电视⼴播和全球定位系统。
现在⽤在原⼦钟⾥的元素有氢、铯、铷等，最好的铯原⼦钟精度可以达到每500万年相差1秒。
现在的世界标准时间，即是由原⼦钟报时的协调世界时。
环球⽹：由于格林尼治标准时间跟不上计算机时代的发展，今后⼈们可能将以原⼦钟标准时间为准。
原⼦钟以原⼦共振频率标准来计算及保持时间的准确，是世界上已知最准确的时间测量和频率标准，也是国际时间和频率转换的基准，⽤来控制电视⼴播和全球定位系统卫星的讯号。
原⼦钟⾥的元素有氢、铯(sè)、铷(rú)等。
最好的铯原⼦钟精度可以达到每500万年相差1秒。
这为天⽂、航海、宇宙航⾏提供了强有⼒的保障。
[1]原⼦钟直到20世纪20年代，最精确的时钟还是依赖于钟摆的有规则摆动。
取代它们的更为精确的时钟是基于⽯英晶体有规则振动⽽制造的，这种时钟的误差每天不⼤于千分之⼀秒。
即使如此精确，但它仍不能满⾜科学家们研究爱因斯坦引⼒论的需要。
根据爱因斯坦的理论，在引⼒场内，空间和时间都会弯曲。
因此，在珠穆朗玛峰顶部的⼀个时钟，⽐海平⾯处完全相同的⼀个时钟平均每天快三千万分之⼀秒。
所以精确测定时间的唯⼀办法只能是通过原⼦本⾝的微⼩振动来控制计时钟。
[2]1945年，哥伦⽐亚⼤学物理教授Isidor Rabi建议采⽤他在⼆⼗世纪三⼗年代开发的原⼦束磁共振法制造时钟。
1949年，国家标准局（NBS，现称美国国家标准技术协会，简称NIST）宣告开发了全球第⼀台将氨分⼦⽤做振荡源的原⼦钟；1952年，该机构宣告开发了第⼀台将铯原⼦⽤做振荡源的原⼦钟，即NBS-1。
1955年，英国国家物理实验室制造出了第⼀台可⽤做振荡源的铯束原⼦钟。
在其后的⼗年中，越来越多的先进时钟相继问世。
1967年，第13届度量衡⼤会在铯原⼦振荡技术的基础上制定了SI秒，从此，全球的计时系统不再以天⽂学技术为基础。
GPS北斗卫星时钟源（NTP网络时间源）技术参数详解
GPS北⽃卫星时钟源（NTP⽹络时间源）技术参数详解GPS北⽃卫星时钟源（NTP⽹络时间源）技术参数详解GPS北⽃卫星时钟源（NTP⽹络时间源）技术参数详解京准电⼦科技官微——ahjzsz1、有关时间的⼀些基本概念：时间与频率之间互为倒数关系，两者密不可分，时间标准的基础是频率标准，由晶体振荡器决定时间的精度。
4种实⽤的时间频率标准源包括晶体钟、铷原⼦钟、氢原⼦钟和铯原⼦钟。
常⽤的时间坐标系：世界时（UT）、地⽅时、原⼦时（AT）、协调世界时（UTC）、GPS时时钟源技术时钟振荡器是所有数字通信设备中最基本的部件，时钟源技术可以分为普通晶体时钟、⾼稳定晶振、原⼦钟和芯⽚级原⼦钟。
锁相环技术锁相环技术是⼀种使得输出信号在频率和相位上与输⼊信号同步的电路技术，利⽤锁相环技术进⼊锁定状态或者同步状态后，系统的振荡器输出信号与输⼊信号之间的相差为零。
锁相环技术是时钟同步的核⼼技术。
模拟锁相环由检相器、环路滤波器和压控振荡器3个部分组成。
⽽数字锁相环中的误差控制信号使⽤离散的数字信号，⽽不是模拟电压。
智能锁相环路技术，即直接数字频率合成（DDS-Digital Direct Frequency Synthesis）技术，在单⽚FPGA中就可以实现。
2、GPS时间是怎样建⽴的？为了得到精密的GPS时间，使它的准确度达到<100ns（相对于UTC（USNO/MC））：◆每个GPS卫星上都装有铯⼦钟作星载钟；◆ GPS全部卫星与地⾯测控站构成⼀个闭环的⾃动修正系统；◆采⽤UTC（USNO/MC）为参考基准。
GPS定位、定时和校频的原理 （1）GPS定位原理：是基于精确测定GPS信号的传输时延（Δt），以得到GPS卫星到⽤户间的距离（R） R=C×Δt -----------------------[1]（式中C为光速）同时捕获4颗GPS卫星，解算4个联⽴⽅程，可给出⽤户实时时刻（t）和对应的位置参数（x、y、z）共4个参数。
卫星导航定位系统工作原理
我们看到在上一节中看到至少要利用3颗卫星才能计算出位置。
数学上的创意：
原子钟
/AMuseum/time/index.htmlNPL：铯：计时技术小史文/Justin Rowlatt铯中心：位于科罗拉多州的信号中继站，原子钟时间信号从这里传到美国的千家万户。
作为一个化学元素，铯实际上已经重新对时间进行了定义。
自小时候到现在，在各种场合你都被告知准时很重要。
现在，有了铯原子，全世界各个地方的时间都能保持准确，准确到让我们感到需要重新思考时间是什么。
而且我们发现计时技术中存在一个奇怪的缺陷。
事实上是在近些年来人们才意识到准确及时的重要性。
并不是我们的祖先不需要知道时间，他们当然需要。
几千年来，人类制造出多种多样精致的仪器来衡量时间的流逝。
但事实是直到175年前，在那之前的几千年里，人们对于时间的定义来源都是太阳。
不管走到哪里，你总能认出什么时候是正午。
晴天里只要看一眼天空或者看一下日晷，你就能知道时间。
这一切随着世界上第一条铁路线的开通而改变了，这第一条铁路就在这里，在我们英国。
在那之后人们都知道伦敦的正午比布里斯托（Bristol）的正午早10分钟，这是一个精确的值，它是阳光走过两座城市之间的经度差所需要的时间。
计时系统出现错误导致的将不只是乘客会误车。
由于计时偏差导致的危险事件甚至火车事故越来越多。
1840年11月，英国西部铁路公司（Great Western Railway）解决了这一问题，他们使用了一个叫“铁路时间”（Railway Time）的计时系统。
系统内所有城市的时间都是伦敦时间，这是第一次人们根据一个标准将不同地点的时间同步起来。
此举引起了很大争议。
突然间，皇家格林尼治天文台（Royal Observatory）就可以从遥远的格林尼治控制你的时间系统。
埃克赛特大学的校长拒绝将学校大教堂的时钟调整至英国西部铁路公司所要求的时间。
布里斯托采用了一个折中的方案：时钟上有两个分针，一个显示当地时间，一个显示“铁路时间”。
这座钟位于布里斯托，钟上仍旧有两根分针，两者表示的时间相差十分钟然而“铁路时间”逐渐成为了英国很多地方的时间标准，而且在世界上其他后来修建铁路的地区大多数都采用了“铁路时间”的标准。
原子钟概述
第2章原子钟概述2.1原子钟的定义原子钟，是一种利用原子、分子能级差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率，以使其输出标准频率信号的一种装置。
它利用原子能级跃迁产生的光信号，通过光电转化、信号处理后获得用来修正晶振或激光器频率的负反馈纠偏信号，使其输出稳恒振荡频率，这种输出频率可以用来精确计量时间。
根据采用的原子种类和技术手段的不同，原子钟可以分为很多种。
因为特定原子能级之间的能极差是很稳定的，所以原子钟的准确度很高，可以达到千万年仅差一秒或者更高的水平。
2.2原子钟的发展历程在原子钟出现以前，最准确的计时工具是以晶体振荡器为代表的电子钟表和挂钟为代表的机械力学钟表，它们几乎可以满足人们的如常生活需要，但是在对计时准确度要求较高的科研或生产领域还是不能满足要求。
原子钟的发展，最早可以追溯到1938年，美国哥伦比亚大学的拉比（Rabi）和他的学生发明了分子束磁共振技术。
他们用磁共振技术观察到了原子超精细能级间的跃迁，指出当一束原子通过一个振动的电磁场时，电磁场的振动频率越接近超精细能级间的跃迁频率，原子从电磁场吸收的能量就会越多，从而使更多原子跃迁。
他们由此提出应用反馈回路可以调节电磁场的振动频率，直到所有原子都可以跃迁。
这就是实现原子钟的基本理论基础。
通过使电磁场振动频率与原子精细能级跃迁频率共振，用电磁场的共振频率调节晶体振荡器的频率，就能使晶振频率严格跟随电磁场振动频率，实现频率输出的准确性和稳定性。
再通过相应的控制、调节系统，就能使晶振输出准确、稳恒的振动频率，用这个频率为基准，就可以实现精确时。
1949年，在美国诞生了以氨分子为样品的世界上第一台原子钟，其输出频率为23.8GHz。
与当时最精确的石英钟相比，它已经相当精确了。
但是它由众多器件构成，体型巨大，对于大应用领域来说，实用性不强。
1955年，在英国国家物理实验室建成了第一台铯原子钟。
1960年，拉姆齐(N．Ramsey)等人成功研制出第一台氢原子钟，通常人们把它叫做氢微波激射器（H maser）。
GPS卫星原子钟和原子频标介绍
GPS卫星原⼦钟和原⼦频标介绍原⼦钟最早是⽤来探索宇宙本质的，并不是⽤来计时的，直到科学家在研究原⼦和原⼦核基本特性过程时，才发明了的技术，这项技术可以测量出原⼦的⾃然共振频率，⽽⾃然共振频率的准确性⾮常⾼，特别适合制作⾼精度时钟，这样原⼦钟成为了研制⾼精度时钟的基础。
在时间计时领域，钟表是⼈们⽇常使⽤的计时⼯具，精度每天每年都存在有误差，这对于⼈们⽇常使⽤已经⾜够了，但在时间精度要求更⾼的⽣产和科研领域就不能满⾜了。
为了解决对精度要求很⾼的领域⼈们制造了原⼦钟，之后根据原⼦钟原理相继发明了铯原⼦钟、氢原⼦钟和，其中铯原⼦钟精度最⾼常应⽤于GPS北⽃等卫星系统中。
铯原⼦钟运⽤内部电⼦在两个能级间跳跃辐射出的电磁波为标准，从⽽控制校准电⼦振荡器和钟的计时。
铯原⼦钟稳定程度为2000万年相差1 秒。
氢原⼦钟运⽤原⼦能级跳跃时辐射出的电磁波来控制校准⽯英钟，其稳定度每天变化为⼗亿分之⼀秒。
铷原⼦钟相对其他原⼦更为简便紧凑，铷原⼦钟能使铷振荡器输出频和卫星的信号同步，能提供稳定的频率信号。
原⼦钟可以应⽤于守时⽅⾯，也可以应⽤于频率标准⽅⾯。
在守时⽅⾯⽐如设备SYN2136型北⽃NTP⽹络时间服务器，⾥⾯都内置了守时的铷原⼦钟、驯服铷钟，当设备没有实时的卫星时间信号时，设备内部⽤铷原⼦钟进⾏守时。
SYN3204型GPS北⽃驯服铷原⼦频率标准是由西安同步研制的⾼精度频率标准设备，能溯源同步到GPS卫星上，输出频率信号准确度⾼并能长期稳定输出，该设备可以提供铯钟级的频率标准，并能代替价格较⾼的铯钟，是⼀款⾼性价⽐的时频设备。
SYN3204型GPS北⽃驯服铷原⼦频率标准，以卫星信号为基准提供铯钟级的稳定频率标准。
该设备有10MHz正弦信号输出、1PPS脉冲信号和RS232时间信号，其中10MHz正弦信号输出，也可选择为5MHz和1MHz，频率准确度≤1E-12。
SYN3204型GPS北⽃驯服铷原⼦频率标准能快速锁定信号，并提供稳定可靠的信号，⼴泛应⽤于航空航天、卫星、航海、时频计量、同步⼴播、测控、通信、天⽂、⽓象等⾏业。
GPS卫星定位系统简介
第20卷第1期2010年3月陕西国防工业职业技术学院学报Journal of Shaanxi Institute of TechnologyVol 120No 11Mar .2010收稿日期:2009-12-09作者简介:毛敏(1976-),女,陕西西安人,助教,主要从事电子控制、通讯方面的教学和研究工作。
GPS 卫星定位系统简介毛 敏(陕西国防工业职业技术学院电子工程系,陕西西安 710030)摘 要:本文简单介绍了GPS 卫星定位系统的组成、工作原理、应用及如何选购GPS 相关产品。
关键词:GPS ;卫星星历;星载原子钟中图分类号:TN014 文献标识码:A 文章编号:9474-(2010)01-0039-04 1973年12月,美国国防部批准它的陆海空三军联合研制新的卫星导航系统:NAVSTAR/GPS 。
它是英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/G lobal Positioning System ”的缩写词。
其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”,简称GPS 。
这个系统向有适当接受设备的全球范围用户提供精确、连续的三维位置和速度信息,并且还广播一种形式的世界协调时(U TC )。
GPS 提供两种服务:标准定位服务(SPS )和精密定位服务(PPS )。
PPS 是指定为美国核准的军方用户和选定的政府部门用户使用的,接入GPS PPS 是通过加密机制而受控的。
而SPS 是指定为民用社团使用的,它所提供的预测精度与PPS 相比有较大的差距。
但对SPS 的使用未设任何限制,对于全世界的所有用户SPS 均是可用的。
全球四大GPS 系统:美国GPS ,由美国国防部于20世纪70年代初开始设计、研制,于1993年全部建成。
1994年,美国宣布在10年内向全世界免费提供GPS 使用权,但美国只向外国提供低精度的卫星信号;欧盟“伽利略”,1999年,欧洲提出计划,准备发射30颗卫星,组成“伽利略”卫星定位系统;俄罗斯“格洛纳斯”,尚未部署完毕。
北斗卫星铷原子钟原理
北斗卫星铷原子钟原理
北斗卫星铷原子钟的原理是基于“光-微波双共振”原理设计的。
这种原子
钟的核心在于对原子能级进行精确控制和测量，以确定时间。
在铷原子钟中，原子信号的强弱与物理系统的两个主要部件相关，一个是激励光共振信号的光谱灯，另一个是激励微波共振信号的微波腔。
光谱灯的作用是将原子从低能级抽运到高能级，类似于抽水机的工作原理。
铷原子中的高能级原子不会自动回到低能级，因此需要用微波场去激励，使它们能够回到低能级。
通过控制和测量这些能级的转换，可以确定非常精确的时间。
因为这种转换是高度稳定的，所以铷原子钟的精度和稳定性都非常高，可以达到纳秒级别。
在北斗卫星中，这种铷原子钟被用来提供精确的时间服务。
地面用户可以通过接收北斗卫星的信号，获取由卫星时钟提供的精确时间信息。
然而，信号在传输过程中会受到各种因素的影响，如空间大气层、地球自转和卫星运动等，因此需要对信号进行修正和校正，以确保时间服务的精确度和稳定性。
总的来说，北斗卫星铷原子钟通过控制和测量原子的能级转换来确定时间，其高精度和稳定性为各行业提供了准确的时间服务，如海洋渔业、航空航天、交通运输和电力能源等。
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GPS卫星原子钟和原子频标介绍
原子钟最早是用来探索宇宙本质的，并不是用来计时的，直到科学家在研究原子和原子核基本特性过程时，才发明了磁共振的技术，这项技术可以测量出原子的自然共振频率，而自然共振频率的准确性非常高，特别适合制作高精度时钟，这样原子钟成为了研制高精度时钟的基础。
在时间计时领域，钟表是人们日常使用的计时工具，精度每天每年都存在有误差，这对于人们日常使用已经足够了，但在时间精度要求更高的生产和科研领域就不能满足了。
为了解决对精度要求很高的领域人们制造了原子钟，之后根据原子钟原理相继发明了铯原子钟、氢原子钟和铷原子钟，其中铯原子钟精度最高常应用于GPS北斗等卫星系统中。
铯原子钟运用内部电子在两个能级间跳跃辐射出的电磁波为标准，从而控制校准电子振荡器和钟的计时。
铯原子钟稳定程度为2000万年相差1 秒。
氢原子钟运用原子能级跳跃时辐射出的电磁波来控
制校准石英钟，其稳定度每天变化为十亿分之一秒。
铷原子钟相对其他原子更为简便紧凑，铷原子钟能使铷振荡器输出频和卫星的铯原子钟信号同步，能提供稳定的频率信号。
原子钟可以应用于守时方面，也可以应用于频率标准方面。
在守时方面比如设备SYN2136型北斗NTP网络时间服务器，里面都内置了守时的铷原子钟、驯服铷钟，当设备没有实时的卫星时间信号时，设备内部用铷原子钟进行守时。
SYN3204型GPS北斗驯服铷原子频率标准是由西安同步研制的高精度频率标准设备，能溯源同步到GPS卫星铯原子钟上，输出频率信号准确度高并能长期稳定输出，该设备可以提供铯钟级的频率标准，并能代替价格较高的铯钟，是一款高性价比的时频设备。
SYN3204型GPS北斗驯服铷原子频率标准，以卫星信号为基准提供铯钟级的稳定频率标准。
该设备有10MHz正弦信号输出、1PPS 脉冲信号和RS232时间信号，其中10MHz正弦信号输出，也可选择为5MHz和1MHz，频率准确度≤1E-12。
SYN3204型GPS北斗驯服铷原子频率标准能快速锁定信号，并提供稳定可靠的信号，广泛应用于航空航天、卫星、航海、时频计量、同步广播、测控、通信、天文、气象等行业。
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