原子钟在导航星和空间站的应用(精)
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一、便携式原子钟
自20世纪50年代发明原子钟以来,有三种类别的原子钟以其便携式装置迅速进入工业应用,它们分别是铷原子钟、铯原子钟和氢原子钟。
原子钟是一种以所用原子内部能级跃迁相应辐射频率为参考标准的频率自动控制装置,其实用频率源为压控晶体振荡器(5MH z。原子钟工作时,该振荡器频率将锁在原子参考标准频率固定的分数值上,如图1所示。
二、G PS导航星的星载钟
G PS是美国导航星全球定位系统的缩写,它从1973年正式开始研制发展(另一全球定位系统为前苏联的G LONASS ,如今成为全球应用价值极高、受益面最广的
图2G PS系统的组成
导航星和测控站均装备高性能原子钟作为控制核
心。其中星载原子钟的研制和应用,在不断提高和发展。自1974年发射第一颗试验星以来,就不断提高星载钟的性能水平,同时扩展星载钟的类型(铷—铯—氢,研制单位也不断在严格筛选中更迭。
-16
各阶段星载钟的性能水平,如图3所示。和1×10的准确度(相当于走时三亿年不差一秒,计
划于2004年以前把它们送上国际空间站,用作新一代空间频率基准,如图4所示。
图3三、继前苏联的和平号空间站之后(它在太空遨游15
年后于2001年2月报废坠入大海,由美国、俄罗斯、加图4国际空间站计划搭载的新一代频率基准拿大、日本和欧洲合作开发的国际空间站(ISS是迄今最预期该钟组及其传递手段将使时标比对和频率比
-12-16
大的空间科学事业,该空间站可供使用的空间容积达对准确度分别达到30p s (1p s =1×10s和10,它将大1100立方米,含上千个部件,重约450吨,运行轨道为准大提高全球钟的同步水平,提高定位准确度,以及对大
α,引力红移研究水圆形,高度在(350～450公里之间(变化周期约90天,气传播、精密地球物理和基本物理(倾角5116°,移动速度为29000公里/小时,计划在1998
大部分组成。空间部分为G PS卫星星座,由24颗导航星组成,均匀配置于6个轨道平面上,地面测控部分由五个地面监测站、三个数据注入站和一个主控站组成。如图2所示。
时间信号
图1原子钟的组成
经过一代一代的改良,上述三种原子钟结构愈益紧凑,性能水平也有很大的提高。它们各有长处、互相补充。在结构方面,铷钟最小,其最小体积已达0125L (约相当于6cm见方,铯钟和氢钟次之(1～2个标准机箱大小,体积约25L～50L ;在频率稳定度方面,氢钟最好;而在长期频率稳定度和准确度方面,则以铯钟最佳。
年～2006年间经过34次发射完成组配。空间站建成后预期工作15年。
1995年率先在法国研制成功的冷原子钟(铯原子喷泉,准确度和稳定度比已研制的原子钟最高水平又提
平。例如,在无线电导航定位中,若要求定位误差在1m
-9
内,时间测量误差应限制在3ns (3×10s ,当时间测量误差减少到30p s时,相应定位误差将减少到1cm。
由于导航星有一定的工作寿命(10年左右,为维持
空间信息资源,其最高性能水平如下:实时导航定位准所需工作的导航星数目,需陆续补充新的导航星。确度优于10m;大地测量事后处理的定位准确度达毫米早期阶段,星载钟只由铷原子钟充任,以后加入了量级,测速准确度优于0101m/s ,时间传递或时间同步准铯原子钟,且数量逐渐增加,近期发射的导航星,其星载
检测程序和数据处理程序的软件,生
产机器人的企业为计量用户专门提供大约近300种用于计量检测的机器人,其中有20多种专用测量机器
中国计量2002. 8
47
我国发射北斗1号导航星和神舟1号宇宙飞船以来,自主开发星载原子钟的任务显得更加紧迫。鉴于星
高了一个数量级。科学家设想,如果让冷原子钟在微重载钟属于原子钟的顶尖级应用,它的开发和研制需要相力场中运行,原子与微波场相互作用时间的延长几乎不关基础研究的支持,产品也要一代一代更新,不懈的努再受限制,钟的性能相应又有一个量级的提高。现在,由力将是获得成功的关键
控制
原子标准
分频计时
频率信号
用户和国外一般用户只能应用粗码接收机得到准确度较低的导航定位信息,在导航星上还配置了进一步降低粗码定位的装置,并在海湾战争后开始启用。该政策的目的是降低他国将G PS信息用于与美国相竞争的高科技研究和军事工程的性能,甚至阻止他们应用。
G PS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三
测量与控制
原子钟在导航星和空间站的应用
□中国计量科学研究院
黄秉英
20制定的可用性选择政策(SA控制的:它把G PS
定位系统的核心。6,导航定位区分为精密和普通两个等级,获得授权的军事
,用户应用精码接收机,可以实现高精度导航定位;民用基准。这些原子钟,、可靠性高、寿命长,而且具有高性能水平,代表着原子钟的顶尖级应用。
wenku.baidu.com-9
确度达1ns (1×10s。上述性能水平的实际应用是受美钟含2个铷钟, 2个铯钟,稍后发射的导航星,则计划使
46中国计量
2002. 8
技术篇
测量与控制
用2个铷钟和1～5个铯钟。使用氢原子钟作为星载钟,欧洲空间中心和美国航天中心分别组织研制的微重力
-141/2
τ:取样时间的稳定度正在进一步试验之中。冷原子钟,预期获得7×10/τ(
。计
研究开发检测机器人适应我国现代工业发展新要求
□中国计量科学研究院
卢敬叁
随着微电子技术的迅速发展,机的就是要建立新的测试方法和制定用机器人进行检测大致分为两种类器人在工业计量检测中得到越来越新的计量检测程序,以适应现代计量型:一类是具有计算机的专用计量检广泛的应用。过去机器人在工业检测的要求。机器人在工业计量中的应测机器人,有专用的控制程序,计量中,只能实现对单个零件的检测,而用,提高了计量检测过程中的工艺质现在,由于自动化程度的不断提高和量和检测设备的技术性能,从而实现计算机的应用,机器人已能实现对部了工业计量自动化的高效益。件和整个产品的质量检测。随之而来在工业高度发达的国家里,在应
自20世纪50年代发明原子钟以来,有三种类别的原子钟以其便携式装置迅速进入工业应用,它们分别是铷原子钟、铯原子钟和氢原子钟。
原子钟是一种以所用原子内部能级跃迁相应辐射频率为参考标准的频率自动控制装置,其实用频率源为压控晶体振荡器(5MH z。原子钟工作时,该振荡器频率将锁在原子参考标准频率固定的分数值上,如图1所示。
二、G PS导航星的星载钟
G PS是美国导航星全球定位系统的缩写,它从1973年正式开始研制发展(另一全球定位系统为前苏联的G LONASS ,如今成为全球应用价值极高、受益面最广的
图2G PS系统的组成
导航星和测控站均装备高性能原子钟作为控制核
心。其中星载原子钟的研制和应用,在不断提高和发展。自1974年发射第一颗试验星以来,就不断提高星载钟的性能水平,同时扩展星载钟的类型(铷—铯—氢,研制单位也不断在严格筛选中更迭。
-16
各阶段星载钟的性能水平,如图3所示。和1×10的准确度(相当于走时三亿年不差一秒,计
划于2004年以前把它们送上国际空间站,用作新一代空间频率基准,如图4所示。
图3三、继前苏联的和平号空间站之后(它在太空遨游15
年后于2001年2月报废坠入大海,由美国、俄罗斯、加图4国际空间站计划搭载的新一代频率基准拿大、日本和欧洲合作开发的国际空间站(ISS是迄今最预期该钟组及其传递手段将使时标比对和频率比
-12-16
大的空间科学事业,该空间站可供使用的空间容积达对准确度分别达到30p s (1p s =1×10s和10,它将大1100立方米,含上千个部件,重约450吨,运行轨道为准大提高全球钟的同步水平,提高定位准确度,以及对大
α,引力红移研究水圆形,高度在(350～450公里之间(变化周期约90天,气传播、精密地球物理和基本物理(倾角5116°,移动速度为29000公里/小时,计划在1998
大部分组成。空间部分为G PS卫星星座,由24颗导航星组成,均匀配置于6个轨道平面上,地面测控部分由五个地面监测站、三个数据注入站和一个主控站组成。如图2所示。
时间信号
图1原子钟的组成
经过一代一代的改良,上述三种原子钟结构愈益紧凑,性能水平也有很大的提高。它们各有长处、互相补充。在结构方面,铷钟最小,其最小体积已达0125L (约相当于6cm见方,铯钟和氢钟次之(1～2个标准机箱大小,体积约25L～50L ;在频率稳定度方面,氢钟最好;而在长期频率稳定度和准确度方面,则以铯钟最佳。
年～2006年间经过34次发射完成组配。空间站建成后预期工作15年。
1995年率先在法国研制成功的冷原子钟(铯原子喷泉,准确度和稳定度比已研制的原子钟最高水平又提
平。例如,在无线电导航定位中,若要求定位误差在1m
-9
内,时间测量误差应限制在3ns (3×10s ,当时间测量误差减少到30p s时,相应定位误差将减少到1cm。
由于导航星有一定的工作寿命(10年左右,为维持
空间信息资源,其最高性能水平如下:实时导航定位准所需工作的导航星数目,需陆续补充新的导航星。确度优于10m;大地测量事后处理的定位准确度达毫米早期阶段,星载钟只由铷原子钟充任,以后加入了量级,测速准确度优于0101m/s ,时间传递或时间同步准铯原子钟,且数量逐渐增加,近期发射的导航星,其星载
检测程序和数据处理程序的软件,生
产机器人的企业为计量用户专门提供大约近300种用于计量检测的机器人,其中有20多种专用测量机器
中国计量2002. 8
47
我国发射北斗1号导航星和神舟1号宇宙飞船以来,自主开发星载原子钟的任务显得更加紧迫。鉴于星
高了一个数量级。科学家设想,如果让冷原子钟在微重载钟属于原子钟的顶尖级应用,它的开发和研制需要相力场中运行,原子与微波场相互作用时间的延长几乎不关基础研究的支持,产品也要一代一代更新,不懈的努再受限制,钟的性能相应又有一个量级的提高。现在,由力将是获得成功的关键
控制
原子标准
分频计时
频率信号
用户和国外一般用户只能应用粗码接收机得到准确度较低的导航定位信息,在导航星上还配置了进一步降低粗码定位的装置,并在海湾战争后开始启用。该政策的目的是降低他国将G PS信息用于与美国相竞争的高科技研究和军事工程的性能,甚至阻止他们应用。
G PS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三
测量与控制
原子钟在导航星和空间站的应用
□中国计量科学研究院
黄秉英
20制定的可用性选择政策(SA控制的:它把G PS
定位系统的核心。6,导航定位区分为精密和普通两个等级,获得授权的军事
,用户应用精码接收机,可以实现高精度导航定位;民用基准。这些原子钟,、可靠性高、寿命长,而且具有高性能水平,代表着原子钟的顶尖级应用。
wenku.baidu.com-9
确度达1ns (1×10s。上述性能水平的实际应用是受美钟含2个铷钟, 2个铯钟,稍后发射的导航星,则计划使
46中国计量
2002. 8
技术篇
测量与控制
用2个铷钟和1～5个铯钟。使用氢原子钟作为星载钟,欧洲空间中心和美国航天中心分别组织研制的微重力
-141/2
τ:取样时间的稳定度正在进一步试验之中。冷原子钟,预期获得7×10/τ(
。计
研究开发检测机器人适应我国现代工业发展新要求
□中国计量科学研究院
卢敬叁
随着微电子技术的迅速发展,机的就是要建立新的测试方法和制定用机器人进行检测大致分为两种类器人在工业计量检测中得到越来越新的计量检测程序,以适应现代计量型:一类是具有计算机的专用计量检广泛的应用。过去机器人在工业检测的要求。机器人在工业计量中的应测机器人,有专用的控制程序,计量中,只能实现对单个零件的检测,而用,提高了计量检测过程中的工艺质现在,由于自动化程度的不断提高和量和检测设备的技术性能,从而实现计算机的应用,机器人已能实现对部了工业计量自动化的高效益。件和整个产品的质量检测。随之而来在工业高度发达的国家里,在应