我国国家原子时TA(NIM)系统的构建与实现

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为了进一步提高我国原子时水平,改善我国原子时标的稳定度和准确度,构建了中国计量科学研究院新的原子时TA(NIM)系统。该系统以主动型氢原子钟为参考主钟,由算法控制产生地方原子时尺度TA(NIM),TA(NIM)的频率直接受喷泉钟驾驭。这个方案是目前实验室条件下,产生TA的最优技术方案。新的TA(NIM)系统有两个优点:一、与UTC(NIST)相比,时标的日稳定度低于1ns,目前极少数国家能达到此指标;二、长期频率准确度与喷泉钟保持一致,达到10-15量级,与国际水平持平。 本课题首次将TA(NIM)系统技术方案付之实施并成功实现,完成了适用于我国钟房现状的TA(NIM)系统软件,并最终产生了准确度和稳定度更高(与钟组守时系统相比)的时频标准信号。 本文主要研究了新的原子时TA(NIM)系统的构建方案,系统原理,系统硬件设备,软件设计,最后通过对系统关键参数的分析,证明了TA(NIM)系统的优良效果。其中着重介绍了TA(NIM)系统的软件设计方法和详细过程。本文内容分如下五个部分进行阐述: 第一、介绍了课题背景、国内外研究现状、课题的来源及意义。 第二、介绍了(原子时)时频的相关理论知识,包括其特征、指标等概念。 第三、比较两种守时系统,分析TA(NIM)系统的优势。首先,简要介绍了传统的钟组守时系统;其次,详细研究了TA(NIM)系统的构成、工作原理;然后介绍了算法,即对大量的实测数据进行线性拟合、补偿算法,再通过串口对相位微跃器进行实时循环控制,接着给出了算法流程图;最后,对钟组守时系统和TA(NIM)系统进行了比较,并突出了TA(NIM)系统的优势。 第四、在第三章研究了工作原理和算法流程图的基础上,详细设计了TA(NIM)系统软件的五个主要功能模块。包括串口控制模块、手动控制功能模块,自动控制功能模块,实时图形和数据显示模块,数据处理模块。 第五、分析了TA(NIM)输出TA的准确度和稳定度。通过计算得到原子时标TA(NIM)的频率稳定度达到10-15量级,时间稳定度优于1ns/天。 自2008年9月系统在中国计量科学研究院守时钟房开始运行至今,系统运行良好,达到了预期效果。2008年12月该项目通过科技部科技基础平台信息与电子计量基标准完善和共享子项目的项目鉴定。
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