[发明专利]基于脉冲星驾驭的原子钟准确度提高方法

说明书

本发明提供了一种基于脉冲星驾驭的原子钟准确度提高方法，获得一段时间的脉冲星TOA观测数据，拟合计时模型参数，获得拟合后计时残差和更新后的计时模型参数；利用要被驾驭的原子钟作为参考时继续开展脉冲星计时观测，得到由该参考钟记录的实测TOA数据；在该观测时段内利用计时模型参数在SSB处预报TOA，结合原子钟实测的TOA序列，得到拟合前计时残差；将拟合前计时残差数据做线性拟合，得到斜率k；将被驾驭的原子钟与TT(BIPM)的钟差补偿一个(1‑k)因子，完成频率驾驭。本发明能够实时地对原子钟进行频率驾驭，提高原子钟的准确度，并在UTC中断时保持我国标准时间持续高性能。

技术领域

本发明属于脉冲星计时应用的技术领域,涉及脉冲星钟模型参数建立，以及如何利用自转高度稳定的脉冲星对原子钟实现频率驾驭的方法。

背景技术

一台守时型铯原子钟的输出频率通常会偏离其标称频率，这会导致它与标准时间的钟差越来越大，因此需要外部的频率基准去校准其频率，提高其准确度。一个守时实验室中的多台原子钟建立的综合原子时尽管缩小了相对于标准时间的频率偏差，但偏差仍然是不可忽略的，尤其是在各行各业对时间精度需求日益提高的背景下。而标准时间通常由全世界的守时实验室的500多台原子钟综合得到的，即国际原子时(TAI)，或者是与其只有闰秒之差的协调世界时(UTC)，每月发布一次。当前我国标准时间保持体系基于国际权度局(BIPM)每月公布的UTC(NTSC)相对于UTC的偏差和原子钟的相关参数，其可靠性和准确性过度依赖国际组织，并且实时性较差。尤其当比对链路中断，地方原子时UTC(k)的准确度将不受保障。此外，依赖于地面原子钟建立的原子时，易受打击，抗摧毁能力差，特别是非常时期，一旦中断，便无法恢复，难以满足社会稳定、国防安全的需求。

脉冲星是宇宙中存在的一类致密天体，沿磁极辐射电磁波束，其自转非常稳定。当电磁波束扫过地球时，人们可以观测到稳定的周期性的脉冲信号，这种稳定的周期脉冲信号形成一种天然的频率源，就像是处于宇宙深处的原子钟，称为脉冲星钟。尽管单脉冲的变化比较大，但经几百到几千个单脉冲叠加后可获得稳定的脉冲轮廓，脉冲轮廓尖峰对应的到达时间被定义为脉冲达到时间(TOA)，可以被原子钟记录。对于毫秒脉冲星而言，TOA的测量精度很高，可以达到百纳秒量级甚至更小。经过长期的计时观测后，人们可以通过TOA数据拟合得到毫秒脉冲星的自转频率、自转频率变化率、位置、自行、视差等一系列计时模型参数。其中脉冲星的自转频率及其变化率实际上就是脉冲星钟的钟模型参数。由于毫秒脉冲星的自转频率变化率很小，因此短时间内脉冲星的自转频率非常稳定，构成一种频率基准，而这种频率基准可以替代TAI去驾驭原子钟，提高其准确度。与原子钟相比，脉冲星是自然天体，具有寿命长、可靠性高、服务范围广，以及不受环境和人为等因素的影响等优势。如果能密集地进行脉冲星计时观测，则可以实现比TAI实时性更强的频率驾驭，以此可以提供更高精度的实时性时间服务。作为独立于UTC的时间保持体系，能够解决非常时期UTC中断时我国标准时间持续高性能保持的问题，对我国国防安全和社会稳定具有重要的战略意义。