[发明专利]基于脉冲星搜寻技术测量原子钟频率漂移的方法

说明书

本发明提供了一种基于脉冲星搜寻技术测量原子钟频率漂移的方法，以原子钟提供的时频信号为参考对脉冲星进行搜寻观测；对观测数据进行数据处理，利用频域傅里叶变换或时域周期折叠技术搜寻最优脉冲星自转频率值，获得观测时刻自转频率值，并计算观测数据中间时刻在TCB时间尺度下的对应值t_TCB；利用脉冲星星历表提供的脉冲星自转参数计算t_TCB时刻对应的自转频率预报值；计算获得原子钟的频率相对偏差量，利用时频伺服系统对原子钟控制实现频率校准。本发明能够利用单次脉冲星观测数据测量原子钟频率偏差，实现原子钟频率偏差校准。

技术领域

本发明属于时频技术应用领域，涉及一种原子钟频率漂移的测量方法。

背景技术

脉冲星是致密天体，具有强磁场、强电场特性，辐射稳定的周期性脉冲信号，尤其是毫秒脉冲星其自转非常稳定，部分毫秒脉冲星自转周期导数为～10^-22。1991年Taylor提出毫秒脉冲星是自然界最稳定的钟，研究表明毫秒脉冲星的长期稳定性可以与原子钟相媲美，可应用于时频领域。脉冲星自转频率可通过天文观测技术测量的非常精确，如J0437-4715利用计时观测技术，测量获得的自转频率值为：173.68794581218460089Hz，误差为8.0E-14Hz，自转频率不确定度为4.6E-16，目前已达到基准钟-铯喷泉钟的频率准确度。脉冲星稳定、准确的自转频率信号可作为天然基准频率源来校准原子钟。随着观测技术进步以及大型观测装置的建成，如FAST射电望远镜的常规化运行，以及未来平方公里射电阵(Square Kilometre Array，SKA)建成，将使脉冲星本征自转频率测量精度进一步提升，加速了脉冲星时在时频领域的应用。

脉冲星钟具有寿命长、可靠性高、不易受攻击等优点。脉冲星时应用不受地域限制，从地面、近地到深空范围，只要有脉冲星观测装置接收脉冲信号，都可作为时间基准来应用。传统脉冲星时建立及应用是基于脉冲星计时观测数据开展相关研究的，并实现脉冲星自转频率的精确测定。脉冲星计时数据处理技术是通过分析观测获得的脉冲到达时间(Time of Arrive，TOA)与脉冲星自转模型预报的脉冲到达时间开展相关研究。通过对多次观测数据进行计时分析，可获得脉冲星时(pulsar time，PT)与观测参考原子时(atomictime，AT)的钟差序列，即PT-AT。脉冲星时特点是长期稳定度高，可把PT作为基准频率信号，利用观测获得的PT-AT钟差时间序列，通过拟合获得原子钟频率偏差量。目前脉冲星时PT的精度百纳秒量级，利用脉冲星时与原子钟钟差时间比对数据精确计算原子钟频率漂移，至少需要3月以上时间跨度观测数据，因此该方案测定原子钟的频率偏差，需要积累一段时间的观测数据序列，无法通过实时脉冲星观测测定原子钟频率偏差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于脉冲星搜寻技术测量原子钟频率漂移的方法，能够利用单次脉冲星观测数据测量原子钟频率偏差，实现原子钟频率偏差校准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)以原子钟提供的时频信号为参考对脉冲星进行搜寻观测；

(2)对观测数据进行数据处理，包括消干扰和消色散；

(3)利用频域傅里叶变换或时域周期折叠技术搜寻最优脉冲星自转频率值，获得观测时刻自转频率值ν_测量，并计算观测数据中间时刻在TCB时间尺度下的对应值t_TCB；

(4)利用脉冲星星历表提供的脉冲星自转参数，根据自转频率预报公式计算t_TCB时刻对应的自转频率预报值ν_本征，其中，ν(t)为t时刻预报的脉冲星自转频率，ν₀是参考历元t₀时刻的自转频率，是参考历元t₀时刻测量的脉冲星自转频率一阶导数、自转频率二阶导数，公式中相关参数均为TCB时间尺度下的测量值；