[發明專利]一種月基脈沖星時間基準生成系統

有效

• 申請號: 201911036131.4
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110780583B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 平勁松;王兆瑞;張辰東;李文瀟;王明遠
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G04F5/00
• 分類號: G04F5/00;G04F5/14
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 孫紅穎

本發明公開了一種月基脈沖星時間基準生成系統，該系統放置于月球表面，該系統包括：月基X射線脈沖星觀測設備、原子鐘組、時間數據融合設備；其中，所述月基X射線脈沖星觀測設備用于采集記錄X射線脈沖星的脈沖到達時刻，并將其轉換為脈沖星時；所述原子鐘組用于提供原子鐘時；所述時間數據融合設備用于將脈沖星時與原子鐘時進行組合，生成月基脈沖星時間基準。本發明的月基脈沖星時間基準生成系統大大降低了X射線脈沖星信號接收設備的復雜性，同時提高了工作性能；將脈沖星時和原子鐘時進行組合，使兩種時間系統優勢互補，取長補短，充分發揮了脈沖星時長期穩定性好和原子鐘時短期穩定性好的優點，同時克服了二者的缺點。

技術領域

本發明涉及天文測量及導航領域，特別涉及一種月基脈沖星時間基準生成系統。

背景技術

時間基準體系是一個國家重要的技術支撐，可廣泛應用于空間探測、深空導航和精準授時等軍事和民用領域。隨著天文學、物理學等自然科學學科的發展，對于時間基準體系的穩定性和系統抗干擾性提出了越來越高的要求。現有的時間基準體系是以高精度原子鐘為核心進行構建，系統存在長期穩定性不好，容易受干擾和維護成本高的問題，因此，亟需開展新型時間基準技術的研究。

脈沖星(Pulsar)，又稱波霎，是中子星的一種，為會周期性發射脈沖信號的星體，直徑大多為10千米左右，自轉極快。1967年7月，劍橋大學的博士生Jocelyn Bell首次發現脈沖星，從此改變了人類對宇宙的看法，也給人類帶來了一種新的時間概念—脈沖時。

毫秒脈沖星年齡都比較老，典型年齡為10⁹年，輻射流量較弱，但固有的內部擾動很小，自轉十分穩定，脈沖輪廓很陡且規則，其基本特征有：

1、毫秒脈沖星的自轉周期具有很好的穩定度；

2、毫秒脈沖星能夠連續長期自然地輻射信號，在太陽系的任何時間和地方，均可以通過對觀測數據的處理來獲得穩定的脈沖信號；

3、毫秒脈沖星的脈沖TOA和脈沖星時均可用精確的數學模型表達，具備一般學科的數學描述特征；

4、借助輔助裝置可以使毫秒脈沖星時具有計數和顯示特征。

可見，毫秒脈沖星完全符合建立時間系統的基本條件，是理想的時間計量和頻率標準源。其研究已經在相關科研機構進行開展。從1984年開始，美國、英國、澳大利亞、印度等國相繼建立了脈沖星計時系統，特別是美國，其普林斯頓大學的脈沖星研究組利用Arecibo天文臺的射電望遠鏡對PSR B1937+21和PSR B1855+09兩顆毫秒脈沖星進行了長達10余年的觀測，積累了大量的觀測資料。2018年，ESA在荷蘭的技術中心已開始運行基于脈沖星的時鐘系統—“PulChron”系統，其利用歐洲的多個脈沖星射電定時陣列對空間毫秒脈沖星進行高精度觀測，用于對原子鐘的鐘差進行高精度的修正以及尋找引力波存在的潛在證據。中國雖然起步晚，但世界第一大單口徑射電望遠鏡FAST(Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope)的建成為中國在脈沖星計時領域趕超上述國家提供了非常有效的平臺。

考察目前國內外現有的脈沖星時間系統的實現方式，主要分為兩大類，第一類是在地面，利用大口徑射電望遠鏡接收射電波段的脈沖星輻射信號，通過一定的算法得到脈沖星時，再加以利用；第二類是將檢測脈沖星輻射信號的設備搭載到衛星上，接收X波段的脈沖星輻射信號，通過一定算法得到脈沖星時。

上述兩大類實現方式有著各自的局限性：地面上接收脈沖星信號需要大口徑射電望遠鏡，設備龐大；衛星上接收脈沖星信號時，對脈沖星信號監測設備的體積、重量、功耗等要求苛刻，另外，衛星的穩定性、衛星的姿態、周圍的大氣都對脈沖星接收信號影響大，不利于得到穩定、精確的脈沖星時。

發明內容

本發明的目的在于解決目前地月空間中缺乏穩定統一的時間基準的問題，從而提供一種月基脈沖星時間基準生成系統，為目前及未來人類在地月空間的探索活動提供時間基準。