[發(fā)明專利]脈沖星時信號地面復現系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113238474B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設計）人: 趙成仕;高玉平;童明雷;朱幸芝;李變;羅近濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;G04F5/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發(fā)明提供了一種脈沖星時信號地面復現系統(tǒng)，接收機通過天線指向某顆脈沖星并收集脈沖星輻射的脈沖信號；消色散系統(tǒng)對接收的脈沖信號進行消色散處理，對消色散后的數據進行采集，輸入數據處理系統(tǒng)；數據處理系統(tǒng)將數據按設定時間間隔進行數據處理，獲得一個積分脈沖輪廓，并與同一脈沖星標準脈沖輪廓模板進行互相關，確定脈沖信號到達天線的時間，并計算晶體振蕩器時間相對于脈沖星時的偏差；伺服系統(tǒng)利用鎖頻鎖相技術校準晶體振蕩器相對于脈沖星時的偏差，最終通過晶體振蕩器輸出物理時頻信號。本發(fā)明能夠為脈沖星時地面系統(tǒng)的建立及應用提供支撐。

技術領域

本發(fā)明屬于時頻技術領域，涉及一種通過接收脈沖星輻射的周期性脈沖信號，地面復現輸出統(tǒng)一到脈沖星時的標準時頻物理信號。

背景技術

原子時是目前時間基準保持基礎，原子時依賴原子鐘產生，原子鐘的基本原理是以原子或分子能級躍遷頻率為基準信號，校準晶體振蕩器或激光器頻率，最終使其輸出標準頻率信號的一種裝置。圖1為銫原子鐘基本原理圖，原子鐘的特點是最終輸出的標準頻率信號具備原子能級躍遷頻率特性。根據采用的原子種類和技術手段的不同，原子鐘可以分為很多種。因為原子能級之間的能極差很穩(wěn)定，即原子躍遷頻率穩(wěn)定，所以原子鐘的準確度很高，可以達到千萬年僅差一秒或者更高的水平，目前原子鐘在時間頻率領域應用很廣泛。

原子鐘屬于精密儀器，其制造工藝復雜，對環(huán)境要求高，難以批量生產，同一廠商制造的兩臺鐘，可能性能差異很大，一般原子鐘壽命在10年左右。原子鐘特點是短期頻率穩(wěn)定度很高，但長期存在頻率漂移，需要定期與外界基準頻率源比對校準。

脈沖星是致密天體，具有強磁場、強電場特性，輻射穩(wěn)定的周期性脈沖信號，被譽為自然界最穩(wěn)定的“天然時鐘”，并認為毫秒脈沖星的長期穩(wěn)定性可以與原子鐘相媲美，可應用于時頻領域。脈沖星鐘具有壽命長、可靠性高、服務范圍廣、不易受攻擊等優(yōu)點。脈沖自轉頻率特性可通過天文觀測技術測量的非常精確，如脈沖星J0437-4715通過計時觀測技術，測量的自轉本征頻率值為：173.68794581218460089Hz，誤差為8.0E-14Hz，自轉頻率不確定度(誤差/自轉頻率)為4.6E-16。隨著觀測技術的進步，如FAST已開始常規(guī)化觀測脈沖星，以及未來SKA的建成，將使脈沖星本征自轉頻率的測量精度不斷提升，進一步加速脈沖星時的應用。

脈沖星輻射周期性脈沖信號，且不同脈沖星的脈沖周期不同，周期范圍從幾毫秒到十幾秒，而且不同脈沖星輻射的脈沖輪廓差異很大，不是標準的時頻信號(1pps或10MHz)，無法滿足日常需求，需要地面接收裝置通過接收脈沖星的周期脈沖信號，并轉化為標準物理時頻信號，如圖2所示，滿足日常應用。

發(fā)明內容

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供一種脈沖星時信號地面復現系統(tǒng)，通過天線接收脈沖星輻射的脈沖信號，在地面復現脈沖星時信號，使得輸出的標準時頻信號統(tǒng)一到脈沖星時。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種脈沖星時信號地面復現系統(tǒng)，包括天線、接收機、消色散系統(tǒng)、晶體振蕩器、數據處理系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。

所述的接收機通過天線指向某顆脈沖星并收集脈沖星輻射的脈沖信號；所述的消色散系統(tǒng)對接收的脈沖信號進行消色散處理，對消色散后的數據進行采集，輸入數據處理系統(tǒng)；所述的數據處理系統(tǒng)將數據按設定時間間隔進行數據處理，獲得一個積分脈沖輪廓，并與同一脈沖星標準脈沖輪廓模板進行互相關，確定脈沖信號到達天線的時間，并計算晶體振蕩器時間相對于脈沖星時的偏差；所述的伺服系統(tǒng)利用鎖頻鎖相技術校準晶體振蕩器相對于脈沖星時的偏差，最終通過晶體振蕩器輸出物理時頻信號。

所述的天線采用拋物面口徑射電天線。

所述的接收機采用L波段寬帶雙極化制冷接收機，帶寬大于500MHz。

所述的晶體振蕩器采用超穩(wěn)晶振，秒穩(wěn)優(yōu)于E-12，每小時晶振緊鎖到脈沖星時1次。

所述的設定時間間隔為1小時。