1,、主要性能指標(biāo)

l ·給原子鐘提供一個(gè)可控的工作環(huán)境,；

l ·產(chǎn)生低相噪和穩(wěn)定的頻率參考信號(hào),；

l ·產(chǎn)生高精度的時(shí)間參考信號(hào),；

l ·濾波所有的輸出信號(hào)用于分配,；

l ·利用GPS/BD監(jiān)測(cè)原子鐘；

l ·通過單個(gè)控制系統(tǒng)的單個(gè)用戶界面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的所有單元,；

l ·分配頻率和時(shí)間信號(hào)給遠(yuǎn)程點(diǎn),；

l ·GPS/BD共視時(shí)間比對(duì)；

l ·頻率準(zhǔn)確度 +/- 1E-14(長(zhǎng)期)；

l ·時(shí)間準(zhǔn)確度 5ns RMS(UTC),；

l ·NTP 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間格式輸出,；

l ·直流備份電源；

l ·本地圖形用戶界面（GUI）,。

2,、時(shí)間頻率系統(tǒng)特性

（1）改善性能

原子鐘的性能受到環(huán)境因素的影響，特別是受溫度的影響,。因此,，時(shí)間頻率系統(tǒng)采用了加熱/制冷單元提供最穩(wěn)定的環(huán)境條件給原子鐘。

（2）提升可靠性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持全硬件冗余,，可以在不影響系統(tǒng)輸出信號(hào)的前提下更換系統(tǒng)中的任意單元,。該項(xiàng)措施特別使得維持原子鐘參考變的很容易。冗余硬件可以擴(kuò)展到控制系統(tǒng)和系統(tǒng)的交直流供電,。

（3）信號(hào)完整性監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)中兩個(gè)冗余鏈路互相監(jiān)測(cè),，原子鐘的輸出通過GPS/BD監(jiān)測(cè)。時(shí)間頻率系統(tǒng)支持5臺(tái)原子鐘,，其中至少3臺(tái)原子鐘要具有相同的穩(wěn)定度指標(biāo),。

（4）實(shí)時(shí)時(shí)間同步

當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)工作后，系統(tǒng)生成的時(shí)間輸出信號(hào)（IRIG.NTP.1PPS）被同步到GPS/BD時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)上,，或者按照用戶需求,。系統(tǒng)時(shí)間由選擇的原子鐘驅(qū)動(dòng)并通過GPS/BD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壽命時(shí)間。

（5）輸出一致性

所有的輸出信號(hào)是嚴(yán)格的保持一致性,，IRIG的輸出和1PPS對(duì)準(zhǔn),。

?

?

（6）中心控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有一個(gè)控制和監(jiān)控提供給單個(gè)用戶界面用于控制系統(tǒng)中的所有部分，LAN接口容許綜合時(shí)間頻率系統(tǒng)連接到本地計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),。

（7）物理單元

加熱,、制冷單元用于增強(qiáng)原子鐘參考的穩(wěn)定度。通常該設(shè)備被放在隔開的房間（氫鐘房）,。其他設(shè)備（包括銫原子鐘）被固定在單個(gè)機(jī)柜中,，機(jī)柜包含有本地控制系統(tǒng)的顯示器和鍵盤。高性能的電纜用于連接機(jī)柜上的原子鐘參考輸出,。

?

3,、時(shí)間實(shí)驗(yàn)室的守時(shí)系統(tǒng)

世界各地的時(shí)間實(shí)驗(yàn)室（以k表示實(shí)驗(yàn)室的代碼）通常自行產(chǎn)生和保持一個(gè)UTC在本實(shí)驗(yàn)室的物理實(shí)現(xiàn)UTC（k），為用戶提供接近于UTC的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào),。UTC（k）以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)高精度原子鐘作為頻率源,，用一組原子鐘形成的綜合時(shí)間尺度作為監(jiān)控參考，經(jīng)過人為的頻率駕馭而使UTC（k）接近于UTC,。用于時(shí)間實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生和保持UTC（k）的一套硬件和軟件系統(tǒng)稱為“守時(shí)系統(tǒng)”或“時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)”,。常用的“守時(shí)系統(tǒng)”分成5個(gè)子系統(tǒng)：

（1）守時(shí)鐘組 ?

由5臺(tái)原子鐘組成鐘組，鐘應(yīng)自由運(yùn)轉(zhuǎn)，即不允許對(duì)鐘本身進(jìn)行人為的調(diào)頻,。

（2）主鐘系統(tǒng) ??

由鐘組中的一個(gè)頻率比較穩(wěn)定的鐘作為主鐘系統(tǒng)的頻率源,，再加上相位頻率微補(bǔ)償儀及分頻鐘組成主鐘系統(tǒng)，分頻鐘的輸出端可以設(shè)定為主鐘系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)的物理端口,，送出1pps標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào),。該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一般就是UTC在實(shí)驗(yàn)室k的物理實(shí)現(xiàn)，所確定的物理端口的相位時(shí)間即UTC（k）的基準(zhǔn)點(diǎn),。在實(shí)驗(yàn)室k內(nèi),、外的UTC（k）用戶所得到的UTC（k）的時(shí)間信號(hào)應(yīng)計(jì)及該信號(hào)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的時(shí)間延遲。

?

生成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)頻率的時(shí)基系統(tǒng)連接框圖

（3）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)

由時(shí)間信號(hào)選擇器（轉(zhuǎn)換開關(guān)）輪流把各個(gè)鐘的1pps信號(hào)送到時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器（TIC）作為關(guān)門信號(hào),，脈沖分配放大器送出的UTC（k）的1pps信號(hào)作為TIC的開門信號(hào),。TIC送出UTC（k）與每個(gè)鐘的比對(duì)數(shù)據(jù)UTC（k）– Clock（k, i）。采用比相儀或其他時(shí)差測(cè)量設(shè)備也可以起到與TIC相同的作用,。

（4）遠(yuǎn)程時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)

遠(yuǎn)程時(shí)間傳遞設(shè)備,，例如高精度GPS共視（GPS CV）時(shí)間比對(duì)接收機(jī)，一般用實(shí)驗(yàn)室UTC（k）的1pps及其5 MHz或10 MHz的頻率信號(hào)作為接收機(jī)的輸入信號(hào),。接收機(jī)送出UTC（k）和GPS時(shí)之差以CGGTTS格式的文件存儲(chǔ)在接收機(jī)所用的計(jì)算機(jī)硬盤中,。遠(yuǎn)程時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)也可以是雙向衛(wèi)星時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）系統(tǒng)。一般在采用TWSTFT系統(tǒng)的時(shí)間實(shí)驗(yàn)室中還配備GPS共視時(shí)間比對(duì)接收機(jī),，兩者同時(shí)運(yùn)作,，后者作為備用系統(tǒng),。遠(yuǎn)程時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)在守時(shí)工作中的作用是通過國(guó)際時(shí)間比對(duì),，使本實(shí)驗(yàn)室的鐘資源為國(guó)際原子時(shí)作貢獻(xiàn)，同時(shí)通過這種合作可以從BIPM獲得UTC–UTC（k）的數(shù)據(jù),；遠(yuǎn)程時(shí)間比對(duì)的另一個(gè)作用是可以利用一個(gè)國(guó)家或一個(gè)地區(qū)內(nèi)不在同一地點(diǎn)的盡可能多的原子鐘的資源,，形成一個(gè)數(shù)量較大的鐘組，產(chǎn)生一個(gè)具有高穩(wěn)定度的獨(dú)立的自由原子時(shí)系統(tǒng),；遠(yuǎn)程時(shí)間比對(duì)還可以將本實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間溯源到某個(gè)遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,；或者通過遠(yuǎn)程時(shí)間比對(duì)使遠(yuǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)發(fā)播電臺(tái)的時(shí)間溯源到本實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

（5）系統(tǒng)控制,、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)

由工控機(jī),、PC機(jī)及專用的控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件組成。系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)及其軟件用于控制UTC（k）與每個(gè)鐘的輪流比對(duì)（或者鐘與鐘之間的輪流比對(duì)）并對(duì)UTC（k）的頻率進(jìn)行駕馭,。數(shù)據(jù)采集和處理的專用軟件功能包括：采集數(shù)據(jù)并存放于專用數(shù)據(jù)庫(kù),、判斷每臺(tái)原子鐘的相位時(shí)間和頻率是否異常；用預(yù)定的最佳算法計(jì)算地方原子時(shí)TA（k）,。算法的基本原理是把UTC（k）與每個(gè)鐘的比對(duì)數(shù)據(jù)UTC（k）– Clock（k, i）加權(quán)平均（不同算法實(shí)質(zhì)上的差異在于噪聲處理方法和權(quán)系統(tǒng)確定方法）計(jì)算出UTC（k）– TA（k）,。其原理公式如下所示

a) ……………（B.1）

式中：

?— 給每個(gè)鐘分配的權(quán)重。

實(shí)際上TA（k）即所有參加計(jì)算的原子鐘的相位時(shí)間的加權(quán)平均值。原則上,，TA（k）的頻率穩(wěn)定度優(yōu)于鐘組中任一原子鐘的頻率穩(wěn)定度,。

主鐘系統(tǒng)中的相位頻率微補(bǔ)償儀（以下簡(jiǎn)稱“相位微調(diào)器”）在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC（k）的產(chǎn)生和保持中起著非常重要的作用。主鐘系統(tǒng)的頻率源僅僅是一臺(tái)原子鐘,，它相對(duì)于UTC或TAI有頻率偏差y=Δf,，該頻率偏差不是一個(gè)常數(shù)。一般把y分成2項(xiàng),，一項(xiàng)是基本偏差y0,，另一項(xiàng)是頻偏變化量△y ，y = y0 +△y ,。時(shí)間實(shí)驗(yàn)室一般根據(jù) 式(A.1)計(jì)算結(jié)果,，以TA（k）作為參考，用軟件分析UTC（k）的頻率變化,，并向相位微調(diào)器送出頻率補(bǔ)償信息,，由它對(duì)UTC（k）的頻率進(jìn)行日常的微小補(bǔ)償；同時(shí)根據(jù)BIPM每月發(fā)表的Circular T中UTC–UTC（k）和TAI–TA（k）的數(shù)據(jù),，調(diào)整上述軟件的工作參數(shù),，以使UTC（k）盡可能接近UTC。有些時(shí)間實(shí)驗(yàn)室在有基準(zhǔn)頻標(biāo)的條件下,，用基準(zhǔn)頻標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)頻率作為參考,，來(lái)分析UTC（k）的頻率偏差及變化，并用相位微調(diào)器進(jìn)行頻率補(bǔ)償,，從而實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立自主產(chǎn)生UTC（k）的目的,。