1、主要性能指標

l ·給原子鐘提供一個可控的工作環(huán)境,；

l ·產生低相噪和穩(wěn)定的頻率參考信號；

l ·產生高精度的時間參考信號,；

l ·濾波所有的輸出信號用于分配,；

l ·利用GPS/BD監(jiān)測原子鐘；

l ·通過單個控制系統(tǒng)的單個用戶界面監(jiān)測系統(tǒng)的所有單元；

l ·分配頻率和時間信號給遠程點,；

l ·GPS/BD共視時間比對,；

l ·頻率準確度 +/- 1E-14(長期)；

l ·時間準確度 5ns RMS(UTC),；

l ·NTP 網絡時間格式輸出,；

l ·直流備份電源；

l ·本地圖形用戶界面（GUI）,。

2,、時間頻率系統(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)設計支持全硬件冗余,，可以在不影響系統(tǒng)輸出信號的前提下更換系統(tǒng)中的任意單元,。該項措施特別使得維持原子鐘參考變的很容易。冗余硬件可以擴展到控制系統(tǒng)和系統(tǒng)的交直流供電,。

（3）信號完整性監(jiān)測

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

（4）實時時間同步

當系統(tǒng)開機工作后，系統(tǒng)生成的時間輸出信號（IRIG.NTP.1PPS）被同步到GPS/BD時間標準上,，或者按照用戶需求,。系統(tǒng)時間由選擇的原子鐘驅動并通過GPS/BD監(jiān)測系統(tǒng)的壽命時間。

（5）輸出一致性

所有的輸出信號是嚴格的保持一致性,，IRIG的輸出和1PPS對準,。

?

?

（6）中心控制和監(jiān)測系統(tǒng)

有一個控制和監(jiān)控提供給單個用戶界面用于控制系統(tǒng)中的所有部分，LAN接口容許綜合時間頻率系統(tǒng)連接到本地計算機網絡,。

（7）物理單元

加熱,、制冷單元用于增強原子鐘參考的穩(wěn)定度。通常該設備被放在隔開的房間（氫鐘房）,。其他設備（包括銫原子鐘）被固定在單個機柜中,，機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柜上的原子鐘參考輸出,。

?

3,、時間實驗室的守時系統(tǒng)

世界各地的時間實驗室（以k表示實驗室的代碼）通常自行產生和保持一個UTC在本實驗室的物理實現(xiàn)UTC（k），為用戶提供接近于UTC的標準時間信號,。UTC（k）以實驗室內高精度原子鐘作為頻率源,，用一組原子鐘形成的綜合時間尺度作為監(jiān)控參考,，經過人為的頻率駕馭而使UTC（k）接近于UTC。用于時間實驗室產生和保持UTC（k）的一套硬件和軟件系統(tǒng)稱為“守時系統(tǒng)”或“時間基準系統(tǒng)”,。常用的“守時系統(tǒng)”分成5個子系統(tǒng)：

（1）守時鐘組 ?

由5臺原子鐘組成鐘組,，鐘應自由運轉，即不允許對鐘本身進行人為的調頻,。

（2）主鐘系統(tǒng) ??

由鐘組中的一個頻率比較穩(wěn)定的鐘作為主鐘系統(tǒng)的頻率源,，再加上相位頻率微補償儀及分頻鐘組成主鐘系統(tǒng)，分頻鐘的輸出端可以設定為主鐘系統(tǒng)輸出的標準時間信號的物理端口,，送出1pps標準時間信號,。該標準時間一般就是UTC在實驗室k的物理實現(xiàn)，所確定的物理端口的相位時間即UTC（k）的基準點,。在實驗室k內,、外的UTC（k）用戶所得到的UTC（k）的時間信號應計及該信號與基準點之間的時間延遲。

?

生成標準時間標準頻率的時基系統(tǒng)連接框圖

（3）實驗室內部時間比對系統(tǒng)

由時間信號選擇器（轉換開關）輪流把各個鐘的1pps信號送到時間間隔計數(shù)器（TIC）作為關門信號,，脈沖分配放大器送出的UTC（k）的1pps信號作為TIC的開門信號,。TIC送出UTC（k）與每個鐘的比對數(shù)據UTC（k）– Clock（k, i）。采用比相儀或其他時差測量設備也可以起到與TIC相同的作用,。

（4）遠程時間比對系統(tǒng)

遠程時間傳遞設備,，例如高精度GPS共視（GPS CV）時間比對接收機，一般用實驗室UTC（k）的1pps及其5 MHz或10 MHz的頻率信號作為接收機的輸入信號,。接收機送出UTC（k）和GPS時之差以CGGTTS格式的文件存儲在接收機所用的計算機硬盤中,。遠程時間比對系統(tǒng)也可以是雙向衛(wèi)星時間頻率傳遞（TWSTFT）系統(tǒng)。一般在采用TWSTFT系統(tǒng)的時間實驗室中還配備GPS共視時間比對接收機,，兩者同時運作,，后者作為備用系統(tǒng)。遠程時間比對系統(tǒng)在守時工作中的作用是通過國際時間比對,，使本實驗室的鐘資源為國際原子時作貢獻,，同時通過這種合作可以從BIPM獲得UTC–UTC（k）的數(shù)據；遠程時間比對的另一個作用是可以利用一個國家或一個地區(qū)內不在同一地點的盡可能多的原子鐘的資源,，形成一個數(shù)量較大的鐘組,，產生一個具有高穩(wěn)定度的獨立的自由原子時系統(tǒng)；遠程時間比對還可以將本實驗室產生的標準時間溯源到某個遠程標準時間,；或者通過遠程時間比對使遠處的標準時間信號發(fā)播電臺的時間溯源到本實驗室產生的標準時間,。

（5）系統(tǒng)控制、數(shù)據采集和處理系統(tǒng)

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

a) ……………（B.1）

式中：

?— 給每個鐘分配的權重,。

實際上TA（k）即所有參加計算的原子鐘的相位時間的加權平均值。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)中的相位頻率微補償儀（以下簡稱“相位微調器”）在標準時間UTC（k）的產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原子鐘,，它相對于UTC或TAI有頻率偏差y=Δf,，該頻率偏差不是一個常數(shù)。一般把y分成2項,，一項是基本偏差y0,，另一項是頻偏變化量△y ，y = y0 +△y ,。時間實驗室一般根據 式(A.1)計算結果,，以TA（k）作為參考，用軟件分析UTC（k）的頻率變化,，并向相位微調器送出頻率補償信息,，由它對UTC（k）的頻率進行日常的微小補償；同時根據BIPM每月發(fā)表的Circular T中UTC–UTC（k）和TAI–TA（k）的數(shù)據,，調整上述軟件的工作參數(shù),，以使UTC（k）盡可能接近UTC。有些時間實驗室在有基準頻標的條件下,，用基準頻標的標準頻率作為參考,，來分析UTC（k）的頻率偏差及變化，并用相位微調器進行頻率補償,，從而實現(xiàn)完全獨立自主產生UTC（k）的目的,。