1,、主要性能指標(biāo)

l ·給原子鐘提供一個可控的工作環(huán)境,；

l ·產(chǎn)生低相噪和穩(wěn)定的頻率參考信號,；

l ·產(chǎn)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(yuǎn)程點(diǎn),；

l ·GPS/BD共視時間比對；

l ·頻率準(zhǔn)確度 +/- 1E-14(長期),；

l ·時間準(zhǔn)確度 5ns RMS(UTC),；

l ·NTP 網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(kuò)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(biāo),。

（4）實(shí)時時間同步

當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)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(biāo)準(zhǔn)上,，或者按照用戶需求,。系統(tǒng)時間由選擇的原子鐘驅(qū)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(yán)格的保持一致性,，IRIG的輸出和1PPS對準(zhǔn),。

?

?

（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(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,、時間實(shí)驗室的守時系統(tǒng)

世界各地的時間實(shí)驗室（以k表示實(shí)驗室的代碼）通常自行產(chǎn)生和保持一個UTC在本實(shí)驗室的物理實(shí)現(xiàn)UTC（k），為用戶提供接近于UTC的標(biāo)準(zhǔn)時間信號,。UTC（k）以實(shí)驗室內(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,。用于時間實(shí)驗室產(chǎn)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(zhǔn)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(yīng)自由運(yùn)轉(zhuǎn),，即不允許對鐘本身進(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)時間信號的物理端口,，送出1pps標(biāo)準(zhǔn)時間信號。該標(biāo)準(zhǔn)時間一般就是UTC在實(shí)驗室k的物理實(shí)現(xiàn),，所確定的物理端口的相位時間即UTC（k）的基準(zhǔn)點(diǎn),。在實(shí)驗室k內(nèi)、外的UTC（k）用戶所得到的UTC（k）的時間信號應(yīng)計及該信號與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的時間延遲,。

?

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

（3）實(shí)驗室內(nèi)部時間比對系統(tǒng)

由時間信號選擇器（轉(zhuǎn)換開關(guān)）輪流把各個鐘的1pps信號送到時間間隔計數(shù)器（TIC）作為關(guān)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(jù)UTC（k）– Clock（k, i）。采用比相儀或其他時差測量設(shè)備也可以起到與TIC相同的作用,。

（4）遠(yuǎn)程時間比對系統(tǒng)

遠(yuǎn)程時間傳遞設(shè)備,，例如高精度GPS共視（GPS CV）時間比對接收機(jī)，一般用實(shí)驗室UTC（k）的1pps及其5 MHz或10 MHz的頻率信號作為接收機(jī)的輸入信號,。接收機(jī)送出UTC（k）和GPS時之差以CGGTTS格式的文件存儲在接收機(jī)所用的計算機(jī)硬盤中,。遠(yuǎn)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(shí)驗室中還配備GPS共視時間比對接收機(jī),，兩者同時運(yùn)作,，后者作為備用系統(tǒng),。遠(yuǎn)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(shí)驗室的鐘資源為國際原子時作貢獻(xiàn)，同時通過這種合作可以從BIPM獲得UTC–UTC（k）的數(shù)據(jù),；遠(yuǎn)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(nèi)不在同一地點(diǎn)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(chǎn)生一個具有高穩(wěn)定度的獨(dú)立的自由原子時系統(tǒng),；遠(yuǎn)程時間比對還可以將本實(shí)驗室產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時間溯源到某個遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)時間,；或者通過遠(yuǎn)程時間比對使遠(yuǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)時間信號發(fā)播電臺的時間溯源到本實(shí)驗室產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時間。

（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)控制計算機(jī)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(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,、判斷每臺原子鐘的相位時間和頻率是否異常；用預(yù)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(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(quán)重。

實(shí)際上TA（k）即所有參加計算的原子鐘的相位時間的加權(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（以下簡稱“相位微調(diào)器”）在標(biāo)準(zhǔn)時間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(shí)驗室一般根據(jù) 式(A.1)計算結(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UTC（k）的頻率進(jìn)行日常的微小補(bǔ)償；同時根據(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。有些時間實(shí)驗室在有基準(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,。