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作为北斗导航卫星“心脏”,这台钟数百万年甚至1千万

文章作者:admin / 发表时间:2020-08-04 / 点击:

摘要:时间是导航卫星的核心

原子钟是北斗导航卫星的“心脏”,直接决定了导航定位精度。导航系统的本质是一个时间测量系统,若卫星存在十亿分之一秒(1纳秒)的时间误差,则会产生0.3米的测距误差。只有通过在卫星上配置高精度原子钟,才能实现卫星直接播发出高精度导航定位信号。

作为新一代北斗导航卫星的三项关键技术之一,中科院上海天文台研制的被动型星载氢原子钟,约合数百万年甚至1千万年才有1秒误差,日前获得2019年上海市科技进步一等奖。

时间是导航卫星的核心

时间是导航卫星的核心。卫星导航定位的基本原理,是在空间布置一定构型的卫星星座,每颗卫星均配置高性能原子钟。用户终端通过测量卫星信号到达终端的时间差,解算终端的位置。

根据量子力学原理,原子具有不连续的能量数值,当原子从一个能级跃迁至另一个能级时,其吸收或释放的电磁波频率是固定的,原子钟就是利用原子跃迁产生固定频率的电磁波进行计时的工具。被动型星载氢原子钟通过发射探测信号激励基态高能级的氢原子,实现高精细能级跃迁。

GPS、格洛纳斯、北斗和伽利略等四大全球导航系统的卫星均配置了高性能原子钟,包括铷钟、铯钟和氢钟。铷钟体积小、重量轻,但频率漂移较大;铯钟频率准确度高,但中短期频率稳定度差;氢钟频率稳定度好、漂移率小,对导航信号精度的提升非常有益,但体积重量相对较大。氢钟数小时短期预报略好于铷钟,而数天长期预报好于铷钟一个数量级。

作为一种精密的计时器具,氢钟的精度到底有多高?“机械表一天差不多有1秒误差,石英表一天大概有0.1秒误差,而氢钟一天误差仅零点几纳秒,约合数百万年甚至1千万年才有1秒误差。”北斗三号卫星星载氢钟项目负责人、上海天文台帅涛研究员告诉解放日报?上观新闻记者。



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