计量方法与误差理论CH3_1_时间频率计量幻灯片.ppt

设卫星j发播信号时的GPS时间tsj，而卫星的钟面时为tsj’；用户接收信号时的GPS时间tr，而接收机的钟面时为tr’。则测定到的距离为： “伪距”：不是卫星到用户的真实距离，包含了时钟差的距离。 GPS伪距测量导航定位的基本方程： 4个待定参数，在观测4颗GPS卫星的情况下，不需要用户配备高精度的原子钟，也不需要与卫星钟同步，即可实现定位以及用户钟相对GPS时间的精确钟差。 * 备注： 尺子起点和刻度 平太阳时：假想的真太阳的平均速度，日常时间 本初子午线是地球上的零度经线 以平子夜（下中天位置）作为0时开始的格林威治平太阳时, 为世界时 1960年以前曾作为基本时间计量系统被广泛应用。由于地球自转速度变化的影响，它不是一种均匀的时间系统。后来世界时先后被历书时和原子时所取代，但在日常生活、天文导航、大地测量和宇宙飞行等方面仍属必需； * * 国际原子时的准确度为每日数纳秒，而世界时的准确度为每日数毫秒。对于这种情况，一种称为协调世界时的折衷时标于1972年面世。 * 需要进行定期校准（微调）。校准方法为将晶体振荡器输出作为被测信号，用上一级更准确的频率标准为参考，进行测量——称为“频率计量”。测量的主要内容为“频率稳定度”。 近30年提高了7个数量级，10-8——10-15 * * * * 常用的模拟内插法测试 * 脉冲雷达测距, 雷达PRI 测量, 雷达信号分选识别、无源时差定位以及卫星导航等领域都需要完成高精度时间间隔的测量, 第三章 各种物理量的测试计量 第1节 时间频率计量测试 第2节 电磁学计量测试 第3节 电子计量测试 第4节 温度计量测试 第5节 光学计量测试 第6节 其他计量测试 （几何、力学、声学、电离辐射、物质的量） 第1节 时间频率计量测试 1.基本概念 时间、时间间隔、时刻、时标、频标 时间：基本的物理量，单位秒（两层含义：时间间隔、时刻）。在单位时间间隔内重复、循环的次数为频率 时间间隔：连续流逝的时间中两个瞬时之间的间隔，其中任何一点的瞬时称为时刻。 时标：能给各个事件赋予时刻的时间参考标尺的简称。 频标：频率的参考标尺，频率标准 时间频率计量测试 2.时标 世界时（UT,Universal Time）:以地球自转为基础的时间计量系统。以地球自转周期(1天)确定的时间，即1/(24×60×60)=1/86400为1秒。其误差约为10－7量级。 参考点： 平太阳时(mean solar time )：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想的平太阳作为基本参考点。 零类世界时（UT0 ）：以平太阳的子夜0时为参考。 第一类世界时（UT1）：对地球自转的极移效应（自转轴微小位移）作修正得到。 第二类世界时（UT2）：对地球自转的季节性变化（影响自转速率）作修正得到。准确度为3×10－8 以本初子午线的平子夜起算的平太阳时，又称格林威治平时或格林威治时间。 时间频率计量测试 历书时（ET, ephemeris time ）:以地球公转为基础的时间计量系统。公转周期（1年）的31 556 925.9747分之一为1秒。参考点为1900年1月1日0时（国际天文学会定义）。准确度达1×10－9 。于1960年第11届国际计量大会接受为“秒”的标准。 原子时（atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时间计量系统， 一种均匀的时间计量系统。原子时的初始历元规定为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 。 原子时的秒长规定为国际单位制的时间单位，作为三大物理量的基本单位之一。 由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原子时已取代历书时作为基本时间计量系统 。 协调世界时（coordinated universal time，UTC ）:又称世界统一时间，世界标准时间。以国际制秒(SI)为基准，用正负闰秒的方法保持与世界时相差在一秒以内的一种时间。协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。 位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒。一般会在每年的6月30日、12月31日的最后一秒进行调整。 应用：网络时间协议 时间频率计量测试 原子频率标准 基本原理——量子理论： 原子和分子只能处于一定的能级，其能量不能连续变化，当它们由一个能级向另一个能级跃迁时，就会以电磁波形式辐射或吸收能量，其频率严格决定于二能级间的能量差。 （h=6.6252×10-27为普朗克