[00132911]星地激光时间比对系统

针对北斗导航重大专项卫星系统星载原子钟性能评定中对高精度外部独立评估技术手段的应用需求,本项目对卫星激光测距技术推广应用,国内首次采用激光技术,突破高精度激光时间比对关键技术,在北斗导航卫星和地面观测站之间实现了高精度激光时间比对测量,获得了我国研制的星载铷原子钟相对地面氢原子钟的精确钟差和频率差,确认了我国研制的星载铷原子钟频率稳定度,满足了北斗导航卫星星载原子钟性能评估的应用要求。 本项目创新点如下： 1) 国际上首次将单光子灵敏度的高精度探测器应用于航天工程,实现对地面站发射的激光脉冲信号的高精度空间探测; 2) 星载探测器首次采用大小视场分离的设计、固定长度时间滤波、窄带光谱滤波方式,解决了卫星在轨空间的背景噪声抑制关键问题,实现了探测器在激光信号达到时处于高灵敏探测状态,提高了对地面激光信号探测效率; 3) 自主研制了星载高精度计时器及处理软件,精确记录激光脉冲到达时刻星载时钟信号的时间间隔,设计直方图实时统计方法进行数据实时判断和遴选下传,提高了时差测量数据处理的时效性; 4) 设计了地面激光发射时刻精确控制方法,控制精度达纳秒量级,精确解算了地面激光发射时刻。在星地时钟先验钟差的误差较大时,采用了实时搜索控制方式,使地面激光信号可准确进入探测器微秒长度门宽的测量窗口内; 5) 自主研发星载激光时差数据与地面激光测量数据的实时配对处理软件,自动实现对卫星下传数据与地面数据的匹配,实时解算星地原子钟之间钟差测量数据。通过激光时差数据处理,提取星载原子钟稳定度性能指标; 6) 激光时间比对系统已申请实用新型专利。 高精度激光时间比对技术首次在北斗导航卫星系统应用,在对北斗IGSO-1/-3,MEO-3卫星激光时差测量中,获取了测量精度好于300皮秒的星载铷原子钟与地面氢原子钟秒信号及频率信号的时差数据,独立于微波测量技术,有效地评估了星载原子钟的性能,也是国际上首次实现对高轨导航卫星激光时间比对测量,达到系统应用要求,在评估我国自主星载原子钟性能做出了重要贡献。该项成果还将应用在我国空间站高精度时间频率系统,研制高精度的激光时间比对链路系统,用于空间实验室微重力环境下原子钟性能评估的测量,并开展星-地、地-地高精度激光时间传递,在我国高精度时间频率统一系统中发挥技术高精度时间传递技术优势,具有重大经济和社会效益。