Решение системы часов с тремя цезиями представляет собой высокоточную систему времени и частоты, построенную с использованием трех цезиевых атомных часов. Благодаря разумному проектированию и управлению, она может достигать более высокой точности времени, надежности и стабильности. Ниже приведено типичное введение решения системы часов с тремя цезиями:

1. Состав системы

• Цезиевый атомный часовой блок:

Он состоит из трех высокоточных цезиевых атомных часов, каждый из которых имеет возможность независимо генерировать высокостабильные частотные сигналы. Цезиевые атомные часы основаны на частоте перехода между двумя сверхтонкими структурными субэнергетическими уровнями основного состояния атома цезия в качестве отсчета времени, с высокой точностью и хорошей стабильностью. Параметры производительности этих цезиевых атомных часов (такие как точность частоты, краткосрочная стабильность, долгосрочная стабильность и т. д.) должны быть максимально близкими, чтобы обеспечить общую производительность системы.

• Блок управления группой часов:

Отвечает за мониторинг, управление и обработку данных трех цезиевых атомных часов. Он собирает выходной сигнал каждых цезиевых атомных часов в режиме реального времени, контролирует его частоту и временную информацию, сравнивает и анализирует выход трех часов с помощью определенного алгоритма, определяет, является ли рабочее состояние часов нормальным, и настраивает и калибрует часы по мере необходимости.

• Блок синтеза и распределения частот:

Синтезирует выходные сигналы трех цезиевых атомных часов для генерации высокостабильного и высокоточного интегрированного частотного сигнала. Этот блок может использовать такие методы, как усреднение по частоте и оптимальная оценка, чтобы объединить преимущества трех цезиевых атомных часов и улучшить производительность выходного частотного сигнала. В то же время синтезированный частотный сигнал распределяется по каждому прикладному модулю или внешнему устройству системы для предоставления ему унифицированного временного и частотного эталона.

• Блок синхронизации времени:

используется для синхронизации трехцезиевой системы часов с внешним эталоном времени (например, международным стандартным временем) и синхронизации времени между различными частями системы. Получая внешние сигналы времени (например, сигналы спутникового времени GPS и Beidou), сравнивая их со временем трехцезиевой системы часов, калибруя и регулируя системное время и обеспечивая согласованность системного времени с международным стандартным временем.

2. Принцип работы

• Независимая работа:

На начальном этапе или в нормальном рабочем состоянии три цезиевых атомных часа работают независимо друг от друга, генерируя стабильные частотные сигналы. Каждые цезиевые атомные часы выполняют контроль частоты и отсчет времени в соответствии со своим собственным внутренним механизмом.

• Сбор и обработка данных:

Блок управления группой часов собирает выходные сигналы трех цезиевых атомных часов в режиме реального времени для получения информации об их частоте и времени. Анализируя и обрабатывая эти данные, вычисляется отклонение частоты и отклонение времени каждых цезиевых атомных часов относительно других часов.

• Комплексная обработка Clock Group:

На основе собранных данных и рассчитанного отклонения блок управления группой часов использует определенный алгоритм (такой как алгоритм фильтра Калмана и т. д.) для комплексной обработки выходных данных трех цезиевых атомных часов. Алгоритм может учитывать эксплуатационные характеристики, исторические данные и текущее рабочее состояние каждых цезиевых атомных часов и выполнять взвешенное среднее или оптимальную оценку выходных данных трех часов для генерации более точного и стабильного комплексного частотного сигнала.

• Регулировка частоты и калибровка:

Если обнаружено большое отклонение частоты или времени цезиевых атомных часов, блок управления группой часов выдаст команду управления для настройки и калибровки цезиевых атомных часов. Метод настройки может включать тонкую настройку параметров управления частотой цезиевых атомных часов, корректировку отсчета времени и т. д., чтобы его выход соответствовал другим часам.

• Синхронизация времени:

Блок синхронизации времени регулярно получает внешний опорный сигнал времени и сравнивает его со временем системы трехцезиевой группы часов. Если есть отклонение времени, блок синхронизации времени будет корректировать системное время, чтобы гарантировать, что точность синхронизации системного времени и международного стандартного времени находится в указанном диапазоне.

3. Преимущества и характеристики

• Высокая надежность:

Трое цезиевых атомных часов избыточны друг для друга. Когда одни из цезиевых атомных часов выходят из строя или их производительность ухудшается, система может продолжать поддерживать высокую точность частоты времени, регулируя выход двух других часов, что значительно повышает надежность и отказоустойчивость системы.

• Высокая точность:

Благодаря комплексной обработке выходных данных трех цезиевых атомных часов можно эффективно снизить случайную и системную погрешность отдельных цезиевых атомных часов и повысить общую точность системы. По сравнению с отдельными цезиевыми атомными часами точность частоты и стабильность системы из трех цезиевых групп часов могут быть значительно улучшены.

• Хорошая устойчивость:

Система может контролировать и корректировать рабочее состояние атомных часов цезия в режиме реального времени, вовремя обнаруживать и устранять потенциальные проблемы и обеспечивать поддержание стабильной работы системы в течение длительной эксплуатации. В то же время, посредством синхронизации с внешним эталоном времени, система может непрерывно калибровать собственную временную частоту для дальнейшего повышения стабильности.

4. Области применения

• Спутниковая навигационная система:

Предоставлять высокоточные временные и частотные эталоны для спутников, чтобы гарантировать точную передачу и прием спутниковых сигналов, а также повысить точность позиционирования и надежность спутниковых навигационных систем.

• Сеть связи:

В сетях связи 5G, 6G и других сетях связи обеспечивается точная синхронизация времени для оборудования базовых станций, оборудования ядра сети и т. д., обеспечивается стабильная передача и эффективная обработка сигналов связи, а также улучшается качество связи и производительность сети.

• Научные исследования:

В таких областях научных исследований, как физика и астрономия, он используется для обеспечения высокоточных стандартов времени и частоты для поддержки точных измерений и сбора данных экспериментов, таких как эксперименты по атомной физике и радиоастрономические наблюдения.

• Финансовые операции:

Предоставлять точные временные метки для систем финансовых транзакций, чтобы гарантировать точность и последовательность времени транзакций, а также гарантировать справедливость, беспристрастность и стабильную работу финансовых рынков.