刘雅丽,李维,武腾飞,李新良

(航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室,北京 100095)

0 引言

微型定位导航授时(Micro positioning,navigation and timing,Micro-PNT)系统是确定时间和空间的关键技术,以其体积小、功耗低、精度高的优点在国民经济、军事领域和国家安全等方面具有广泛的应用潜力[1]。传统的全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)存在易受干扰和遮挡的问题,而Micro-PNT系统可以很好地解决上述问题,可应用于GNSS信号不佳的山洞、深渊、森林等极端环境。另外,Micro-PNT系统可以极大地降低惯性导航系统的累积误差,延长其单独工作时长。Micro-PNT系统结合了全球卫星导航系统与惯性导航系统,以低功耗、微体积、高精度的芯片级原子钟(chip scale atomic clock,CSAC)为时钟基础,发播定位导航授时信号[2-3]。同时,芯片级原子钟向接收机、加速度计和陀螺仪等发送高精度的时钟信号,也将大大提升Micro-PNT系统的性能[1]。

芯片级原子钟包括芯片级微波原子钟和芯片级光学原子钟。芯片级微波原子钟是传统相干布居囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原子钟,它基于相干布居囚禁原理,通过微波频率信号来调节两相干光场,使其与原子基态的两超精细能级跃迁至同一激发态能级的频率发生共振,从而获得精度高的标准频率信号的输出[4]。与小型恒温晶振相比,芯片级微波原子钟在体积和功耗上与之相当,但是长期稳定度要比其高3个量级以上。另外,其体积和功耗要比铷原子钟小近2个量级[5-6]。芯片级光学原子钟是一种作为参考标准的原子能级跃迁频率处于光频波段的原子钟,其工作原理与微波原子钟相似,除了跃迁频段不同之外,其频率发生器是稳频激光器而不是微波原子钟的晶体振荡器。……