北斗衛(wèi)星銣原子頻標(biāo)憑借“北斗授時(shí)+銣原子鐘”的雙重優(yōu)勢(shì)，既能通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程時(shí)間溯源，又能依托銣原子能級(jí)躍遷的固有穩(wěn)定性提供持續(xù)可靠的頻率輸出，成為計(jì)量實(shí)驗(yàn)室、法定計(jì)量機(jī)構(gòu)及高端工業(yè)測(cè)試場(chǎng)景的優(yōu)選設(shè)備。如何聚焦需求，從核心參數(shù)到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景精準(zhǔn)選型，是專業(yè)人員面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。本文將以西安同步的銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)為例，探討一下北斗銣原子鐘的原理、核心指標(biāo)以及挑選方法。

一、計(jì)量參考頻標(biāo)：北斗銣鐘的核心定位與工作原理

在計(jì)量領(lǐng)域，“參考頻標(biāo)”的核心作用是為其他測(cè)量?jī)x器提供可溯源的頻率基準(zhǔn)，其性能直接影響整個(gè)計(jì)量體系的量值準(zhǔn)確性。北斗衛(wèi)星銣原子頻標(biāo)本質(zhì)是“銣原子鐘+北斗授時(shí)模塊”的集成系統(tǒng)，通過(guò)北斗衛(wèi)星信號(hào)對(duì)銣原子鐘進(jìn)行周期性校準(zhǔn)，既保留了銣鐘短期穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，又借助衛(wèi)星溯源解決了長(zhǎng)期漂移問(wèn)題，完美適配計(jì)量場(chǎng)景對(duì)“短期穩(wěn)定+長(zhǎng)期準(zhǔn)確”的雙重需求。

SYN3204型GNSS列服欽原子頻率標(biāo)準(zhǔn)

其工作原理可拆解為三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：原子能級(jí)躍遷產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率——銣原子外層電子在6834.682614 MHz的特定頻率下發(fā)生能級(jí)躍遷，這一由原子物理特性決定的頻率是天然的“頻率基準(zhǔn)”，銣原子頻標(biāo)通過(guò)微波諧振腔激勵(lì)銣原子，產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(hào)；北斗授時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溯源——北斗授時(shí)模塊接收衛(wèi)星播發(fā)的UTC（協(xié)調(diào)世界時(shí)）信號(hào)，解算出本地頻標(biāo)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差；閉環(huán)控制修正頻率誤差——控制系統(tǒng)將北斗溯源得到的偏差值反饋至銣原子鐘的壓控振蕩器，實(shí)時(shí)調(diào)整輸出頻率，使頻標(biāo)長(zhǎng)期準(zhǔn)確度與國(guó)家基準(zhǔn)保持一致。這種“自主產(chǎn)生基準(zhǔn)+衛(wèi)星遠(yuǎn)程校準(zhǔn)”的模式，既避免了傳統(tǒng)銣鐘長(zhǎng)期漂移的缺陷，又?jǐn)[脫了對(duì)本地高等級(jí)頻標(biāo)的依賴，大幅降低了計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)維成本。

二、計(jì)量場(chǎng)景的核心參數(shù)：從準(zhǔn)確度到日漂移的關(guān)鍵指標(biāo)解析

挑選計(jì)量用衛(wèi)星原子鐘，需重點(diǎn)關(guān)注四大核心參數(shù)：準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度、相位噪聲（相噪）和日漂移，這些參數(shù)直接決定了其在計(jì)量工作中的適用范圍與溯源能力。

1. 準(zhǔn)確度：計(jì)量溯源的“根本保證”

準(zhǔn)確度是指頻標(biāo)輸出頻率與理想頻率的偏差程度，通常以相對(duì)值表示（如1×10?12）。在計(jì)量場(chǎng)景中，準(zhǔn)確度直接關(guān)系到量值傳遞的可靠性——若參考頻標(biāo)的準(zhǔn)確度為1×10?12，意味著其輸出頻率與真實(shí)值的偏差不超過(guò)每萬(wàn)億分之一，能夠滿足絕大多數(shù)電子儀器的校準(zhǔn)需求。

挑選時(shí)需注意：優(yōu)先選擇支持北斗三號(hào)B1I/B2a雙頻授時(shí)的產(chǎn)品，雙頻接收可消除電離層延遲對(duì)授時(shí)精度的影響，使溯源后的準(zhǔn)確度達(dá)到1×10?13量級(jí)；關(guān)注“校準(zhǔn)間隔”參數(shù)，部分高端產(chǎn)品支持自動(dòng)校準(zhǔn)間隔設(shè)置（如1小時(shí)/6小時(shí)/24小時(shí)），校準(zhǔn)間隔越短，長(zhǎng)期準(zhǔn)確度越穩(wěn)定，但需平衡功耗與性能需求；確認(rèn)溯源資質(zhì)，選擇通過(guò)CNAS（中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)）認(rèn)證的產(chǎn)品，確保其準(zhǔn)確度可通過(guò)北斗系統(tǒng)溯源至國(guó)家時(shí)間頻率基準(zhǔn)。

2. 穩(wěn)定度：短期計(jì)量的“核心指標(biāo)”

穩(wěn)定度描述頻標(biāo)輸出頻率隨時(shí)間變化的波動(dòng)程度，分為短期穩(wěn)定度（如1秒、10秒采樣）和長(zhǎng)期穩(wěn)定度（如1天、1個(gè)月采樣），計(jì)量場(chǎng)景中需根據(jù)具體校準(zhǔn)任務(wù)選擇——校準(zhǔn)高頻信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)數(shù)器等儀器時(shí)，短期穩(wěn)定度更為關(guān)鍵；而長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)電網(wǎng)頻率、進(jìn)行周期性校準(zhǔn)則需關(guān)注長(zhǎng)期穩(wěn)定度。

SYN3204型GNSS列服欽原子頻率標(biāo)準(zhǔn)

原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度是其核心性能指標(biāo)，直接決定時(shí)頻參考的可靠性、應(yīng)用場(chǎng)景的適配性及系統(tǒng)整體精度上限。

（1）、穩(wěn)定度的核心影響維度

信號(hào)基準(zhǔn)一致性：穩(wěn)定度決定輸出頻率（如 10MHz）的長(zhǎng)期漂移和短期抖動(dòng)，是電子設(shè)備時(shí)鐘同步的 “標(biāo)尺精度”。
系統(tǒng)誤差控制：低穩(wěn)定度會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相位偏移、時(shí)間戳偏差，直接放大通信、測(cè)量、測(cè)控等系統(tǒng)的整體誤差。
應(yīng)用場(chǎng)景適配：高穩(wěn)定度是高精度場(chǎng)景的準(zhǔn)入條件，低穩(wěn)定度僅能滿足基礎(chǔ)頻率參考需求。

（2）、穩(wěn)定度與其他性能的關(guān)聯(lián)

穩(wěn)定度（短期穩(wěn)、長(zhǎng)期穩(wěn)）與頻率準(zhǔn)確度、相位噪聲緊密綁定：短期穩(wěn)差會(huì)導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)（相位噪聲劣化），長(zhǎng)期穩(wěn)差會(huì)累積頻率漂移（準(zhǔn)確度下降），三者共同決定銣頻標(biāo)的實(shí)際使用價(jià)值。

3.相位噪聲（相噪）：射頻計(jì)量的“隱形殺手”

相位噪聲是指頻率信號(hào)相位的隨機(jī)波動(dòng)，表現(xiàn)為信號(hào)頻譜的邊帶噪聲，通常以1 Hz帶哈有寬內(nèi)的噪聲功率與載波功率的比值表示（如-140 dBc/Hz @ 1 kHz offset）。在射頻計(jì)量場(chǎng)景（如雷達(dá)、通信設(shè)備校準(zhǔn)）中，相位噪聲會(huì)直接影響信號(hào)源的頻譜純度，導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。

4. 日漂移：無(wú)校準(zhǔn)狀態(tài)下的“穩(wěn)定性底線”

日漂移是指頻標(biāo)在無(wú)北斗授時(shí)校準(zhǔn)的情況下，輸出頻率每天的變化量，單位通常為＜±5E-12。這一參數(shù)反映了銣原子鐘本身的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是應(yīng)對(duì)北斗信號(hào)短暫中斷時(shí)的“性能底線”——在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，若遇惡劣天氣或設(shè)備維護(hù)導(dǎo)致北斗信號(hào)中斷，日漂移小的頻標(biāo)仍能在數(shù)天內(nèi)保持較高精度，避免校準(zhǔn)工作中斷。

SYN3204型GNSS列服欽原子頻率標(biāo)準(zhǔn)

三、是否支持接收衛(wèi)星信號(hào)或外參考信號(hào)

建議大家在選銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，優(yōu)先選擇可以直接接衛(wèi)星天線的，可以實(shí)時(shí)馴服。
天線接入 GNSS（GPS / 北斗 / 伽利略等）衛(wèi)星信號(hào)，可溯源至 UTC（世界協(xié)調(diào)時(shí)）原子鐘基準(zhǔn)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性接近銫鐘水平（日平均準(zhǔn)確度≤1E-12）
1PPS 輸入可接收外部高精度秒脈沖（如其他原子鐘、衛(wèi)星接收機(jī)輸出），通過(guò)馴服算法校準(zhǔn)內(nèi)部銣鐘，修正頻率漂移；
TOD 輸入可同步外部時(shí)間日期信息，實(shí)現(xiàn)時(shí)間與頻率的雙重同步。

審核編輯 黃宇