[发明专利]一种月基脉冲星时间基准生成系统

说明书

本发明公开了一种月基脉冲星时间基准生成系统，该系统放置于月球表面，该系统包括：月基X射线脉冲星观测设备、原子钟组、时间数据融合设备；其中，所述月基X射线脉冲星观测设备用于采集记录X射线脉冲星的脉冲到达时刻，并将其转换为脉冲星时；所述原子钟组用于提供原子钟时；所述时间数据融合设备用于将脉冲星时与原子钟时进行组合，生成月基脉冲星时间基准。本发明的月基脉冲星时间基准生成系统大大降低了X射线脉冲星信号接收设备的复杂性，同时提高了工作性能；将脉冲星时和原子钟时进行组合，使两种时间系统优势互补，取长补短，充分发挥了脉冲星时长期稳定性好和原子钟时短期稳定性好的优点，同时克服了二者的缺点。

技术领域

本发明涉及天文测量及导航领域，特别涉及一种月基脉冲星时间基准生成系统。

背景技术

时间基准体系是一个国家重要的技术支撑，可广泛应用于空间探测、深空导航和精准授时等军事和民用领域。随着天文学、物理学等自然科学学科的发展，对于时间基准体系的稳定性和系统抗干扰性提出了越来越高的要求。现有的时间基准体系是以高精度原子钟为核心进行构建，系统存在长期稳定性不好，容易受干扰和维护成本高的问题，因此，亟需开展新型时间基准技术的研究。

脉冲星(Pulsar)，又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体，直径大多为10千米左右，自转极快。1967年7月，剑桥大学的博士生Jocelyn Bell首次发现脉冲星，从此改变了人类对宇宙的看法，也给人类带来了一种新的时间概念—脉冲时。

毫秒脉冲星年龄都比较老，典型年龄为10⁹年，辐射流量较弱，但固有的内部扰动很小，自转十分稳定，脉冲轮廓很陡且规则，其基本特征有：

1、毫秒脉冲星的自转周期具有很好的稳定度；

2、毫秒脉冲星能够连续长期自然地辐射信号，在太阳系的任何时间和地方，均可以通过对观测数据的处理来获得稳定的脉冲信号；

3、毫秒脉冲星的脉冲TOA和脉冲星时均可用精确的数学模型表达，具备一般学科的数学描述特征；

4、借助辅助装置可以使毫秒脉冲星时具有计数和显示特征。

可见，毫秒脉冲星完全符合建立时间系统的基本条件，是理想的时间计量和频率标准源。其研究已经在相关科研机构进行开展。从1984年开始，美国、英国、澳大利亚、印度等国相继建立了脉冲星计时系统，特别是美国，其普林斯顿大学的脉冲星研究组利用Arecibo天文台的射电望远镜对PSR B1937+21和PSR B1855+09两颗毫秒脉冲星进行了长达10余年的观测，积累了大量的观测资料。2018年，ESA在荷兰的技术中心已开始运行基于脉冲星的时钟系统—“PulChron”系统，其利用欧洲的多个脉冲星射电定时阵列对空间毫秒脉冲星进行高精度观测，用于对原子钟的钟差进行高精度的修正以及寻找引力波存在的潜在证据。中国虽然起步晚，但世界第一大单口径射电望远镜FAST(Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope)的建成为中国在脉冲星计时领域赶超上述国家提供了非常有效的平台。

考察目前国内外现有的脉冲星时间系统的实现方式，主要分为两大类，第一类是在地面，利用大口径射电望远镜接收射电波段的脉冲星辐射信号，通过一定的算法得到脉冲星时，再加以利用；第二类是将检测脉冲星辐射信号的设备搭载到卫星上，接收X波段的脉冲星辐射信号，通过一定算法得到脉冲星时。

上述两大类实现方式有着各自的局限性：地面上接收脉冲星信号需要大口径射电望远镜，设备庞大；卫星上接收脉冲星信号时，对脉冲星信号监测设备的体积、重量、功耗等要求苛刻，另外，卫星的稳定性、卫星的姿态、周围的大气都对脉冲星接收信号影响大，不利于得到稳定、精确的脉冲星时。

发明内容

本发明的目的在于解决目前地月空间中缺乏稳定统一的时间基准的问题，从而提供一种月基脉冲星时间基准生成系统，为目前及未来人类在地月空间的探索活动提供时间基准。