本书综述国际上现代时间工作的研究进展，主要包括现代守时和时间传递的基本原理和技术方法。全书共14章，第1～3章概述时间的定义和基本概念以及不同类型原子钟的基本结构和技术原理；第4～6章介绍时间频率测量以及时间传递的基本方法和技术原理；第7章介绍NTP和PTP网络时间同步协议；第8～12章介绍全球卫星导航定位系统、基于导航卫星的时间传递、基于通信卫星的时间传递以及光纤时间频率传递的基本原理和方法；第13章介绍原子时间尺度产生的基本原理和方法；第14章介绍守时和时间传递技术的应用。
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译者序
前言
致谢
作者简介
第1章 时间及其定义 1
1.1 时间的概念 1
1.1.1 熵与时间 2
1.1.2 爱因斯坦的时间观 4
1.1.3 量子力学与时间 5
1.2 时间间隔单位：小时、分钟和秒 6
1.3 秒定义 8
1.3.1 平太阳日 9
1.3.2 地球自转的变化 11
1.3.3 历书时 13
1.3.4 原子时 13
1.4 时间传递 15
1.5 面向新的秒定义 16
1.6 国际权度局 18
参考文献 18
第2章 原子时代之前的计时 21
2.1 引言 21
2.2 太阳钟、水钟及其他时间测量装置 22
2.3 机械钟 27
2.4 石英钟 35
2.5 结束语 37
参考文献 37
第3章 原子钟 39
3.1 引言 39
3.2 原子钟工作原理 39
3.3 铷原子频率标准 41
3.4 铯束频率标准 44
3.5 氢脉泽 48
3.6 芯片级原子钟 50
3.7 离子囚禁钟 51
3.7.1 彭宁阱 51
3.7.2 保罗阱 51
3.7.3 深空原子钟 52
3.8 原子喷泉 52
3.9 光晶格 54
3.10 原子喷泉和商用原子钟的稳定性比较 56
3.11 光梳和光钟 59
3.12 讨论 63
参考文献 64
第4章 频率稳定度 67
4.1 引言 67
4.1.1 振荡器时间和频率的特征 68
4.1.2 钟的多项式模型 69
4.2 功率谱密度和基本噪声类型 70
4.3 生成理想幂率噪声的时间序列 74
4.4 频率稳定度的时域测量 75
4.4.1 阿伦方差 77
4.4.2 重叠阿伦方差 78
4.4.3 修正阿伦方差和抛物线方差 79
4.4.4 阿达马方差 80
4.4.5 时间方差 81
4.4.6 最大时间间隔误差和相关测量 81
4.4.7 总方差 82
4.4.8 Theo1和TheoBR 82
4.4.9 阿伦方差的置信值 83
4.5 双采样方差与谱密度的关系 83
4.6 N 角帽和Groslambert 方法 85
4.7 结束语 88
参考文献 89
第5章 时间和频率的测量 92
5.1 引言 92
5.2 时间和频率测量设备 93
5.2.1 频率计数器 94
5.2.2 时间间隔计数器 95
5.2.3 双混频时差测量技术 99
5.3 测量不确定度 100
5.4 利用TIC进行时间和频率测量的案例 102
5.5 结束语 104
参考文献 105
第6章 早期的时间传递 106
6.1 电子时代之前的时间传递 106
6.2 搬运钟 108
6.3 电报和电话授时服务 108
6.4 无线时间传递 109
6.4.1 罗兰导航 110
6.4.2 奥米伽导航 112
6.4.3 高频广播 112
6.5 卫星时间传递技术 113
6.6 结束语 115
参考文献 115
第7章 网络时间协议和精密时间协议 117
7.1 NTP和PTP 简介 117
7.2 NTP基本原理 118
7.3 NTP时间传递及精度 120
7.4 PTP 124
参考文献 126
第8章 全球卫星导航系统 128
8.1 卫星导航系统的诞生 128
8.2 GNSS的工作原理 128
8.3 四大全球卫星导航系统 133
8.3.1 GPS(美国) 133
8.3.2 GLONASS(俄罗斯) 134
8.3.3 Galileo(欧盟) 134
8.3.4 北斗三号/北斗(中国) 135
xii 现代守时与时间传递导论
8.4 区域卫星导航系统和增强系统 135
8.4.1 地球静止轨道卫星 135
8.4.2 NavIC(印度) 135
8.4.3 QZSS(日本) 136
8.4.4 EGNOS 136
8.4.5 WAAS 136
8.4.6 GAGAN 136
8.4.7 LEO 136
参考文献 137
第9章 GNSS时间传递的误差 138
9.1 引言 138
9.2 GNSS 基本方程 139
9.3 星历和天线位置误差 140
9.4 卫星钟误差 140
9.5 相对论效应 141
9.6 电离层估计误差 142
9.6.1 单频用户的Klobuchar模型和群时延 143
9.6.2 双频电离层改正 144
9.7 对流层估计误差 146
9.8 多径效应 147
9.9 接收机噪声和校准 150
9.10 用户等效距离误差 150
9.11 精度因子 151
9.12 广播参数的总误差 151
9.13 国际GNSS服务及产品 152
参考文献 153
第10章 GNSS时间传递技术 155
10.1 引言 155
10.2 GNSS码数据处理 156
10.2.1 GNSS直接接入和GNSS驯服振荡器 156
10.2.2 CGGTTS格式 158
10.2.3 共视法 159
10.2.4 全视法 160
10.2.5 CV法和AV法的优缺点 161
10.2.6 P3码和IGS产品在AV中的应用 163
10.3 载波相位 166
10.4 精密单点定位 167
10.4.1 PPP基础 167
10.4.2 日边界跳跃 170
10.4.3 整数模糊度固定PPP 171
10.5 GNSS接收机校准 173
10.6 多星座联合应用 176
参考文献 179
第11章 卫星双向时间频率传递 184
11.1 引言 184
11.2 基本原理 185
11.3 TWSTFT设备 187
11.3.1 地面站 187
11.3.2 卫星问题 188
11.4 TWSTFT系统的校准 189
11.5 软件无线电接收机 192
11.6 载波相位和双伪随机噪声码的TWSTFT 194
参考文献 195
第12章 光纤时间频率传递 198
12.1 引言 198
12.2 光纤：基本概念与实现 199
12.3 TTOF专用元件 199
12.3.1 光纤 199
12.3.2 电光发射器和光电接收器 201
12.3.3 环行器 201
12.3.4 放大器 202
12.4 校准方法 202
12.5 精密度和准确度 203
12.6 自由空间时间传递 204
参考文献 204
第13章 原子时间尺度 206
13.1 引言 206
13.2 原子钟的权重 207
13.3 连续性约束 208
13.4 频域 209
13.5 原子钟建模、平滑和平均算法 211
13.5.1 自回归系列和Vondrak平滑 212
13.5.2 多项式系列 213
13.5.3 协调世界时 214
13.5.4 快速UTC 217
13.5.5 指数滤波 218
13.5.6 Kalman滤波和它的一些变体 219
13.6 原子钟的驾驭和传递函数 225
13.7 闰秒——与地球自转保持同步 229
参考文献 230
第14章 守时及时间传递的应用 233
14.1 引言 233
14.2 日常生活应用 234
14.2.1 电网管理 234
14.2.2 金融和商业部门 234
14.2.3 电信业 236
14.2.4 数据中心 237
14.2.5 广播行业 237
14.2.6 国防通信 237
14.2.7 卫星业务 237
14.3 精密时间用户 238
14.3.1 厘米级高度传感器 238
14.3.2 地震研究 238
14.3.3 甚长基线干涉测量 238
14.3.4 粒子加速器 239
14.3.5 平方公里阵列射电望远镜 239
14.3.6 超稳空间钟 240
14.3.7 脉冲星时间尺度 240
14.3.8 基本常数变化检测和基础物理参数测试 241
14.3.9 暗物质 242
14.4 当前面临的挑战 243
参考文献 243
词汇表 246
京公网安备 11010102004214号