我国首次实现原子芯片上的BEC

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《世界电子元器件》 2009年第1期11-11,共1页

原本大型磁场线圈才能“绑”住的原子，现在仅用100微米宽的光刻线圈，就能让其“定身”。最近中科院上海光学精密机械研究所透露，该所量子光学重点实验室一研究小组实现了我国第一个原子芯片上的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），与浙江... 原本大型磁场线圈才能“绑”住的原子，现在仅用100微米宽的光刻线圈，就能让其“定身”。最近中科院上海光学精密机械研究所透露，该所量子光学重点实验室一研究小组实现了我国第一个原子芯片上的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），与浙江大学光学所合作成功研制出国内第一块静磁阱原子芯片和高频势阱芯片，为量子信息存储、量子信息“复印”和量子路由器研究打下了基础。 展开更多

关键词 原子芯片 上海光学精密机械研究所 玻色-爱因斯坦凝聚体 BEC 量子光学 磁场线圈 重点实验室 合作成功

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芯片级原子钟辅助的惯性/卫星组合导航系统欺骗检测方法 被引量：17

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作者 刘洋 李四海 +1 位作者 付强文 周琪 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期654-660,共7页

商业化芯片级原子钟产品的出现,使其在惯性/卫星组合导航系统中的应用成为可能。针对卫星导航欺骗信号检测,提出利用芯片级原子钟高精度时间保持能力,从时间维度进行欺骗检测的方法。首先,介绍了芯片级原子钟的基本特点和时间保持能力,... 商业化芯片级原子钟产品的出现,使其在惯性/卫星组合导航系统中的应用成为可能。针对卫星导航欺骗信号检测,提出利用芯片级原子钟高精度时间保持能力,从时间维度进行欺骗检测的方法。首先,介绍了芯片级原子钟的基本特点和时间保持能力,然后通过分析欺骗干扰对接收机时间的影响,针对先压制后欺骗的典型模式,基于真实信号和欺骗信号下的钟差预测误差分布,构造了芯片级原子钟辅助的欺骗检测模型。实测数据表明,芯片级原子钟的钟差预测精度高出接收机内部时钟精度一个数量级以上。通过检测概率分析,证明了芯片级原子钟在卫星欺骗检测上的优异性能。 展开更多

关键词 芯片级原子钟 卫星导航 组合导航 欺骗检测

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一种微型化制造的双腔结构芯片原子钟^(87)Rb蒸汽腔(英文) 被引量：5

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作者 李绍良 徐静 +1 位作者 张志强 吴亚明 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期1463-1468,共6页

碱金属蒸汽腔是芯片原子钟(CSACs)中重要的核心部件之一,其微型化制造具有重要的实用价值,同时也非常具有挑战性。采用MEMS技术批量化制作了具有双腔结构的芯片原子钟87Rb蒸汽腔阵列。在阳极键合过程中,通过原位化学反应产生纯净的87Rb... 碱金属蒸汽腔是芯片原子钟(CSACs)中重要的核心部件之一,其微型化制造具有重要的实用价值,同时也非常具有挑战性。采用MEMS技术批量化制作了具有双腔结构的芯片原子钟87Rb蒸汽腔阵列。在阳极键合过程中,通过原位化学反应产生纯净的87Rb元素蒸汽,缓冲气体(N2)采用反充的方法充入到87Rb蒸汽腔内以保证缓冲气体的压强可以精确的控制。所设计的双腔结构可以防止原位化学反应中产生的杂质阻挡光路,从而能够提高探测到的光信号的强度。通过原子钟桌面系统测试,得到了87Rb元素D1线的光学吸收谱和用于芯片原子钟锁频的误差信号,在90℃时,87Rb元素D1线纠偏信号的线宽(波峰与波谷间距)可达到0.53 kHz。测试结果表明,双腔结构的87Rb蒸汽腔满足芯片原子钟或其他芯片级原子器件的设计要求。 展开更多

关键词 ^87Rb蒸汽腔 芯片原子钟 相干布居数囚禁(CPT) 双腔结构 MEMS技术

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用于铯芯片级原子钟的4.596GHz射频源研制(英文) 被引量：2

4

作者 季磊 汤亮 张忠山 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期160-164,共5页

芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射... 芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射频源由三部分组成,包括小数分频频率综合器、压控振荡器和环路滤波器。数字锁相环具有相位噪声低,频谱稳定度高等特点。此外,由于小数分频频率综合器是可编程的,可以通过配置N分频器与R分频器实现输出频率的快速扫描。与此同时,根据相关公式,可以计算出三阶无源环路滤波器的近似参数值,所设计的环路滤波器具有300kHz的环路带宽以及55°的相位裕度。最后,整个基于数字锁相环技术实现的射频源通过仿真、硬件实现以及测试。测试结果显示,射频源的相位噪声为-74.02dBc/Hz@300Hz,符合芯片级原子钟射频源的设计要求。 展开更多

关键词 芯片级原子钟 射频源 环路滤波器 压控振荡器 锁相环

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芯片原子钟——CPT钟研究进展 被引量：9

5

作者 曹远洪 何庆 杨林 《电讯技术》 北大核心 2010年第6期125-131,共7页

介绍了基于激光与原子相干布局囚禁(CPT)理论的芯片原子钟(CSAC)钟。该原子钟代表了小型化原子钟未来发展方向,近年来在设计技术、制造工艺以及物理机制方面都取得了较大进展,并实现了芯片级的CPT钟原理样机。预计,在未来3～5年将会有... 介绍了基于激光与原子相干布局囚禁(CPT)理论的芯片原子钟(CSAC)钟。该原子钟代表了小型化原子钟未来发展方向,近年来在设计技术、制造工艺以及物理机制方面都取得了较大进展,并实现了芯片级的CPT钟原理样机。预计,在未来3～5年将会有芯片原子钟产品面世。 展开更多

关键词 芯片原子钟 相干布局囚禁钟 研究进展

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芯片原子钟MEMS原子气室数字温控系统设计 被引量：1

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作者 刘召军 李坤 +3 位作者 李云超 胡旭文 闫树斌 张彦军 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第6期410-414,420,共6页

芯片原子钟(CSAC)可以提供精准的时间基准,具有较好的应用前景。利用微型PIC~?单片机和增量式比例-微分-积分(PID)算法设计了一种CSAC微电子机械系统(MEMS)原子气室数字温控系统,并通过磁控溅射方法制作了MEMS原子气室专用的氧化铟锡(I... 芯片原子钟(CSAC)可以提供精准的时间基准,具有较好的应用前景。利用微型PIC~?单片机和增量式比例-微分-积分(PID)算法设计了一种CSAC微电子机械系统(MEMS)原子气室数字温控系统,并通过磁控溅射方法制作了MEMS原子气室专用的氧化铟锡(ITO)加热玻璃。温度是影响CSAC稳定度的一个重要因素,解决了CSAC系统气室温控的加热不均匀问题,温控精度达到了0.10℃,达到了CSAC温控精度优于0.15℃的要求。通过饱和吸收光谱实验,获得了明显的饱和吸收谱线。实验结果为高性能CSAC的研究提供了参考。 展开更多

关键词 芯片原子钟(CSAC) 数字温控 饱和吸收 微电子机械系统(MEMS)原子气室 氧化铟锡(ITO)加热玻璃

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芯片级原子钟在Micro-PNT中的应用 被引量：2

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作者 郭平 赵建业 《数字通信世界》 2018年第12期22-25,共4页

将CPT芯片原子钟与高精度的微惯性测量元件组合成单片授时和惯性测量单元(TIMU),再与高精度的GNSS系统相结合,可以弥补GNSS和INS单一系统的不足,组合成适用性更广、鲁棒性更强的微型PNT系统(micro-PNT)。

关键词 PNT Micro-PNT 芯片级原子钟 微型定位导航授时系统

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芯片级铯原子钟MEMS气室的气密性封装 被引量：1

8

作者 王锦曦 闫树斌 +4 位作者 苏浩 杨啸宇 罗云霞 郭京 华尔天 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第4期342-349,共8页

为适应芯片级原子钟(CSAC)微型化和高精度的发展趋势,介绍了一种面向CSAC微型系统的碱金属原子气室的微电子机械系统(MEMS)工艺流程,设计了一种能够提供光反应所需的碱金属原子气氛且气密性好的气室结构,氦气真空泄漏率小于5.0×10^... 为适应芯片级原子钟(CSAC)微型化和高精度的发展趋势,介绍了一种面向CSAC微型系统的碱金属原子气室的微电子机械系统(MEMS)工艺流程,设计了一种能够提供光反应所需的碱金属原子气氛且气密性好的气室结构,氦气真空泄漏率小于5.0×10^(-9)Pa·cm^(3)/s。采用L-Edit软件设计掩膜版,通过光刻工艺在光刻胶上制作所需图形,采用感应耦合等离子体刻蚀(ICPE)法将结构转移到硅片表面,刻蚀出微通道和两个腔室,其中一个腔室为反应腔,另一个为光学腔。通过低温阳极键合工艺封装原子气室,划片后即可得到玻璃-硅-玻璃三明治结构的气室。按照GJB548A-96标准(方法1014.2密封)的相关规定对MEMS气室先后进行了氦气细检和氟油粗检,测试结果验证了工艺的适用性,成品率达到96.08%。同时,搭建实验平台,测试了吸收谱线,得到了良好的谱线图。 展开更多

关键词 微电子机械系统(MEMS) 芯片级原子钟(CSAC) 微通道 铯(Cs)原子气室 气密性

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干涉型原子陀螺仪研究进展与应用 被引量：2

9

作者 李俊 雷兴 +2 位作者 李攀 刘元正 韩宗虎 《电讯技术》 北大核心 2012年第7期1216-1221,共6页

介绍了原子干涉仪的基本原理和目前国内外干涉型原子陀螺仪的实现方案以及研究现状,包括三脉冲陀螺仪、四脉冲陀螺仪和原子芯片陀螺仪。基于高精度测量特性,概述了原子陀螺仪在惯性导航、广义相对论检测以及地球物理学中的应用。

关键词 惯性导航 原子干涉仪 原子陀螺仪 原子芯片

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中性原子的磁囚禁技术及其最新发展与应用

10

作者 胡建军 印建平 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期257-268,共12页

本文就近二十年来国际上用于三维限制中性原子运动的磁囚禁原理、方案、特点及其最新发展进行了系统介绍与综述。根据构成磁阱的装置大小、磁场特征以及产生磁场方式的不同,可以将囚禁原子的各种磁阱分为宏观静磁囚禁、微观静磁囚禁和... 本文就近二十年来国际上用于三维限制中性原子运动的磁囚禁原理、方案、特点及其最新发展进行了系统介绍与综述。根据构成磁阱的装置大小、磁场特征以及产生磁场方式的不同,可以将囚禁原子的各种磁阱分为宏观静磁囚禁、微观静磁囚禁和微波或交流磁囚禁三大类。最后,文章简单介绍了中性原子磁囚禁技术在玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)和原子芯片中的最新应用。 展开更多

关键词 中性原子 磁囚禁技术 玻色-爱因斯坦凝聚 原子芯片 BEC

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高精度时钟芯片在OBN中的应用

11

作者 任文静 魏启 +2 位作者 卢涛 袁辰 符明辉 《物探装备》 2023年第6期404-407,412,共5页

我国海洋油气资源丰富,海洋油气资源勘探是未来国家油气勘探开发的重要领域。OBN是当前海洋地震采集的主流仪器,OBN内部使用的时钟芯片的精度是评鉴地震采集资料的主要因素之一。本文重点介绍了恒温晶振及芯片级原子钟等高精度时钟芯片... 我国海洋油气资源丰富,海洋油气资源勘探是未来国家油气勘探开发的重要领域。OBN是当前海洋地震采集的主流仪器,OBN内部使用的时钟芯片的精度是评鉴地震采集资料的主要因素之一。本文重点介绍了恒温晶振及芯片级原子钟等高精度时钟芯片的原理,以及其在OBN中所关注的主要性能指标,通过几种时钟芯片在OBN中的实际应用及测试数据对比,说明高精度时钟芯片能够满足OBN在水下作业的性能要求,为OBN在海洋油气资源勘探领域的应用打下良好的基础。 展开更多

关键词 恒温晶体钟 芯片级原子钟 OBN 时钟漂移

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增厚DBR型894 nm窄线宽VCSEL

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作者 范屹梁 孙玉润 +3 位作者 付秋雪 于淑珍 仇伯仓 董建荣 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第5期449-454,共6页

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是芯片级原子钟(CSAC)的主流光源,其光束质量会影响CSAC的各项性能。扩展VCSEL内部有效腔长能够以压缩冷腔线宽的方式压窄器件最终辐射激光的线宽,从而可以减小CSAC短时间内的计时频率噪声。根据所计算的VCSE... 垂直腔面发射激光器(VCSEL)是芯片级原子钟(CSAC)的主流光源,其光束质量会影响CSAC的各项性能。扩展VCSEL内部有效腔长能够以压缩冷腔线宽的方式压窄器件最终辐射激光的线宽,从而可以减小CSAC短时间内的计时频率噪声。根据所计算的VCSEL表面反射谱,将VCSEL中4层下分布式布拉格反射镜(DBR)的厚度由常规的四分之一波长增加至404 nm,压缩了VCSEL冷腔线宽,并生长了对应的外延结构,制备了通过增厚DBR扩展有效腔长的894 nm窄线宽VCSEL。测试结果表明,研制的VCSEL在90℃下波长为893.1 nm,功率为0.335 mW,线宽约为32 MHz,且具有稳定的偏振特性。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器(VCSEL) 芯片级原子钟(CSAC) 有效腔长 分布式布拉格反射镜(DBR) 线宽

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表面菱形孔795 nm VCSEL的偏振特性

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作者 付秋雪 孙玉润 +3 位作者 于淑珍 范屹梁 仇伯仓 董建荣 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第7期609-617,共9页

795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为铷基芯片级原子钟(Rb-CSAC)的光源,其输出光的偏振不稳定会降低Rb-CSAC的稳定度和精确度。为了满足Rb-CSAC对795 nm VCSEL偏振稳定的需求,设计了一种具有表面菱形孔的偏振稳定的795 nm VCSEL。通过... 795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为铷基芯片级原子钟(Rb-CSAC)的光源,其输出光的偏振不稳定会降低Rb-CSAC的稳定度和精确度。为了满足Rb-CSAC对795 nm VCSEL偏振稳定的需求,设计了一种具有表面菱形孔的偏振稳定的795 nm VCSEL。通过有限时域差分(FDTD)法计算了VCSEL的偏振特性,结果表明VCSEL的顶部分布式布拉格反射镜(DBR)在表面菱形孔的长轴和短轴方向具有不同的反射率。反射率高的偏振模式阈值增益低,成为VCSEL优先激射的主导偏振模式。为进一步提高VCSEL的偏振抑制比(OPSR),将VCSEL的氧化孔制作成尺寸为5.5μm×4.1μm的菱形。对不同长、短轴的表面菱形孔795 nm VCSEL进行偏振测试,结果表明,当表面菱形孔的尺寸为4μm×6μm,且菱形氧化孔的长轴与表面菱形孔的长轴相互垂直时,VCSEL的OPSR可达到16.22 dB。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器(VCSEL) 表面菱形孔 偏振控制 芯片级原子钟(CSAC) 分布式布拉格反射镜(DBR)

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国外CPT CSAC技术发展现状 被引量：5

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作者 王淑华 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第3期137-145,共9页

概述了芯片级原子钟(CSAC)的特点和应用优势。介绍了美国和欧洲等发达国家启动的相干布局囚禁(CPT)CSAC系列研究项目。阐述了国外主要研究机构所取得的重大研究进展,如美国NIST机构和Symmetricom公司研制的CSAC样机和产品所达到的性能指... 概述了芯片级原子钟(CSAC)的特点和应用优势。介绍了美国和欧洲等发达国家启动的相干布局囚禁(CPT)CSAC系列研究项目。阐述了国外主要研究机构所取得的重大研究进展,如美国NIST机构和Symmetricom公司研制的CSAC样机和产品所达到的性能指标,并从物理系统、振荡器及频率合成器几个方面重点阐述国外的研究现状,其中重点阐述了物理系统部分的蒸气腔和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制作工艺、可实现的尺寸及密封性能等。列举了CSAC在卫星导航领域、用于时间保持和导航的水下系统以及个人手表系统中的应用现状。总结了CSAC在研制和应用中存在的问题,并提出了解决思路和发展方向。 展开更多

关键词 相干布局囚禁芯片级原子钟(CPT CSAC) 物理系统 垂直腔面发射激光器(VC-SEL) 振荡器 频率稳定性

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TSV结构对环形物质波波导的影响

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作者 罗小嘉 杨丽君 罗俊杰 《太赫兹科学与电子信息学报》 2022年第5期506-512,共7页

由于需要外部电源的接入,传统芯片上的环形结构的物质波波导无法形成完全封闭的环形结构,其产生的环形磁阱存在天然缺陷,阻碍了对冷原子的有效操控。利用硅通孔(TSV)技术能够在垂直于原子芯片表面方向接入导线,有望降低接入导线对环形... 由于需要外部电源的接入,传统芯片上的环形结构的物质波波导无法形成完全封闭的环形结构,其产生的环形磁阱存在天然缺陷,阻碍了对冷原子的有效操控。利用硅通孔(TSV)技术能够在垂直于原子芯片表面方向接入导线,有望降低接入导线对环形磁阱的影响。本文通过有限元方法对基于TSV技术的环形原子物质波波导进行仿真研究,对导线加载电流时的磁场进行仿真分析,并系统研究了TSV横截面形状、通孔深度、通孔间隙等因素对环形导线所产生磁阱的影响。最终结合仿真结果,设计一种在加工工艺上切实可行的基于TSV结构的环形波导原子芯片。 展开更多

关键词 环形物质波波导 原子芯片 磁阱 硅通孔

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垂直腔面发射激光器的内调制特性 被引量：5

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作者 胡旭文 李云超 +1 位作者 张彦军 闫树斌 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期315-321,共7页

面向芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)通过微波调制产生具有特定光频差的相干激光,与原子作用后的跃迁谱线频率作为参考标准,最终可获取高精度的频率信号... 面向芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)通过微波调制产生具有特定光频差的相干激光,与原子作用后的跃迁谱线频率作为参考标准,最终可获取高精度的频率信号。因此,垂直腔面发射激光器在芯片原子钟系统中至关重要。介绍了VCSEL激光器的内调制原理,搭建了其内调制特性实验测试平台,开展了激光器对射频调制响应特性研究,记录了激光器边带信号随着注入电流和射频输出功率的变化情况,并分析了射频调制对激光器边带信号的影响特性以及Bogatov现象引起的边带不对称现象。实验结果显示:当射频信号频率为3.41734 GHz,注入电流为1.2 mA,射频输出功率为3.5 dBm时,可获得优化的高频调制光谱,为芯片原子钟提供优质的光源。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器 芯片原子钟 射频调制 边带信号 注入电流

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INS/GNSS/CSAC/高度计组合导航微系统硬件设计 被引量：1

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作者 王琮 聂宜召 +2 位作者 王雪博 蒋张涛 辛增献 《航天控制》 CSCD 北大核心 2022年第3期44-49,共6页

为了提高单一导航系统的定位导航与授时(PNT)服务性能,提出了一种基于惯性导航系统(INS)、全球卫星导航系统(GNSS)、芯片原子钟(CSAC)和高度计模块的组合导航系统硬件设计方案。阐述了各模块的工作流程及工作原理。为了验证设计可行性,... 为了提高单一导航系统的定位导航与授时(PNT)服务性能,提出了一种基于惯性导航系统(INS)、全球卫星导航系统(GNSS)、芯片原子钟(CSAC)和高度计模块的组合导航系统硬件设计方案。阐述了各模块的工作流程及工作原理。为了验证设计可行性,进行了跑车实验,结果显示本设计具有较好的定位精度和导航性能。 展开更多

关键词 组合导航 芯片原子钟 微系统 高度计

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基于多源传感器的单星定位算法与精度分析

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作者 邓彦鑫 郭伟 李柯陶 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2021年第2期126-132,共7页

为解决单星环境下静态载体的单点定位问题,建立基于芯片级原子钟和气压高度计辅助下的单星定位算法。包括对单星连续测距定位算法进行算法推导、误差分析与仿真验证、搭建静态单星定位试验平台,以及利用实测数据验证单星连续测距定位算... 为解决单星环境下静态载体的单点定位问题,建立基于芯片级原子钟和气压高度计辅助下的单星定位算法。包括对单星连续测距定位算法进行算法推导、误差分析与仿真验证、搭建静态单星定位试验平台,以及利用实测数据验证单星连续测距定位算法的有效性。仿真与实验结果表明:真实接收机经过对一颗卫星的连续观测,辅以高精度芯片级原子钟和气压高度计提供时钟和高度信息,可在2 min内完成500 m精度定位,以及在5 min内完成200 m精度定位,完全符合战时应急定位精度需求。 展开更多

关键词 单星定位 芯片级原子钟 战时应急 静态试验

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