Section 02 冷原子钟可以做什么

原子钟是已知的最准确的时间和频率标准，它的发展带来了许多科学和技术的进步，并且被用于国际时间分配服务的主要标准，例如，在互联网中的应用主要依赖于频率和时间标准。原子钟安装在时间信号无线电发射器的位置。原子钟被用于一些长波和中波广播电台，以提供非常精确的载波频率。

在空间环境下可靠运行的高精度冷原子钟应用于导航定位系统将会提升系统自主运行能力、提高导航定位精度。在基础物理研究方面，对推进基本物理常数测量、广义相对论验证等精密测量的发展具有重要意义，如引力红移测量、探测引力波、光速各向异性的测量、引力梯度测量以及暗物质等。此外，空间冷原子钟的相关技术还将应用于空间量子传感器等多个领域。

1.无线电时钟

无线电时钟是通过无线电接收器接收的国家无线电时间信号自动同步时钟。许多零售商将无线电时钟作为原子钟销售，尽管它们接收的无线电信号源自原子钟，但它们本身并不是原子钟。普通的低成本消费级接收机完全依赖于调幅时间信号，并使用窄带接收机（10Hz带宽）和小铁氧体环形天线以及具有非最佳数字信号处理延迟的电路，因此只能预期确定开始的一秒，实际精度不确定度为±0.1秒。仪器级的时间接收器提供更高的精度。对于距离无线电发射器每300千米设备会导致大约1毫秒的传输延迟。因此，国家为了计时的便利而管控着无线电发射机。

2.全球卫星导航系统

原子钟最为重要的应用之一便是用于全球定位的导航系统。定位导航系统在国防、工业、农业、科研、运输和环境等诸多科学技术中有着广泛的重要应用。

由美国空军太空司令部控制的全球定位系统（GPS）提供非常精确的定时和频率信号。美国的GPS系统基于地面观测对星载原子钟性能进行过大量研究，而基于空间冷原子钟对星载钟性能研究具有更大优势。GPS接收器通过测量最少四个GPS卫星信号的相对时间延迟来工作，每个GPS卫星具有至少两个板载铯和多达两个铷原子钟。相对时间在数学上被转换为三个绝对空间坐标和一个绝对时间坐标。GPS时间（GPST）是一个连续的时间尺度，理论上精确到约14纳秒（ns，1ns=10-9s）。GPST与TAI（国际原子时）和UTC（协调世界时）有关但不同。GPST与TAI保持恒定的偏移（TAI-GPST=19秒），并且TAI没有实现闰秒。对卫星中的星上时钟进行定期校正，以使它们与地时钟保持同步。GPS导航消息包括GPST和UTC之间的差异。截至2015年7月，GPST比UTC早17秒，因为2015年6月30日闰秒加入了UTC。

由俄罗斯航空航天国防军运营的全球卫星导航系统（GLONASS）提供了全球定位系统（GPS）系统的替代方案，是全球覆盖范围和精度相当的第二个航行系统。GLONASS的时间（GLONASST）由GLONASS中央同步器生成，通常优于1000ns。与GPS不同，GLONASS时标实现了闰秒，如UTC。

由欧盟主导的伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system）于2016年12月15日开始提供全球早期作战能力（EOC），提供第三个和第一个非军事应用的全球卫星导航系统。伽利略系统时间（GST）也是一个连续的时间尺度，由精确计时设施在意大利富尔奇的伽利略控制中心的地面上生成。伽利略系统提供30ns的定时精度。每颗伽利略卫星都有两个无源氢脉泽和两个铷原子钟，用于船舶定时。伽利略导航消息包括GST、UTC和GPST之间的差异（以促进互操作性）。

中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。其中，BeiDou-2（BD）卫星导航系统正在建设中，但是必须增加计划中的额外卫星以实现其全面覆盖全球的星座目标。北斗时间（BDT）是从2006年1月1日0：00：00 UTC开始的连续时间刻度，并在100ns内与UTC同步。北斗卫星导航系统于2011年12月在中国投入运营，使用了10颗卫星，并于2012年12月开始向亚太地区的客户提供服务。2017年11月5日，中国第三代导航卫星顺利升空，它标志着中国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。