时间频率量的特征及其对时频系统建设的影响

2022-12-05

时间频率参数在科学技术的发展历程中发挥着重要的作用。在时间频率精度不断提升的情况下。基于我国国情的独立自主化的时间频率系统的构建, 成为了事关国防事业和宇航工业等多个领域的重要问题。对时间频率量对时频系统的影响进行探究, 可以为我国的独立自主的时间频率系统的建构提供一定的帮助。

一、时间、频率量的主要特征

(一) 时间是描绘运动和变化的物理量

在物理学领域, 时间主要指的是用于描述运动过程和变化过程的物理量。它具有着不断流逝的特点[1]。在时间频率建标考核体系中, 时间的测量标准可以被看作是一种永不停歇的周期运动恒定周期。从我国学者对时间问题的研究现状来看, 基于原子能级跃迁的辐射周期已经取代了以地球自转周期或公转周期为标准的研究体系。从基于原子能级跃迁的辐射周期研究法的主要特点来看, 在原子不能自发发射电磁辐射的情况下, 研究人员需要研制出产生相关辐射的装置。在实际应用过程中, 这一装置也需要对时间的连续性进行保障。

(二) 时间频率的测量精密度和准确度

测量精密度是测量仪器的最小分辨力的反映。随着相关领域的研究工作的不断深入, 时间频率测量仪器的测量精密度已经达到了10-18数量级。时间频率的测量准确度主要指的是在计量基准的不确定性问题的影响下所反映出来的最小测量误差。在一些前沿技术得到研发以后, 时间频率的测量准确度已经达到了1X10-15。可以说, 时间频率领域所涉及到的测量精度是其他物理量所难以达到的精度, 从时间频率测量的作用来看, 在对时间精度的影响因素给实际辐射频率带来的修正值进行评定的基础上, 对时间精度进行确定, 可以对多普勒效应和碰撞效应所带来的不利影响进行有效解决。

(三) 时间与频率之间存在着密切相关的联系

周期运动的周期积累在时间的计量过程中发挥着重要的作用。在时间研究领域, 周期运动的周期与相关的频率之间存在着一种互为倒数的关系。人们在日常生活中提到的“时间”这一概念主要由以下两种因素组成:一是时间的间隔;二是“时刻”这一概念。其中, 时间间隔主要对过程的长短进行描述。物理学研究中所应用到的事件概念就是这种时间间隔的表现。时刻是对事件的发生位置进行确定的概念。在“时刻”的确定过程中, 相关研究人员在对坐标原点进行确定以后, 有关人员需要在按照时间单位秒长值进行不断积累的基础上, 对时间坐标的连续性进行保障。从我国的历史发展来看, 时间坐标原点的确定过程带有一定的政治色彩, 我国专制王朝的年号更迭就是时间坐标原点不断变化的反映。从时间单位与天体运动的稳定周期之间的联系来看, 天文观察和历书的编制工作就成为了事关国家经济社会发展的关键问题。从时间单位的研究现状来看, 原子跃迁定义在时间单位的确定过程中发挥着重要的作用。从上世纪70年代开始, 世界大多数和国家开始对统一化的原子时标进行了应用。

(四) 时间频率具有自然基准的共性

同实务标准相比, 自然基准并没有前者所具有的强制性。因而自然基准下所定义的量值只是一些脱离实际的标准化理论值。在将自然基准与实践基准进行比较分析以后, 我们可以发现, 时间频率基准与自然基准之间存在着一定的相似性。时间基准研制者对事件基准的研制过程存在着一定的主观成分, 它与人们对自然现象的认识程度之间也存在着一定的联系。

二、时间、频率量对时频系统的影响

(一) 时间、频率量与标准时间频率信号

从前文的论述来看, 时间频率测量的准确度和精确度是其他物理量所难以达到的。在借助一定的物理关系和物理常数将其他物理量转化为事件频率量以后, 事件频率的计量单位可以表现出一种统一化的特点。以物理学领域中的电磁测量为例, 电压、电阻和电流等单位可以在电磁测量过程中发挥一定的作用, 在借助量子效应将其转化为一定频率以后, 上述因素也可以在质量基准的制定过程中发挥一定的作用。如果这一机制在技术领域得到实现, 时间频率可以在所有物理量的研究过程中发挥作用。因而从事件、频率量与标准时间频率信号所带来的影响, 来看, 物理量的测量精确度可以在三者的共同作用下得到有效的提升, 这就可以为物理学技术的发展带来一些深远的影响。

(二) 时间、频率量对时间频率基准的影响

独立自主化的时间频率系统需要建立在符合本国国情的事件频率基准之上。在相关的实验装置中, 有关人员需要对时间秒长的定义值进行有效展示。时间秒长的复现过程是国家物理学基础研究水平和工艺技术的外在反映。秒长复现过程中所表现出来的一些不确定性因素要求相关人员对一些可能对时间基准量值带来不利影响的物理因素进行全面了解, 因而在时间基准装置的研发过程中, 相关人员需要对一些精湛工艺进行应用。从装置研发过程来看, 时间基准量值的影响因素的研究工作涉及到了一些前沿化的物理技术, 因而时间测量精度的提升, 也可以为物理学前沿技术的发展提供一定的帮助。时间频率标准设备和测试设备的研发工作, 也是我国目前所要面对的一大重要问题。

(三) 时间频率量对相关系统研发过程的影响

时间频率比标准所具有的准确度高和稳定度高的特性, 对相关系统的研制开发过程有着较为严格的要求[2]。在按照原型进行单纯复制的基础上, 相关人员并不能获取到与时间频率量的标准精度相吻合的设计进度。这样, 相关系统及产品的研发过程中, 有关人员也需要对时间系统的工作原理和工作机制进行清醒认识。因而时间基准装置的研发过程也是一个较为漫长的过程。从我国的时间频率系统的发展来看, 事件频率产业的发展, 可以为独立自主化的时间频率系统的构建提供一定的帮助。