基于光纤干涉仪的世界时高精度测量技术

本书以世界时测量及航天器精密定轨的需求为应用背景，从髙精度光纤干涉仪技术研究和设计的角度，系统论述了高精度光纤干涉仪及其应用于世界时测量的有关理论和工程实践问题。全书共分9章，主要包括时间系统、地球的空间姿态与世界时参数的作用、典型的世界时高精度测量技术，同时重点阐述了世界时测量用高精度光纤干涉仪原理与技术方案、提髙世界时测量用高精度光纤干涉仪精度的关键技术、基于髙精度光纤干涉仪的世界时测量精密环境构建技术以及基于高精度光纤干涉仪的世界时测量与数据处理方法，另外还讨论了髙精度光纤干涉测量技术在其他领域的应用。

目录
前言
缩略语
第1章 绪论 1
1.1 时间概述 2
1.1.1 时间的基本概念 2
1.1.2 天球的相关概念 3
1.1.3 时钟的主要技术指标 5
1.2 世界时相关概念 7
1.2.1 世界时的背景及历史 7
1.2.2 主要的世界时测量方法 8
1.2.3 世界时在航天领域的应用 10
1.3 世界时测量技术发展概况 11
1.3.1 传统世界时测量的局限性 11
1.3.2 目前世界时测量的关键技术 12
1.3.3 国外世界时测量技术的发展现状 16
1.3.4 我国世界时测量技术的发展现状 16
第2章 时间系统 19
2.1 恒星时 20
2.2 太阳时和世界时 21
2.2.1 太阳时 21
2.2.2 世界时 22
2.3 历书时 23
2.4 原子时 24
2.4.1 原子时的定义 24
2.4.2 国际原子时 24
2.4.3 协调世界时 25
2.4.4 卫星导航系统时间 26
2.5 脉冲星时 27
2.6 相对论框架下的时间系统 28
2.6.1 相对论框架下几种时间系统的定义 28
2.6.2 不同时间系统间的转换关系 30
第3章 地球的空间姿态与世界时参数的作用 33
3.1 地球空间姿态 34
3.1.1 地球空间姿态概述 34
3.1.2 岁差 35
3.1.3 章 动 37
3.1.4 极移 43
3.1.5 世界时 48
3.2 地球测量参考系及坐标转换 50
3.2.1 天球坐标系 51
3.2.2 地球坐标系 53
3.2.3 国际地球参考系与地心天球参考系的坐标转换 55
3.3 地球的空间姿态参数及世界时对航天器定轨等的影响 57
3.3.1 地球的世界时参数对航天器定轨等的影响 57
3.3.2 不同轨道的航天器对世界时参数的测量精度需求 61
第4章 典型的世界时高精度测量技术 65
4.1 数字天顶望远镜技术 66
4.1.1 基本原理 66
4.1.2测量方法 67
4.1.3 技术应用 68
4.2 甚长基线干涉测量技术 70
4.2.1 基本原理 71
4.2.2 测量方法 72
4.2.3 关键技术 74
4.2.4 技术应用 78
4.3 激光测距技术 81
4.3.1 基本原理 81
4.3.2 测量方法 82
4.3.3 技术应用 85
4.4 全球导航卫星系统技术 87
4.4.1 基本原理 87
4.4.2 测量方法 88
4.4.3 技术应用 91
4.5 大型激光陀螺仪技术 92
4.5.1 基本原理 92
4.5.2 测量方法 93
4.5.3 关键技术 95
4.5.4 技术应用 98
4.6 大型光纤干涉仪技术 105
4.6.1 基本原理 105
4.6.2 测量方法 108
4.6.3 技术应用 108
4.6.4用于世界时测量的大型光纤干涉仪的潜在优势 110
第5章 世界时测量用高精度光纤干涉仪原理与技术方案 111
5.1 Sagnac光纤干涉仪检测原理与误差 112
5.1.1 Sagnac光纤干涉仪的检测原理 112
5.1.2 Sagnac光纤干涉仪的主要误差 114
5.2 典型Sagnac光纤干涉仪的技术方案 125
5.2.1 干涉仪光路技术方案 125
5.2.2 干涉仪电路技术方案 128
5.2.3 干涉仪机械结构技术方案 129
5.3 世界时测量用高精度光纤干涉仪的技术方案 129
5.3.1 光纤干涉仪总体设计方案 129
5.3.2 光纤干涉仪光路设计 132
5.3.3 光纤干涉仪电路设计 136
5.3.4 光纤干涉仪机械结构设计 141
第6章 提高世界时测量用高精度光纤干涉仪精度的关键技术 151
6.1 概述 152
6.2 世界时测量用高精度光纤干涉仪的精度提升技术 153
6.2.1 光纤干涉仪的精度极限 153
6.2.2 高精度光纤干涉仪的噪声抑制技术 158
6.2.3 大尺寸高对称性的光纤环制备方法 175
6.3 髙精度光纤干涉仪的环境误差抑制技术 183
6.3.1 光纤干涉仪温度环境误差抑制技术 183
6.3.2 光纤干涉仪磁场环境误差抑制技术 184
6.3.3 光纤干涉仪力学环境误差抑制技术 186
6.4 世界时测量用高精度光纤干涉仪的参数长期稳定性提升技术 187
6.4.1 高精度光纤干涉仪的关键参数长期稳定性提升技术 187
6.4.2 高精度光纤干涉仪的误差对消技术 195
第7章 基于高精度光纤干涉仪的世界时测量精密环境构建技术 199
7.1 概述 200
7.2 地基环境构建关键技术 201
7.2.1 振动环境分析 201
7.2.2 常见的地基环境选址分析 203
7.2.3 高稳定地基构建技术 205
7.2.4 高精度地基环境评价技术 208
7.3 温度环境构建关键技术 211
7.3.1 自然温度环境选择分析 211
7.3.2 高稳定温度环境构建技术 212
7.3.3 风媒控温环境构建技术 214
7.3.4 水媒控温环境构建技术 216
7.4 电磁干扰隔离关键技术 220
7.4.1 电磁干扰与隔离 220
7.4.2 电源与独立地线设计 221
第8章 基于高精度光纤干涉仪的世界时测量与数据处理方法 223
8.1 概述 224
8.2 原始测试数据处理与分析 225
8.2.1 测试数据预处理与检验 225
8.2.2 测试数据平滑与滤波 226
8.2.3 基于滤波技术的光纤干涉仪信号处理方法 227
8.2.4 基于Allan方差的测试数据分析方法 228
8.3 基于高精度光纤干涉仪的世界时输出模型与误差修正方法 233
8.3.1 基于光纤干涉仪的世界时输出模型 233
8.3.2 用于世界时测量的高精度光纤干涉仪的标定方法 237
8.3.3 基于高精度光纤干涉仪的世界时测量误差修正方法 238
8.4 基于高精度光纤干涉仪的世界时测量方法及具体实现案例 251
8.4.1 光纤干涉仪测量值与UT1的映射转换关系 251
8.4.2 基于高精度光纤干涉仪的地球自转钟 252
8.4.3 基于高精度光纤干涉仪的地球自转钟校准方法 253
8.4.4 基于高精度光纤干涉仪的世界时测量试验验证 255
8.4.5 基于高精度光纤干涉仪的地球自转钟授时方法 259
第9章 高精度光纤干涉测量技术在其他领域的应用 261
9.1 概述 262
9.2 高精度光纤干涉测量技术在地外星体自转参数测量方面的应用 263
9.2.1 星体自转参数测量的意义 263
9.2.2 基于高精度光纤干涉仪的星体自转参数测量关键技术 263
9.2.3 地外星体时测量技术展望 269
9.3 高精度光纤干涉测量技术在地球极移测量方面的应用 270
9.3.1 地球极移概述 270
9.3.2 地球极移测量的意义 274
9.3.3 基于高精度光纤干涉仪的极移测量方法 276
9.4 高精度光纤干涉测量技术在地震测量、土木工程等领域的应用 279
9.4.1 地震测量 279
9.4.2 土木工程结构振动监测 282
参考文献 284