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小型铷原子频标是使用最广泛的原子频标,体积小、高性能、环境适应能力强和价格相对低廉是小型铷原子频标的主要特点。随着通信、导航定位、智能电网等技术的飞速发展,对高性能的时间同步和时间保持提出了更高的要求。小型铷原子频标和GNSS(全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System))接收机的结合,可以在大的空间尺度上提供优质低成本的高精度时间同步；在GNSS接收机不能正常工作时,仍能提供较好的时间保持能力。本论文的主要围绕提高小型铷原子频标的时间应用的性能展开研究。小型铷原子频标是二级频标,在高精度的时间应用中,它必须不断的校准时间和频率才能满足要求。本论文为提高铷原子频标的时间应用的性能主要从三方面着手研究。一、通过理论分析和实验验证,对铷频标的物理参数进行优化,提高小型铷原子频标的中长期稳定度,减小频率漂移。二、利用GNSS接收机输出的1PPS秒信号对小型铷原子频标进行频率和时间的驯服,将GNSS卫星钟的较好的频率准确度和时间准确度传递给铷原子频标。在小型铷原子频标内部,采用FPGA (Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)和TDC(Time Digital Converter,时间数字转换器)实现了高精度的数字移相和相位测量技术,并且实现了基于时间应用的GNSS驯服算法。铷原子频标被GNSS驯服后的时间同步精度小于20ns。三、将铷原子频标的较好的短期稳定度和准确度应用到GNSS接收机设备中,提高了GNSS接收机设备的性能,实现了GNSS接收设备与铷原子频标在性能上的优势互补。本论文还给出了小型铷原子频标在NTP(Network Time Protocol,网络时间协议)服务器中的应用实例。