時間科學基礎

前言

　　在中國科學院研究生院和高等教育出版社的共同努力下，凝聚著中國科學院新老科學家、研究生導師們多年心血和汗水的中國科學院研究生院教材面世了。這套教材的出版，將對豐富我院研究生教育資源、提高研究生教育質量、培養(yǎng)更多高素質的科技人才起到積極的推動作用?！　∽鳛榭萍紘谊?，中國科學院肩負著面向國家戰(zhàn)略需求，面向世界科學前沿，為國家作出基礎性、戰(zhàn)略性和前瞻性的重大科技創(chuàng)新貢獻和培養(yǎng)高級科技人才的使命。中國科學院研究生教育是我國高等教育的重要組成部分，在新的歷史時期，中國科學院研究生教育不僅要為我院知識創(chuàng)新工程提供人力資源保障，還擔負著落實科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，為創(chuàng)新型國家建設培養(yǎng)一大批高素質人才的重要使命?！　〖芍袊茖W院的教學資源、科技資源和智力資源，中國科學院研究生院堅持教育與科研緊密結合的“兩段式”培養(yǎng)模式，在突出科學教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時，重視全面素質教育，倡導文理交融、理工結合，培養(yǎng)的研究生具有寬厚扎實的基礎知識、敏銳的科學探索意識、活躍的思維和唯實、求真、協(xié)力、創(chuàng)新的良好素質。

內容概要

　　《時間科學基礎》系統(tǒng)地介紹了現代時間測量的基本理論和方法。內容包括：天文學時間標準的歷史沿革，原子時守時理論和尺度算法，高精度時間頻率的測量比對，現代授時技術和原子頻標等。全書著重闡述在相對論框架下時間測量的基本概念和計算方法?！稌r間科學基礎》可作為時頻測量、航天、通信、導航、測地和天文學等領域相關專業(yè)的研究生的教材，也可供這些領域的工作人員和大學生參考。

書籍目錄

前言全書主要符號表第1章 概論第2章 時間測量理論2.1 引言2.2 牛頓理論2.3 狹義相對論2.3 .1 同時性概念2.3 .2 時間膨脹2.3 .3 洛倫茲變換2.4 廣義相對論2.4 .1 時空度規(guī)2.4 .2 引力紅移2.4 .3 引力時延2.4 .4 后牛頓近似第3章 天文學時間3.1 日期、歷法和時間3.2 以地球自轉為基礎的時間測量3.2 .1 真太陽時3.2 .2 平太陽時3.2 .3 時差3.2 .4 恒星時3.2 .5 地方時與時區(qū)3.2 .6 世界時3.3 以地球公轉為基礎的時間測量3.3 .1 地球自轉的不均勻性3.3 .2 歷書時秒定義3.3 .3 歷書時和世界時的關系3.4 脈沖星時間3.4 .1 觀測事實3.4 .2 可能貢獻第4章 原子時4.1 歷史回顧4.2 原子鐘守時原理4.3 原子時秒定義4.4 原子時的起點4.5 原子時與世界時的協(xié)調第5章 時間尺度和算法5.1 引言5.2 廣義相對論中的時間尺度5.2 .1 國際原子時5.2 .2 協(xié)調世界時5.2 .3 IAU1991年決議A45.3 時間尺度的建立5.3 .1 預期質量5.3 .2 定時資料5.3 .3 時間尺度算法5.3 .4 時間尺度的準確度5.3 .5 某些獨立時間尺度的穩(wěn)定度5.4 各類時間尺度的相互關系5.4 .1 新尺度的引進5.4 .2 各類時間尺度之間的相互關系5.4 .3 關于歷元J20005.4 .4 為什么要有這么多時間尺度5.5 結論第6章 授時技術6.1 引言6.2 短波無線電授時6.3 長波無線電授時6.4 電視授時6.5 衛(wèi)星授時6.5 .1 GPS系統(tǒng)6.5 .2 GLONASS系統(tǒng)6.5 .3 北斗一號6.6 電話授時6.7 網絡授時6.8 各種授時技術的精度比較第7章 時間和頻率的測量比對7.1 引言7.2 時間和頻率的穩(wěn)定度7.2 .1 定義7.2 .2 符號7.2 .3 時域測量7.2 .4 頻域測量7.2 .5 時間和頻率波動模型7.2 .6 頻率穩(wěn)定度的特征7.2 .7 時間穩(wěn)定度的特征7.2 .8 穩(wěn)定度測量中的交合評價7.3 機械振蕩器7.4 石英晶體振蕩器7.5 準確度概念7.6 時間和頻率比對7.6 .1 概論7.6 .2 頻率與原時的關系7.6 .3 時間比對7.6 .4 頻率比對第8章 原子頻標8.1 原子頻標的波譜學基礎8.1 .1 原子特性的普遍性8.1 .2 堿性原子的頻譜特性8.1 .3 選擇標準8.1 .4 譜線寬度8.2 原子與電磁場的相互作用8.2 .1 弱場中的觀測8.2 .2 原子狀態(tài)的制備和檢測8.2 .3 多普勒效應8.2 .4 諧振腔8.2 .5 伺服電路8.3 靜態(tài)孤立原子的近似實現8.3 .1 外加磁場的影響8.3 .2 黑體輻射8.3 .3 速度效應8.3 .4 碰撞效應8.3 .5 調制增寬8.3 .6 邊帶效應8.4 銫束頻標8.4 .1 磁選態(tài)銫束頻標8.4 .2 光抽運銫束頻標8.4 .3 激光冷卻銫原子頻標8.5 氫脈澤8.5 .1 氫脈澤的結構8.5 .2 振蕩條件8.5 .3 主動型氫脈澤8.5 .4 被動型氫脈澤8.5 .5 氫脈澤的時頻測量特性8.5 .6 制冷型氫脈澤8.6 銣頻標8.6 .1 基本結構8.6 .2 工作原理8.6 .3 時頻特性8.6 .4 展望8.7 汞離子頻標8.7 .1 射頻陷阱囚禁原理8.7 .2 囚禁離子的特性8.7 .3 汞離子頻標描述8.7 .4 汞離子頻標時頻特性8.7 .5 展望8.7 .6 鐿離子頻標8.8 其他原子頻標8.9 總結第9章 時間和頻率的應用9.1 基礎研究9.1 .1 計量學9.1 .2 物理學常數的測定9.1 .3 在原子物理學中的應用9.1 .4 在時一空結構和引力場研究中的應用9.1 .5 在海洋環(huán)境研究中的應用9.2 導航定位9.2 .1 地面無線電導航定位系統(tǒng)9.2 .2 衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)9.3 在航天和兵器試驗中的應用9.4 在通信中的應用9.5 在電力系統(tǒng)中的應用附錄1 世界上主要時間實驗室附錄2 與時間有關的國際科學組織主要參考書目索引

章節(jié)摘錄

　　7.2 時間和頻率的穩(wěn)定度　　7.2.1 定義　　各種外界干擾，例如電子線路的熱噪聲、諧振器內的固有噪聲、器件的老化、環(huán)境條件的變化等，都會使振蕩器的輸出頻率相對于標稱值發(fā)生波動.這種波動代表了輸出頻率的不穩(wěn)定性，從而使以該振蕩器輸出頻率定義的時間尺度隨之產生不穩(wěn)定性.在時頻測量中，習慣上把這個不穩(wěn)定性稱為穩(wěn)定度?！　∪藗兂３０杨l率和時間的穩(wěn)定度的成因分為偶然因素和系統(tǒng)因素兩部分.前者歸因于隨機變化的影響，后者來源于外部參數（例如老化，溫度等）的作用.對于一個頻率標準來說，盡管一開始我們并不完全了解這些外部參數的作用形式，但經過一定時間運行測量，我們總可以作出適當的修正.因此在本教材中，將主要討論偶然因素對穩(wěn)定度的影響?！　》€(wěn)定度的這些特點，無論是在時域測量中，還是在頻域測量中都會顯示出來.在時域測量中，人們研究的是平均測量樣本，因而存在由測量條件所確定的最低取樣時間.在頻域測量中，人們利用的是反映頻率變化和時間偏離的傅里葉變換特性.同其他任何謹慎測量一樣，頻域測量中一般都存在微小的傅里葉頻率的模糊性。　　從1960年起，時頻測量學家對于頻率和時間的穩(wěn)定度進行了大量的理論和實驗研究，取得了卓有成效的成果.這些成果不僅為測量實踐所應用，而且也得到有關國際專業(yè)機構的認可。

編輯推薦

　　作為一門學科，時間科學涵蓋兩個范疇：科學時間和哲學時間。前者涉及作為基本物理量的時間的定義和測量，以及自然科學其他學科發(fā)展揭示的時間的特性；后者則屬于哲學和人文社會科學。《時間科學基礎》述及的只是前者的前一部分內容。《時間科學基礎》可作為時頻測量、航天、通信、導航、測地和天文學等領域相關專業(yè)的研究生的教材，也可供這些領域的工作人員和大學生參考。

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