基于量子科学实验卫星平台的时频传递研究

It is very important to achieve high precision time-frequency transfer between two and more remote parties, which has important applications in precision navigation, timing, etc.. In this project, we will make full use of the resources of the quantum satellite experiment platform, and carry out the neccesary upgrading to the ground stations, experimentally studies the laser pulse common-view time-frequency transfer, the asynchronous laser transponder and the roundtrip transmission of femtosecond laser pluses between earth and sattelite. We will explore the feasibility of highly integrated multiplexing of quantum communication system and time-frequency transfer system. The successful development of this project will provide experience for the integration of large-scale global high-precision time-frequency distribution networks in the future in quantum constellations and high-orbit quantum communication satellites.

在遥远两地之间实现高精度的时频传递有重要价值，在精密导航、定时等领域有着重要应用。传统基于卫星平台实现大尺寸远距离精密时频传递主要依赖GPS微波链路,然而受电离层影响，时间比对精度有限；利用脉冲激光取代微波信号进行时频传递可显著提高精度。全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射以来，已经提前完成预定全部科学目标。量子卫星平台具有丰富的星地双向脉冲激光链路资源，可实现星地的高精度时间同步，为量子科学实验提供了保障。本项目拟充分利用量子卫星实验平台已有资源，并对地面站做相应改造，拓展研究时频传递新方法、新技术，实现激光脉冲共视法时频传递、异步激光响应器以及飞秒激光星地往返传输等。探索量子通信系统和时频传递系统高度集成复用的可行性。本项目的顺利开展，将为未来的量子星座及高轨量子通信卫星中集成大尺度覆盖全球的高精度时频分发网络积累经验。

在遥远两地之间实现高精度的时频传递有重要价值，在精密导航定位授时、基础物理实验等领域有着重要应用。本项目基于墨子号量子科学实验卫星天地一体化的实验平台，开展了时频传递新方法新技术研究，构建了一条高稳定的星地时频传递链路，分别实现了星地异步双向时间比对和卫星共视时间比对。实现了阿里站和墨子卫星的星地双向异步激光时间传递实验，异步双向事例符合率达到8.3 kHz，多点平均后得到时间传递精度45 ps。激光共视实验包括零基线共视和千公里共视。零基线激光共视时间比对稳定度TDEV达到5 ps@12.6s。在德令哈和丽江地面站之间实现了千公里级卫星激光共视时间比对。本项目还探索出了星地量子通信和时频传递集成复用的可行性方案，即基于卫星的量子安全时间传递方案，并在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证，突破了星地单光子时间传递、高速率星地双向异步激光时间应答器等关键技术，实现了星地量子安全时间同步的技术验证，获得了30ps精度的星地时间传递，达到了星地激光时间传递的国际先进水平，为未来构建安全的卫星导航系统奠定了基础。