一直以來國際導(dǎo)航衛(wèi)星學(xué)術(shù)界被一個奇怪的現(xiàn)象所迷惑：星載原子時鐘在軌運(yùn)行時周期性的出現(xiàn)時域頻率穩(wěn)定度的突變，形成一個星鐘頻譜在阿倫方差曲線上的“鼓包”現(xiàn)象。但若把星載原子時鐘放回到地面，這個鼓包又神秘的消失了。GPS衛(wèi)星有這個現(xiàn)象，Glonass、Galileo和北斗無一例外都有這種現(xiàn)象！科學(xué)家們企圖找到能解釋這個現(xiàn)象的正確答案，但一直未果。
  衛(wèi)星鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”，其頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度、漂移率等在軌性能指標(biāo)直接影響載波、偽碼等導(dǎo)航信號生成質(zhì)量和衛(wèi)星鐘差參數(shù)精度，進(jìn)而影響到導(dǎo)航接收機(jī)的定位精度。顯然，這個“鼓包”會對我們手中導(dǎo)航定位終端的使用效果造成不利的影響。
  北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心韓春好研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過四年的技術(shù)攻關(guān)，終于解開了星鐘頻譜的“鼓包”之謎。這一科研成果將人類對衛(wèi)星時頻信號的認(rèn)識水平提高了一大步，解決了衛(wèi)星鐘評估過程中出現(xiàn)的阿蘭方差異常難題。
韓春好研究員發(fā)現(xiàn)：衛(wèi)星鐘上天后，衛(wèi)星鐘的時鐘頻率受到了相對論效應(yīng)的影響，頻率穩(wěn)定度發(fā)生了周期性的變化，變化周期與衛(wèi)星軌道周期相當(dāng)，帶給衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度的變量約在1E-13量級（與具體的軌道設(shè)計(jì)有關(guān)），由此造成阿倫方差曲線“鼓包”現(xiàn)象。久困科學(xué)家頭腦的謎團(tuán)就這樣解開了：不是衛(wèi)星鐘本身的原因，而是衛(wèi)星在軌運(yùn)行所產(chǎn)生的相對論效應(yīng)，使得在地面上接收到的時鐘頻率出現(xiàn)了不穩(wěn)定性。
  相對論效應(yīng)是一種自然現(xiàn)象，它對空天環(huán)境中衛(wèi)星鐘信號相對于地球空間產(chǎn)生的頻譜不穩(wěn)定性是無法消除的。但是當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的存在后，就有可能找到抵消相對論效應(yīng)對星鐘頻譜所造成的影響。
韓春好團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)研究成果的基礎(chǔ)上，建立了相對論框架下的原子鐘評估模型，采用這個模型評估星鐘時頻穩(wěn)定性，可剔除“鼓包”假象，從而推導(dǎo)出星鐘真實(shí)的時頻特性。他們已經(jīng)運(yùn)用這個評估模型對北斗在軌衛(wèi)星的多個原子鐘進(jìn)行了頻率穩(wěn)定性評估，獲取到高精確度的數(shù)據(jù)。同時結(jié)合他們?nèi)〉玫牧硪豁?xiàng)科研成果—測量噪聲與鐘噪聲分離方法，成功的將構(gòu)成星地鐘差值的測量噪聲與原子鐘噪聲分離出來，在扣除相對論效應(yīng)的“鼓包”項(xiàng)和測量噪聲項(xiàng)后，提取出了高純度的原子鐘噪聲值。
  韓春好團(tuán)隊(duì)獲取的北斗星載原子鐘在軌頻率穩(wěn)定度評估結(jié)果，萬秒穩(wěn)在5.5~9.0×10^-14，天穩(wěn)在2.5~9.4×10^-14。這個結(jié)果與地面真空測試結(jié)果高度一致性。
  對比國外GNSS衛(wèi)星鐘評估技術(shù)和結(jié)果，該研究成果具有獨(dú)創(chuàng)性。所建立的星地上下行偽距獨(dú)立求解鐘差模式從技術(shù)體制角度看優(yōu)于GPS/GALILEO的聯(lián)合解算模式。實(shí)現(xiàn)的衛(wèi)星鐘評估能力水平與國外相當(dāng)，成功解決了相對論效應(yīng)周期項(xiàng)對頻率穩(wěn)定度影響的問題，較好地解決了衛(wèi)星鐘短期穩(wěn)定度的綜合評估問題，形成了完整的衛(wèi)星鐘性能評估體系。
  這項(xiàng)研究成果的實(shí)用意義在于：為北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的常態(tài)化監(jiān)測和控制提供支持；可應(yīng)用于試驗(yàn)星地面支持系統(tǒng)、北斗全球系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和技術(shù)研究；為北斗建設(shè)工程積累寶貴的數(shù)據(jù)資源和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)；為北斗衛(wèi)星鐘的研制和衛(wèi)星載荷設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。
  現(xiàn)在，這項(xiàng)研究成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化到系統(tǒng)工程應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了對北斗衛(wèi)星鐘工作狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著重要的作用。此外，課題的成果在衛(wèi)星鐘和衛(wèi)星載荷研制單位得到了良好的應(yīng)用，為衛(wèi)星鐘計(jì)量測試、衛(wèi)星鐘研制、衛(wèi)星載荷設(shè)計(jì)等提供了有效的成果依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。