原子鐘是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)空基準(zhǔn)的關(guān)鍵核心部件。當(dāng)前時(shí)空基準(zhǔn)均建立在地面，各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)依靠地面全球或區(qū)域監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)精確測(cè)定導(dǎo)航星座衛(wèi)星的軌道和鐘差，并通過(guò)空間段衛(wèi)星播發(fā)廣播星歷和鐘差(包含在導(dǎo)航電文中)實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)空基準(zhǔn)向用戶的傳遞。為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星時(shí)間對(duì)系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)間的精確預(yù)報(bào)，導(dǎo)航衛(wèi)星均配置了星載原子鐘，主要包括銣原子鐘、銫原子鐘和被動(dòng)型氫鐘。
星載原子鐘研制使用至今已有近50年的歷史，且隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展和衛(wèi)星升級(jí)性能逐步提升。
星載銣鐘以銣原子基態(tài)超精細(xì)能級(jí)躍遷譜線作為鑒頻標(biāo)準(zhǔn)鎖定晶振的輸出頻率，具有技術(shù)成熟、產(chǎn)品體積小等優(yōu)勢(shì)，得到廣泛應(yīng)用。北斗、Galileo衛(wèi)星配置的星載銣鐘，其穩(wěn)定度達(dá)到10^-14/d量級(jí)，GPSBlockIII衛(wèi)星上的銣鐘天穩(wěn)已經(jīng)達(dá)到10^-15量級(jí)，性能水平不斷提高。
氫鐘采用氫原子基態(tài)作為鐘躍遷，可獲得極高的頻率穩(wěn)定度和極低的漂移率。根據(jù)不同的技術(shù)方案，氫鐘分為主動(dòng)型氫鐘和被動(dòng)型氫鐘。Galileo衛(wèi)星和北斗導(dǎo)航衛(wèi)星上均配置了被動(dòng)型星載氫鐘，其典型頻率穩(wěn)定度和漂移率分別達(dá)到5×10^-15/d和1×10^-15/d，從而使導(dǎo)航衛(wèi)星具備極好的天尺度守時(shí)能力。
銫鐘具有漂移率小的優(yōu)勢(shì)，可作為天基守時(shí)設(shè)備。
原子鐘為導(dǎo)航系統(tǒng)提供了高精度的時(shí)間頻率基準(zhǔn)，向著精度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的方向不斷發(fā)展演變。同時(shí)衛(wèi)星載荷要求星載原子鐘的重量更輕、體積更小、可靠性更高。未來(lái)，隨著低軌星座衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，星載銣鐘、銫鐘和氫鐘的性能指標(biāo)將進(jìn)一步提升。汞離子鐘、冷/熱原子微波鐘和光鐘等精度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)、體積小、重量輕的新型原子鐘也有望隨著技術(shù)進(jìn)步迎來(lái)快速發(fā)展和應(yīng)用。
