一种光速各向异性测量方法技术

本发明专利技术涉及空间物理学领域，尤其涉及与狭义相对论有关的一种光速各向异性测量方法。它涉及空间冷原子钟系统和第一、第二微波时频传输系统，所述空间冷原子钟系统位于地球外空间的可移动装置上，所述第一、第二微波时频传输系统分别位于不同地理位置的地球表面。本发明专利技术通过空间冷原子钟系统分别在地球外空间0点、0’点处与第一、第二微波时频传输系统进行时间信号传递测量，并根据|Tc-Ta|＝|Δs1+Δm1+M1cosθ1|、|Td-Tb|=|Δs2+Δm2+M2cosθ2|进行验证。本发明专利技术能在更高的精度上验证光在不同转播方向速度是否一样。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间物理学领域，尤其涉及与狭义相对论有关的一种光速各向异性测量装置。
技术介绍
狭义相对论的一个基本原理就是光速不变原理，但是有一些相对性的理论认为在某些特定坐标系来看，光速不一定是不变的。从最早的迈克尔逊一莫雷实验到目前深空探测原子钟比对和观测双光子吸收一阶多普勒效应试验，都在试图寻找光速的空间各向异性，这些实验都在不同精度上 证明了光速不变性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，在更高的精度上测量光在不同转播方向速度是否一样。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种光速各向异性的测量方法，涉及空间冷原子钟系统和第一、第二微波时频传输系统，所述空间冷原子钟系统位于地球外空间的可移动装置上，所述第一、二微波时频传输系统分别位于地球表面不同地理位置；所述空间冷原子钟系统与所述第一、第二微波时频传输系统之间通过电磁波传递时间信号；所述光速各向异性的测量方法，包括以下步骤:步骤一、所述空间冷原子钟系统在外空间的O处，将自身时间频率向第一、第二微波时频传输系统以电磁波方式发出，从所述第一、第二微波时频传输系统分别获得光速下传时间量Ta、Tb ；步骤二、所述空间冷原子钟系统经过时间Λ T移动到O’处,然后所述空间冷原子钟系统同时接收从所述第一、第二微波时频传输系统发出的时间信号，并分别获得所述第一、第二微波时频传输系统的光速上传时间量Tc、Td ；步骤三、根据下列公式:I Tc-Ta I = I Δ si+Δml+Mlcos Θ 11(7)Td-Tb I = I Δ s2+ Δm2+M2cos θ 2(8)式中:Δ si代表所述空间冷原子钟系统在O处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，Δ s2代表所述空间冷原子钟系统在O’处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，Aml代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差，Am2代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差，θ I代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角，Θ 2代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角，Ml为气敏系数常数，其大小与所述空间冷原子钟系统从O点、O’点处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传的光程所经过的空间气体密度、温度、湿度和气体种类有关，M2为气敏系数常数，其大小与所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传的光程所经过的空间气体密度、温度、湿度和气体种类有关；上述Λ sl、A s2, θ 1、θ 2, Λ ml、A m2分别能通过卫星定位授时技术、空间时钟传输技术获得；M1、M2分别能通过大气物理学和空间物理现有技术获得。而Ta、Tb，Tc、Td也能通过卫星定位授时技术获得。判断:当式(7)、(8)中各自的等式左边与右边之间的误差范围均小于设定的理论误差阈值时，则证明光速的空间各向同性，否则认为光速的空间各向异向。进一步的，寻找一个合适的空间点作为O’点，使得Tc=Td,这样，联立式(7)、(8)，让式(7)、(8)各自等号的两边各自分别相减，如果两边所得到的差值之间的误差范围均小于设定的理论误差阈值时，则证明光速的空间各向同性，否则认为光速的空间各向异向。更加优选的，使所述空间冷原子钟系统移动到第三点O点，同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递，得到与公式(7)、公式(8)同类的公式，对公式(7)、公式(8)进一步验证。根据上述，本专利技术能在更高的精度上验证光在不同转播方向速度是否一样。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。图1为空间冷原子钟系统与第一、第二微波时频传输系统的位置关系及时间信号传递示意图。图2为在卫星轨道移动的空间冷原子钟系统与位于地表的第一、第二微波时频传输系统的位置关系及时间频率数据的传输示意图。具体实施例方式如图1所示，空间冷原子钟系统位于地球外空间，第一、第二微波时频传输系统分别位于不同地理位置的地球表面。第一微波时频传输系统包括第一接收机和第一外部参考源，第一接收机与第一外部参考源位于同一地理位置；第一接收机用于接收空间冷原子钟系统参考时间，以及时间频率比对数据的上传；第一外部参考源用于为第一接收机提供精确的同步时间信号。在具体实施中，第一微波时频传输系统为某一卫星定位系统地面接收站。第二微波时频传输系统包括第二接收机和第二外部参考源，第二接收机及第二外部参考源位于同一地理位置；第二接收机用于接收空间冷原子钟系统参考时间，以及时间频率比对数据的上传；第二外部参考源:为第二接收机提供精确的同步时间信号。在具体实施中，第二微波时频传输系统为另一卫星定位系统地面接收站。根据图1所示的时间信号传递原理，第一、第二微波时频传输系统分别将其第一、第二接收机同步到其本地的第一、第二外部参考源上。然后，空间原子钟系统将自身时间频率同时向第一、第二接收机以电磁波方式发出。设时间频率传递双方接收机在其各自外部参考源的同步下，获得的本地参考时间标准分别为T1、T2，残差分别为L1、L2，本地外部参考源时间频率标准为F1、F2，此时若接收机完全同步到外部参考源，则有L1=L2=0。有关系式:Δ Tl=Tl-TO (I)Δ T2=T2-T0 (2)换用外部参考源后:Δ Tl= (Fl-Ll)-TO (3)Δ Τ2= (F2-L2) -TO (4)进一步推算有:F1-F2= (Δ Tl- Δ Τ2) + (L1-L2) (5)若接收机完全同步到外部参考源，即L1=L2=0，则有F1-F2= Δ Tl- Δ T2 (6)式(5)、(6)即为第一、第二微波时频传输系统所在两地之间的时间频率传递偏差值。结合图2所示，空间冷原子钟系统安装在地球同步轨道卫星上，第一、第二微波时频传输系统分别位于地表不同位置1、2。本专利技术的测量方法包括以下步骤:步骤一、当卫星在外空间的O点时，空间冷原子钟系统将自身时间频率向第一、第二微波时频传输系统以电磁波方式(即光速)发出，从所述第一、第二微波时频传输系统分别获得光速下传时间量Ta、Tb ;步骤二、卫星经过时间Λ T从O点移动到O’点处，空间冷原子钟系统同时接收从第一、第二微波时频传输系统发出的时间信号，并分别获得第一、第二微波时频传输系统的光速上传时间量Tc、Td ；步骤三、根据下列公式:I Tc-Ta I = I Δ si+Δml+Mlcos Θ 11(7)Td-Tb I = I Δ s2+ Δm2+M2cos θ 2(8)式中:Δ si代表所述空间冷原子钟系统在O处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，Δ s2代表所述空间冷原子钟系统在O’处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光速各向异性的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、所述空间冷原子钟系统在外空间的0处，将自身时间频率向第一、第二微波时频传输系统以电磁波方式发出，从所述第一、第二微波时频传输系统分别获得光速下传时间量Ta、Tb；步骤二、所述空间冷原子钟系统经过时间△T移动到0’处，然后所述空间冷原子钟系统同时接收从所述第一、第二微波时频传输系统发出的时间信号，并分别获得所述第一、第二微波时频传输系统的光速上传时间量Tc、Td；步骤三、根据下列公式：|Tc?Ta|=|Δs1+Δm1+M1cosθ1|??????（7）|Td?Tb|=|Δs2+Δm2+M2cosθ2|??????（8）式中：△s1代表所述空间冷原子钟系统在0处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，△s2代表所述空间冷原子钟系统在0’处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，△m1代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差，△m2代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差，θ1代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角，θ2代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第二微波时频传 输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角，M1为气敏系数常数，其大小与所述空间冷原子钟系统从0点、0’点处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传的光程所经过的空间气体密度、温度、湿度和气体种类有关，M2为气敏系数常数，其大小与所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传的光程所经过的空间气体密度、温度、湿度和气体种类有关；上述△s1、△s2，θ1、θ2，△m1、△m2分别能通过卫星定位授时技术、空间时钟传输技术获得；M1、M2分别能通过大气物理学和空间物理现有技术获得。而Ta、Tb，Tc、Td也能通过卫星定位授时技术获得；判断：当式（7）、（8）中各自的等式左边与右边之间的误差范围均小于设定的理论误差阈值时，则证明光速的空间各向同性，否则认为光速的空间各向异向。...

【技术特征摘要】
1.一种光速各向异性的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、所述空间冷原子钟系统在外空间的O处，将自身时间频率向第一、第二微波时频传输系统以电磁波方式发出，从所述第一、第二微波时频传输系统分别获得光速下传时间量Ta、Tb ； 步骤二、所述空间冷原子钟系统经过时间Λ T移动到O’处，然后所述空间冷原子钟系统同时接收从所述第一、第二微波时频传输系统发出的时间信号，并分别获得所述第一、第二微波时频传输系统的光速上传时间量Tc、Td ； 步骤三、根据下列公式:I Tc-Ta I = I Δsi+Δml+MlcosΘ 11(7)Td-Tb I = I Δ s2+ Δm2+M2cos θ 2(8) 式中: Δ si代表所述空间 冷原子钟系统在O处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差， Δ s2代表所述空间冷原子钟系统在O’处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差， Aml代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差， Λ m2代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差， Θ I代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角， Θ 2代表所述空间冷原子钟系统从O点、O’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷海东，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：