综述：基于时频信号的大地水准面测定进展

这篇综述系统阐述了利用光学原子钟（OAC）和时频信号传输技术（TFGM）测定重力位（geopotential）的新方法，涵盖光纤频率传输（OFGM）、卫星双向（TWGM）、载波相位（CPGM）等技术原理，突破传统水准测量误差累积的局限，精度可达10?19 量级，为统一全球高程系统（WHS）和重力场反演提供创新解决方案。

　　

时频信号技术革新大地测量学

引言

传统重力位测定依赖水准测量和重力仪，存在误差累积和地形限制。而基于广义相对论（GR）的时钟频移效应，光学原子钟（OAC）的10^?19
量级稳定性为重力位差测量带来毫米级精度可能。

时频重力位测定原理

根据重力频移方程（GFSE），两地时钟频率差Δf_AB
/f₀
=(W_B
?W_A
)/c²
，其中c为光速。例如，33cm高度差实验测得37cm结果，验证了方法的可行性。

光纤传输技术（OFGM）

通过光纤直接对比两地OAC信号，日本东京晴空塔450m实验验证频移精度达9×10^?5
。欧洲1415km长距离传输实现50cm精度，但成本较高。

星载时频信号技术

1. 卫星共视法（CVGM）：利用GNSS同步比对，氢钟实验在1000km距离实现39±46m精度。
2. 双向时间传递（TWGM）：北京22.2m建筑实验通过奇异谱分析（SSA）将误差降至5.2±5.4m。
3. 载波相位法（CPGM）：结合GNSS载波相位观测，仿真显示稳定性达2×10^?17
   /1.2×10⁶
   s。

三频组合技术

国际空间站（ISS）ACES计划通过13.475GHz上行与14.703/2.248GHz下行信号组合，仿真预测可验证10^?6
量级相对论频移，优于GP-A实验的7×10^?5
。

应用前景

1. 全球高程统一：仿真显示中美两地厘米级高程连接需OAC稳定性达4.8×10^?17
   /√τ。
2. 重力场反演：利用地球同步卫星（GEO）与低轨卫星（LEO）链路，10^?17
   稳定性时钟可实现0.14m²
   /s²
   重力场精度。

结论

时频技术将大地测量学带入量子精密时代，突破传统方法的空间限制，在跨洋高程传递和全球重力场建模中展现变革潜力。