GNSS作为以时间测量为基础的系统，精确位置的测量关键在于精确时间的测量。如果导航卫星系统缺少高精度的时频，其将不可能实现高精度的导航、定位和授时。所以，实现时间的高精度测量，获得精确的时频一直是人们所探索研究的重要领域。GNSS卫星钟既是系统测距的星上时间参考又是卫星上有效载荷的核心之一，其性能直接影响着时频传递、导航与定位的精度。本文主要对目前四大全球导航卫星系统的星载原子钟及其性能概况进行简单的介绍。

1 GPS系统

美国GPS系统在轨卫星的发展，经历了BLOCK I卫星、BLOCK II/IIA卫星、BLOCK IIR卫星、BLOCK IIR-M卫星、BLOCK IIF卫星和即将部署的BLOCK III卫星。其中，BLOCK I前期的每颗卫星都搭载了三台铷原子钟，后面的BLOCK I卫星在三台Rb钟的基础上又增加了一台铯原子钟，但是大多数星载原子钟的工作寿命都相对较短。BLOCK II/IIA卫星上都放置了四台原子钟，分别是两台铷钟和两台铯钟；每颗BLOCK IIR卫星上放置三台铷钟，BLOCK IIR-M卫星载有三台铷钟，而新型的BLOCK IIF卫星上则配置了一台铷钟和三台铯钟。此外，不同时期的GPS卫星所携带的星载原子钟性能也存在差异，整体而言，BLOCK I型铷和铯钟的稳定度优于1×10^-13/天，BLOCK IIA型铷钟和铯钟的稳定性分别为2~3×10^-14/天和8×10^-14/天左右，BLOCK IIR型铷钟和BLOCK IIR-M型铷钟的稳定性约为1~2×10^-14/天，BLOCK IIF型铷钟的设计稳定性预期能够达到10^-15/天的量级而BLOCK IIF型铯钟的稳定性则约为5×10^-14/天。

2 GLONASS系统

俄罗斯的高轨卫星导航系统GLONASS始于1982年10月“Kosmos-1413”卫星的发射。而宣布GLONASS系统正式运行是在1993年。到了1995年，系统达到了满星座运行状态（第一代系统的24颗GLONASS卫星）。其中，1985年到1995年之间发射的卫星都搭载着3台铯钟，卫星的设计寿命为3.5年，卫星钟的稳定性到达了5×10^-13/天。由于上世纪90年代俄罗斯对于空间领域财政投入的缩减，到了2002年的时候，GLONASS的星座仅剩下了7颗卫星；同样在这一年，俄罗斯政府采纳并实施了“2002-2011全球导航系统”的计划来改善GLONASS系统；2003年开始发射GLONASS-M系列卫星并且在2016年部署完成，该系列卫星的设计寿命为7年，每颗卫星配置有3台铯钟，卫星钟的频率稳定性达到了1×10^-13/天。在部署GLONASS-M系列卫星的同时，GLONASS-K系列卫星也于2011年开始发射，计划于2018年完成全部部署；该系列卫星均配置的是氢原子钟，卫星的设计寿命为10年，卫星钟的频率稳定性在1×10^-13/天左右。另外，俄罗斯计划将发射更高系列的GLONASS-K2系列卫星，其设计寿命为10年，卫星钟的稳定性将达到1×10^-14/天。

3 BDS系统

随着2012年10月25日最后1颗地球静止轨道卫星的发射升空，北斗区域卫星导航系统宣告建成。目前已经建成并提供区域服务的北斗二号系统，其卫星上搭载使用的是高精度的铷原子钟，卫星钟的时间同步通过一种双向时间传递来实现，卫星钟差的测量不确定度小于2纳秒。北斗导航卫星系统（BDS）星载原子钟的频率稳定性方面，1秒稳定度为7×10^-12~1×10^-11、千秒稳定度大约为1×10^-13，而万秒稳定度和天稳定度则都在10^-14量级，具体而言，万秒稳大约为5.95~9.17×10^-14、天稳大约为2.53~9.38×10^-14。此外，基于站星无线电双向时间传递（TWTT）技术对BDS卫星钟的评估结果表明，BDS卫星钟的性能稳定且状态良好。接下来将要完成的北斗全球卫星导航系统由35颗卫星组成，能够实现全球覆盖，并且全天候、全时段播发精密时间和轨道信息，同时卫星上也将搭载性能更好的铷钟和被动型氢原子钟。

4 Galileo系统

欧洲的全球导航卫星系统（Galileo系统）设计卫星总数为30颗，计划于2020年左右完全建成。Galileo系统的第一颗实验星GIOVE-A于2005年12月28日发射，其上搭载的是铷钟；第二颗实验卫星GIOVE-B于2008年4月26日发射，其上配置有两台铷钟和一台被动型氢钟。GIOVE-B型氢钟长期性能非常稳定，频率漂移率好于1×10^-15/天，GIOVE-A型铷钟呈现出-7×10^-12/月的线性频漂。同时，GIOVE-A型铷钟和GIOVE-B型氢钟的天稳分别约为5×10^-14和8×10^-15。组网之后提供服务的Galileo系统，其每颗卫星均携带四台原子钟，分别是两台被动型氢钟与两台铷钟。其中，铷钟的技术指标为：百秒稳定度小于5×10^-13，一天的稳定性优于10纳秒，一天的频漂小于10^-13；氢钟的技术指标为：一天的稳定性优于1纳秒，一天的频漂小于10^-14。此外，由于Galileo卫星上面搭载的被动型氢钟长期频漂相对较小，其卫星钟的长期频率稳定度能够维持在3×10^-12/年。

                                      ——摘自王宇谱博士学位论文《GNSS星载原子钟性能分析与卫星钟差建模预报研究》