CC BY
60ВКВО-2019 Радиофотоника
РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ СРАВНЕНИЯ И СИНХРОНИЗАЦИИ ШКАЛ ВРЕМЕНИ ПРОСТРАНСТВЕННО УДАЛЕННЫХ ЭТАЛОНОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
СВЯЗИ
*
Колмогоров О.В. , Прохоров Д.В., Донченко С.С.
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, г.п. Менделеево, Московская область, Солнечногорский район * E-mail: kolmogorov@vniiftri.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16038
Синхронизация шкал времени пространственно удаленных эталонов единиц частоты и времени необходима при решении задач по обеспечению потребностей государства в эталонных сигналах времени и частоты [1], в частности, для обеспечения функционирования глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС и достижения требований, заданных к её характеристикам, для обеспечения работы высокоскоростных цифровых систем связи и автоматизированных систем, применяемых на транспорте, а также при обеспечении единства измерений, при проведении научных исследований. Физической реализацией шкал времени эталонов являются импульсные сигналы меток времени с периодом 1 с. Синхронизация предполагает измерение расхождения между шкалами времени эталонов и приведение этих шкал к синхронному состоянию. Современные требования к точности синхронизации шкал времени пространственно удаленных эталонов (в частности, для эталонов наземных комплексов метрологического обеспечения ГНСС ГЛОНАСС [2]) предусматривают погрешность не более 100 - 200 пс, а для решения задач перспективных научных исследований требуется на порядок более высокая точность [3].
Для проведения измерений расхождения шкал времени удаленных эталонов необходимо организовать между эталонами канал передачи сигналов, несущих метки времени, и информационный канал для обмена данными о результатах измерений между пунктами размещения эталонов. При этом важным фактором, определяющим точность сравнений шкал времени, является погрешность, вносимая каналом передачи сигналов, несущих метки времени. При расстояниях между эталонами до сотен километров обеспечить требуемый уровень сравнений шкал времени можно только за счет использования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) для передачи сигналов с метками времени [4]. Преимуществами ВОЛС по сравнению с другими каналами связи, используемыми для сличений эталонов, являются низкое ослабление сигнала, значительно меньшее влияние температуры на задержки распространения сигнала, отсутствие влияния электромагнитных помех.
Для проведения сравнения и синхронизации шкал времени удаленных эталонов с использованием ВОЛС предложены схемы систем сравнений и синхронизации шкал времени для ВОЛС протяженностью до 30 км [5, 6] и для ВОЛС протяженностью до 100 км [7, 8]. Принцип действия систем основан на передаче по ВОЛС оптических импульсов между пунктами размещения эталонов, регистрации моментов времени их излучения и приема в шкалах времени, формируемых эталонами, обмене данными между двумя пунктами о моментах регистрации импульсов и последующем расчете расхождения шкал времени с использованием поправок для учета аппаратурных задержек сигналов и хроматической дисперсии оптического волокна. На основе полученных результатов измерений расхождения шкал времени аппаратурой системы при необходимости формируются команды на коррекцию шкалы времени одного из эталонов для обеспечения её синхронизации с шкалой времени другого эталона.
При проведении работ по созданию систем на основе схем систем одно- и двухсторонних сравнений шкал времени (СОДС ШВ) [5, 6] в ходе экспериментальных исследований установлено, что системы позволяют проводить измерения расхождений шкал времени с случайной погрешностью на уровне 50 - 70 пс при использовании в их составе одностоповых измерителей временных интервалов (ИВИ), а при использовании многостоповых ИВИ с пикосекундным разрешением случайную погрешность можно уменьшить до значений менее 15-20 пс. Для проведения высокоточных измерений расхождения шкал времени эталонов при расстояниях до 30 км разработана система одно-и двухсторонних сравнений шкал времени СОДС ШВ, построенная на основе многостоповых ИВИ. Результаты экспериментальных исследований системы СОДС ШВ показали, что её погрешность не превышает ± 100 пс.
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 83
ВКВО-2019- Радиофотоника
Для повышения максимального расстояния между синхронизируемыми эталонами проведены исследования по возможности реализации систем, построенных по схеме встречных сравнений шкал времени [7, 8]. В докладе представлены результаты экспериментальных исследований макета такой системы, подтверждающие возможность повышения дальности действия систем сравнений и синхронизации шкал времени, использующих ВОЛС, до 100 км без снижения уровня точности. Также в докладе представлены предполагаемые пути дальнейшего повышения дальности действия и точности систем сравнений и синхронизации шкал времени, использующих ВОЛС.
Литература
1. Положение о Государственной службе времени, частоты и определения параметров вращения Земли, утвержденное постановлением Правительства РФ от 23 марта 2001 г. № 225
2. Колмогоров О.В. и др., Измерительная техника 9, 29-32 (2017)
3. Фатеев В.Ф., Релятивистская метрология околоземного пространства-времени, ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017, 438 с.
4. Rost М, et al, Metrologie 49(6), 772-778(2012)
5. Колмогоров О.В, Прохоров Д.В., Способ сличения шкал времени и устройство для его осуществления, патент на изобретение № 2547662от 13.03.2015
6. Прохоров Д.В., Колмогоров О.В, Донченко С.С., Устройство для сравнения шкал времени, патент на изобретение № 2640455от 09.01.2018
7. Прохоров Д.В., Колмогоров О.В., Донченко С.С, Устройство для сравнения и синхронизации шкал времени, патент на изобретение № 2604852 от 22.11.2016
8. Прохоров Д.В., Колмогоров О.В, Донченко С.С., Буев С.Г., Устройство для сравнения шкал времени, патент на изобретение № 2662175 от 24.07.2018
84 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
