Войти
| Атомные часы | |
|---|---|
 FOCS 1, непрерывный атомный фонтан холодного цезия часы в Швейцарии, начали работать в 2004 году с погрешностью в одну секунду за 30 миллионов лет. | |
| Классификация | Часы |
| Промышленность | Телекоммуникации, наука |
| Применение | TAI, спутниковая навигация |
| Источник топлива | Электричество |
| Питание | Да |
Главный блок атомных часов в США Военно-морская обсерватория в Вашингтоне, округ Колумбия, которая обеспечивает стандарт времени для Министерства обороны США. Установленные в стойке блоки на заднем плане - это цезиевые лучевые часы Microsemi (ранее HP) 5071A. Черные единицы на переднем плане - это стандарты водородных мазеров Microsemi (ранее Sigma-Tau) MHM-2010. атомные часы - это часы устройство (стандарт времени ), в котором используется сверхтонкий переход частота в микроволнах или частота электронного перехода в оптическом или ультрафиолетовая область электромагнитного выброса элементами в качестве эталона частоты для его элемента хронометража. Атомные часы наиболее точными стандартами времени и частоты из существующих используются в качестве основных стандартов для международных служб распределения времени для управления частотой волны телевизионных передач. и в глобальных навигационных спутниковых систем, таких как GPS.
Принцип работы атомных часов основан на атомной физике ; он измеряет электромагнитный сигнал, который электроны в атомах излучают, когда они изменяют уровни энергии. Ранние атомные часы были основаны на мазерах при комнатной температуре. С 2004 года более точные атомные часы сначала охлаждают атомы до температуры, близкой к ному нулю, замедляя их с помощью лазеров и исследуя их в атомных фонтанах в резонаторе, заполненном гумус. Примером этого являются атомные часы NIST-F1, один из национальных стандартов времени и частоты в США.
Точность атомных часов зависит от двух факторов: первая - температура атомов образца - более холодные атомы движутся намного медленнее, что позволяет увеличить время измерения, вторая - частота и собственная ширина линии электронного или сверхтонкого переход. Более высокие частоты и узкие линии увеличивают точность.
Национальные агентства по стандартизации во многих странах сети атомных часов, которые сравниваются и синхронизируются с точностью до 10 секунд в день (примерно 1 из 10). Эти часы в совокупности определяют непрерывную и стабильную шкалу времени, Международное атомное время (TAI). Для гражданского времени используется другая шкала времени, всемирное координированное время (UTC). UTC получено из TAI, но добавлено дополнительных секунд из UT1, чтобы учесть изменения в вращении Земли относительно солнечной время.
Луис Эссен (справа) и Джек Парри (слева), стоящие рядом с первыми в мире атомными часами с цезием-133 Идея использования атомных переходов Для измерения времени лорд Кельвин использовал в 1879 году. Магнитный резонанс, пример в 1930-х годах Исидором Раби, стал практическим методом для этого. В 1945 году Раби впервые публично предположил, что магнитный резонанс атомного пучка может быть использован в качестве основы для часов. Первыми атомными часами были устройства линии аммиака на 23870,1 МГц, построенные в 1949 г. в Национальном бюро стандартов США (NBS, теперь NIST ). Они были менее точными, чем приспособления кварцевые часы, но служили для демонстрации концепции. Первые точные атомные часы, эталон цезия, основанный на определенном переходе атома цезия-133, были построены Луисом Эссеном и Джеком Парри в 1955 г. Национальная физическая лаборатория в Великобритании. Калибровка стандартных атомных часов цезия проводилась с использованием шкалы астрономического времени эфемеридное время (ET). В 1967 году это побудило научное сообщество пересмотреть определение секунды с точки зрения конкретной атомной частоты. Равенство ET секунды и (атомных часов) SI секунды было проверено с точностью до 1 части 10. Таким образом, SI секунда наследует эффект решений первоначальных разработчиков эфемеридного времени шкала, определяющая длина секунды ET.
С начала разработки в 1950-х годах атомные часы были основаны на сверхтонких переходах в водород-1, цезий-133 и рубидий-87. Первыми коммерческими атомными часами были Атомихрон, произведенные Национальной компанией. В период с 1956 по 1960 год было продано более 50 штук. Этот громоздкий и дорогой прибор был заменен значительно меньшими размерами для монтажа в стойку, как цезиевый стандарт с частотой Hewlett-Packard модель 5060, выпущенная в 1964 году.
В конце 1990-х годов четыре фактора способствовали значительному развитию часов:
атомных часов с чип-масштабом, таких как эти, представленные в 2004 году, ожидается, что значительно улучшат GPS местоположение. В августе 2004 года ученые NIST продемонстрировали атомные часы в масштабе чипа. По словам исследователей, размер этих часов составлял одну сотую размера любых других. Для него требуется не более 125 мВт, что делает его пригодным для приложений с батарейным питанием. Эта технология стала коммерчески доступной в 2011 году. Экспериментальные оптические часы с ионной ловушкой более точны, чем текущий цезиевый стандарт.
В апреле 2015 года НАСА объявило, что развернуть Deep Space Atomic Clock (DSAC), миниатюрные сверхточные атомные часы с ионами ртути, в космическом пространстве. НАСАило, что DSAC будет намного более стабильным, чем другие навигационные часы.
С 1968 года Международная система единиц (SI) определяет секунду как продолжительность 9192631770 циклов излучения, соответствующих переходу между энергетическими уровнями основного состояния атома цезия-133. В 1997 г. Международный комитет мер и весов (CIPM) добавил, что предыдущее определение относится к атому цезия в состоянии покоя при температуре абсолютного нуля.
. Это определение делает цезиевый осциллятор основной эталон для измерения времени и частоты, называемый цезиевым эталоном. Определения других единиц товара, например, вольт и метр, основаны на определении секунды.
В этом конкретном проекте привязка времени Атомные часы состоят из электронного генератора, работающего на частотном интервале. Генератор устроен так, что его компоненты, определяющие частоту, включая элемент, которым можно управлять с помощью сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи поддерживает настройку генератора в резонанс с сверхтонкого перехода цезия или рубидия.
Ядром радиочастоты атомных часов является настраиваемый микроволновый резонатор, обеспечиваемый газом. В часах водородного мазера газ излучает микроволны (газ мази ) на сверхтонком переходе, поле в резонаторе колеблется, и резонатор настроен на максимальный амплитуда СВЧ. В качестве альтернативы, в цезиевых или рубидиевых часах лучи или поглощают микроволны, а полость содержит электронный усилитель, который заставляет его колебаться. Для обоих типов атомы в газе подготавливаются в одном сверхтонком состоянии перед заполнением ими полости. Для второго типа задается количество объектов, которые изменяют сверхтонкое состояние, и резонатор настраивается на максимум обнаруженных изменений состояния.
Большая часть сложности часов заключается в этом процессе настройки. Корректировка пытается исправить нежелательные побочные эффекты, такие как частоты от других электронных переходов, изменения температуры и разброс частот, вызванный. Один из способов сделать это - развернуть частоту микроволнового генератора в узком диапазоне для генерации модулированного сигнала на детекторе. Затем сигнал детектора может быть демодулирован для применения обратной связи для управления долгосрочным дрейфом радиочастоты. Таким образом, квантово-механические свойства частоты атомного перехода цезия могут быть использованы для настройки микроволнового генератора на ту же частоту, за небольшой экспериментальной ошибки. Когда часы включаются в первый раз, генератору требуется время для стабилизации. На практике механизм обратной связи и мониторинг намного сложнее.
Историческая точность атомных часов из NIST Ряд других схем атомных часов, используемых для других целей. Стандартные часы с рубидием ценятся за их невысокую стоимость, небольшой размер (коммерческие стандарты - всего 17 см) и кратковременную стабильность. Они используются во многих коммерческих, портативных и аэрокосмических приложениях. Водородные мазеры (производимые в России) имеют более длительную долгосрочную стабильность по сравнению с другими эталонами, но более низкую долговременную частоную точность.
Часто один стандарт используется для исправления другого. Например, в некоторых коммерческих приложениях используется стандартный рубидия, который периодически корректируется приемником глобального позиционирования (см. управляемый осциллятор GPS ). Таким образом достигается высокая краткосрочная точность с долгосрочной точностью, равной (и отслеживаемой) национальными стандартами времени США.
Срок службы стандарта - важный практический вопрос. Современные стандартные трубки с рубидием более десяти лет и стоить всего 50 долларов США. Цезиевые эталонные трубки, подходящие для национальных стандартов, настоящее время около семи лет и стоят около 35 000 долларов США. Долговременная стабильность водородных мазерных эталонов снижается из-за изменения свойств резонатора с течением времени.
В современных часах используются магнитооптические ловушки для охлаждения элементами с целью повышения точности.
Энергопотребление атомных часов зависит от их размера. Атомным часам в масштабе чипа одного требуется менее 30 менее милливатт ; Первичные эталоны частоты и времени, такие как атомные часы стандарта времени США, NIST-F1 и NIST-F2, используют более высокую мощность.
Оценочная точность u B отчетов о различных основных стандартах частоты и времени , опубликованных в Интернете Международным бюро мер и весов (BIPM). Несколько групп стандартов частоты и времени по состоянию на 2015 год сообщили о значениях u B в диапазоне от 2 × 10 до 3 × 10.
В 2011 году цезиевые фонтанные часы NPL-CsF2, работающие на Национальная физическая лаборатория (NPL), которая служит основным стандартом частоты и времени Соединенного Королевства, улучшена в отношении двух самых больших источников погрешностей измерения - фазы распределенного резонатора и сдвиговых частот микроволнового линзирования. В 2011 году это привело к уменьшению оцененной неопределенности частоты с u B = 4,1 × 10 до u B = 2,3 × 10; - самое низкое значение для любого первичного национального стандарта в то время. При такой частотной неопределенности ожидается, что NPL-CsF2 не выиграет и не потеряет секунду примерно за 138 миллионов (138 × 10) лет.
Физики NIST Стив Джеффертс (на переднем плане) и Том Хевнер с цезиевым фонтаном NIST-F2 на атомной основе. часы, гражданский стандарт времени в США. Цезиевые фонтанные часы NIST-F2, эксплуатируемые Национальные институты стандартов и технологий (NIST), были официально выпущены в Апрель 2014 года, чтобы служить новым гражданским стандартом частоты и времени США, наряду со стандартом NIST-F1. Планируемый уровень производительности u B NIST-F2 составляет 1 × 10. «На этом запланированном уровне производительности часы NIST-F2 не потеряли ни секунды по крайней мере через 300 миллионов лет». NIST-F2 был разработан с использованием уроков, извлеченных из NIST-F1. Ключевым преимуществом NIST-F2 по сравнению с NIST-F1 является то, что вертикальная пролетная труба теперь охлаждается внутри контейнера с жидким азотом при температуре –193 ° C (–315,4 ° F). Такое циклическое охлаждение снижает фоновое излучение и, таким образом, снижает некоторые из очень небольших ошибок измерения, которые необходимо исправить в NIST-F1.
Первая внутренняя проблема точности точности NIST-F2, представленная au B из 1,1 × 10. Однако опубликованная научная критика этой оценки NIST F-2 описывала в ее обработке распределенных фазовых сдвигов резонатора и сдвига частоты микроволнового линзирования, которые обрабатываются нормально, чем в большинстве точных фонтанных часов. В следующем представлении NIST-F2 в BIPM в марте 2015 г. снова сообщалось о u B 1,5 × 10, но не учитывалась постоянная критика. Ни отчетов для BIPM от NIST-F2, ни обновленной оценки точности не публиковалось.
По запросу итальянской организации по стандартизации NIST создал множество дублирующих компонентов для второй версии NIST-F2, известной как IT-CsF2, которая будет эксплуатироваться Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), аналог NIST в Турине, Италия. С февраля 2016 года цезиевые фонтанные часы IT-CsF2 начали сообщать au B 1,7 × 10 в отчетах BIPM об оценке первичных эталонов частоты.
Цезиевые атомные часы с 1975 года (верхний блок) и резервная батарея (нижний блок). 
Экспериментальные оптические часы на основе стронция. Большинство исследований энергоэффективно часто противоречивых целей: сделать часы меньше, дешевле, портативнее, эффективнее, более точный, более стабильный и надежный. Ансамбль атомных часов в рекламе Пример исследования часов.
Список частот, рекомендуемых для вторичных представлений секунды, поддерживается Международное бюро мер и весов (BIPM) с 2006 г. и доступно онлайн. Список значений содержит частоты и соответствующие погрешности для микроволнового перехода рубидия и для нескольких оптических переходов. Эти вторичные стандарты частоты точны на уровне частей в 10; однако неопределенности, представленные в списке, находятся в диапазоне от 10 до 10, поскольку они ограничены привязкой к первичному эталону цезия, который в настоящее время (2015 г.) определяет второй.
| Тип | рабочая частота. в Hz | относительном девиации Аллана. типичные часы | |
|---|---|---|---|
| Cs | 9 192 631 770 | по определению | 10 |
| Rb | 6 834 682 610 | .904 324 | 10 |
| H | 1 420 405 751 | .7667 | 10 |
| Оптические часы (Sr ) | 429 228 004 229 873 | .4 | 10 |
Для контекста a фемтосекунда (1 × 10 с) длительность секунды, как секунда примерно 31,71 миллиона (31,71 × 10) лет, а аттосекунда (1 × 10 с) предыдущая секунда, что секунда составляет примерно 31, 71 миллиарда (31,71 × 10) лет.
Экспериментальные атомные часы 21 века, которые обеспечивают вторичное представление секунды, не основанные на цезии, становятся точными, что их, вероятно, будут использовать в качестве сильных чувствительных Детекторов для других вещей, помимо измерения частоты и времени. Например, частота атомных часов, частота электрических напряжений, магнитных часов, электрических полей, силы, движения, температуры и других явлений., продолжают совершенствоваться и занимают лидирующие позиции в производительности, были переключены между различными типами экспериментальных часов.
В марте 2008 года физики из NIST описали квантовые логические часы, основанные на отдельных ионах из бериллий и алюминий. Эти часы сравнивали с ионными часами ртути NIST. Это были самые точные часы из всех, когда-либо были построены, без того, чтобы часы показывали не теряли время со скоростью, превышающую секунду за миллиард лет. В феврале 2010 года физики NIST описали вторую, улучшенную версию квантовых логических часов, основанную на отдельных ионах из магния и алюминия. В 2010 году они считались самыми точными часами в мире с погрешностью дробной частоты 8,6 × 10, что более чем в два раза больше точности оригинала. В июле 2019 года ученые NIST продемонстрировали такие часы Al + Quantum-Logic с общей неопределенностью 9,4 × 10, что является первой демонстрацией таких часов с неопределенностью ниже 10.
С тех пор точность экспериментальных квантовых часов повысилась. заменены экспериментальными часами на оптической решетке на основе стронция-87 и иттербия-171.
Май 2009 г. - JILA ' s Стронциевые оптические атомные часы основаны на нейтральных атомах. Посветив синим лазером ультрахолодные атомы стронция в оптической ловушке, можно проверить, насколько эффективно предыдущая вспышка света красного лазера перевела атомы в возбужденное состояние. Только те атомы, которые остаются в более низком энергетическом состоянии, реагируют на синий лазер, вызывая флуоресценцию, видимую здесь. Теоретический переход от микроволн как атомного «спускового механизма» для часов к свету в оптическом диапазоне (труднее измерить, но предлагает лучшая производительность) заработал Джон Л. Холл и Теодор В. Хэнш Нобелевскую премию по физике в 2005 году. Один из лауреатов Нобелевской премии по физике 2012 года, Дэвид Дж. Wineland является пионером в использовании свойств одиночного иона, удерживаемого в ловушке, для разработки часов с высочайшей стабильностью.
Новые технологии, такие как фемтосекундные частотные гребенки, оптические решетки и квантовая информация, позволили создать прототипы атомных часов следующего поколения. Эти часы основаны на оптических, а не на микроволновых переходах. Основным препятствием для разработки оптических часов является сложность прямого измерения оптических частот. Эта проблема была решена с развитием лазеров с саморегулированием и синхронизацией мод, обычно называемых фемтосекундными частотными гребенками. До демонстрации частотной гребенки в 2000 году требовались методы терагерц, чтобы преодолеть разрыв между радио- и оптическими частотами, а системы для этого были громоздкими и сложными. После усовершенствования частотной гребенки эти измерения стали намного более доступными, и в настоящее время по всему миру разрабатываются многочисленные системы оптических часов.
Как и в радиодиапазоне, абсорбционная спектроскопия используется для стабилизации генератора, в данном случае лазера. Когда оптическая частота делится на счетную радиочастоту с использованиемфемтосекундной гребенки, ширина полосы фазового шума также делится на этот коэффициент. Хотя ширина полосы фазового шума лазера обычно больше, чем у стабильных микроволновых источников, после разделения она меньше.
Основными системами, рассматриваемыми для использования в оптических стандартах частоты, являются:
Эти методы позволяют надежно изолировать атомы или ионы от возмущений, создавая таким образом стабильную опорную частоту.
Рассматриваемые атомные системы включают в себя Al, Hg,Hg, Sr, Sr, In, Mg, Ca, Ca, Yb, Yb и Th.
Одну из пары атомных часов с оптической решеткой на основе иттербия, выпущенной в 2013 г. NIST. Редкоземельный элемент иттербий (Yb) ценится не столько за его механические свойства, сколько за набор внутренних энергетических уровней. «Конкретный переход в атомах Yb на длине волны 578 нм в настоящее время является одним из самых точных в мире оптических атомной частоты», - сказала Марианна Сафронова. По оценкам ученых из Объединенного квантового института (JQI) и оценочная величина достигаемой погрешности составляет около одной секунды за время Вселенной, то есть 15 миллиардов лет.>в декабре 2012 года.
В 2013 году часы на оптической решетке (ОЖК) показали себя не хуже или лучше, чем часы с цезиевым фонтаном. Два часа на оптической решетке, составляет около 10 000 атомов стронция-87, которые могли синхронизироваться друг с другом с точностью не менее 1,5 × 10, что является точным, экспериментальным мог измерить. Было показано, что эти часы идут в ногу со всеми тремя часами с цезиевым фонтаном Парижской обсерватории. Есть две причины, по которым возможно лучшая точность. Во-первых, частота использования большого количества ошибок, используемых во втором режиме, используется как микроволны. Используя атомы иттербия-171, 22 августа 2013 года был опубликован новый рекорд стабильности с точностью 1,6 × 10 за 7-часовой период. При этой стабильности два оптических решетчатых часа работают независимо от каждого из них. другое значение, используемое исследовательской группой NIST, будет отличаться менее чем на секунду от возраста вселенной (13,8 × 10 лет); это было в 10 раз лучше, чем в предыдущих экспериментах. Часы основаны на 10 000 элементов иттербия, охлажденных до 10 микрокельвинов и заключенных в оптическую решетку. Лазер на 578 нм возбуждает атомы между их двумя энергетическими уровнями. Установив стабильность часов, исследователи изучают внешние воздействия и оценивают выполненные стандартные погрешности в надежде, что они могут повысить точность часов до уровня их стабильности. Усовершенствованные часы по оптической решетке были улучшены в статье Nature 2014 года. В 2015 году JILA оценил абсолютную погрешность частоты оптических решетчатых часов стронций-87 на уровне 2,1 × 10, что соответствует измеряемому гравитационному замедлению времени для возвышения. изменение на 2 см (0,79 дюйма) на планете Земля, которая, по мнению научного сотрудника JILA / NIST Джун Йе, действительно близко к тому, чтобы быть полезным для релятивистской геодезии ". При такой неопределенности частоты возникают, что эти оптические решетчатые часы JILA не увеличиваются и не потеряли ни секунды за более чем 15 миллиардов (15 × 10) лет.
Трехмерные (3-D) квантовые газовые атомные часы JILA 2017 года состоят из сетка света, образованная тремя парами лазерных лучей. Пакет из двух столов используется для настройки оптических компонентов вокруг вакуумной камеры. Здесь показаны верхний столик, на котором установлены линзы и другая оптика. Синий лазерный луч возбуждает атомы стронция в форме куба, расположенное за круглым окном в центре стола. Атомы стронция сильно флуоресцируют при возбуждении синим светом. В 2017 году JILA сообщила об экспериментальных трехмерных квантовых газовых часах на оптической решетке стронции, в которой атомы стронция-87 упакованы в крошечный трехмерный (3-D) куб в 1000 больше плотности предыдущих одномерных (1-D) часов, таких как часы JILA 2015 года. Синхронное сравнение часов между областями трехмерной решетки дало рекордный уровень синхронизации 5 × 10 за 1 час усреднения. Центральным элементом трехмерных квантовых газовых часов на оптической решетке является необычное состояние материи, называемое вырожденным ферми-газом (квантовый газ для ферми-частиц). Экспериментальные данные показывают, что трехмерные квантовые газовые часы достигли точности 3,5 × 10 примерно за два часа. По словам Джун Е, «это значительное улучшение по сравнению с любыми предыдущими демонстрациями». «Самый важный потенциал трехмерных квантовых газовых часов - это способность увеличивать количество элементов, что приводит к увеличению стабильности». и «Возможность увеличения как числа элементов, так и времени когерентности сделает эти часы нового поколения качественно отличными от предыдущего поколения». В 2018 году JILA сообщила, что трехмерные квантовые газовые часы достигли точности частоты 2,5 × 10 за 6 часов. При такой неопределенности частоты эти трехмерные квантовые часы будут терять или выигрывать примерно на 0,1 секунды с возрастом Вселенной.
Оптические часы в настоящее время (2019 г.) все еще являются в основном исследовательскими проектами, менее развитыми, чем стандарты микроволнового излучения с рубидием и цезием., которые регулярно доставляют время в Международное бюро мер и весов (BIPM) для защиты Международного атомного времени (TAI). Временные экспериментальные оптические часы выходят за рамки своих микроволновых аналогов с точки зрения точности и стабильности, они могут заменить текущий стандарт времени - цезиевые фонтанные часы. В будущем может быть использован новый метод передачи тактовых сигналов, который можно использовать как для более коротких, так и для более длинных (частотных) сравнений между
Теоретическая модель улучшения характеристик атомных часов с использованием перехода ядерной энергии (между различными ядерными изомерами ), а не атомными электронными переходами, которые измеряют современные атомные часы. Эккехард Пейк и Кристиан Тамм отметили, что низкая энергия возбуждения . Th. находится в пределах досягаемости современных методов измерения частоты, что делает возможными часы. В 2012 году было показано, что ядерные часы на основе одного иона. Th. могут обеспечивать общую погрешность дробной частоты 1,5 × 10, что лучше, чем существующая технология атомных часов 2019 года. Хотя это остается нереализованной теоретической информации, по состоянию на 2019 год был достигнут значительный прогресс в разработке экспериментальных ядерных часов.
Переход на ядерную энергию дает следующие потенциальные преимущества:
В июне 2015 г. Европейская национальная физическая лаборатория (NPL) в Теддингтоне, Великобритания ; французский отдел пространственно-временных систем отсчета Парижской обсерватории (LNE-SYRTE) ; Немецкий Немецкий национальный метрологический институт (PTB) в Брауншвейге ; и итальянские лаборатории Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) в Турине начали испытания для повышения точности текущих сравнений современных спутников в 10 раз, но они все равно будут ограничены одной частью в 1 × 10. Эти 4 европейских лаборатории разработаны и размещают множество экспериментальных оптических часов, которые используют различные элементы в различных экспериментальных установках, и хотят сравнить свои оптические часы с другом и проверить, согласны ли они они. На следующем этапе лаборатории направляются сигналы сравнения в видимом спектре через волоконно-оптические кабели. Это позволит сравнить их экспериментальные оптические с точностью, аналогичной ожидаемой точности оптических часов. Некоторые из этих лабораторий уже установили волоконно-оптические линии, и начались испытания на участках между Парижем и Теддингтоном, а также Парижем и Брауншвейгом. Волоконно-оптические линии связи экспериментальными оптическими часами также существуют между американской лабораторией NIST и ее партнерской лабораторией JILA, обе в Боулдере, Колорадо, но они охватывают гораздо более короткие расстояния. чем европейская сеть, и находятся между двумя лабораториями. По словам Фрица Риле, физика из PTB, «Европа находится в уникальном положении, так как в ней сосредоточены лучшие часы в мире». В августе 2016 года французский LNE-SYRTE в Париже и немецкий PTB в Брауншвейге сообщили о сравнении двух независимых экспериментальных оптических часов на стронциевой решетке в Париже и Брауншвейге с погрешностью 5 × 10 через недавно установленную фазово-когерентную частотную связь, соединяющую Париж и Брауншвейг, используя 1,415 км (879 миль ) телекоммуникационного оптоволоконного кабеля. Относительная неопределенность всего звена была оценена как 2,5 × 10, что сделало сравнение еще более точных часов.
Развитие атомных часов привело к многим научным и техническим достижениям, таким как система точных глобальных и региональных навигационных систем и приложения в Интернете, которые в степени зависят от стандартов частоты и времени. Атомные часы установлены на узлах радиопередатчиков сигнала времени . Они используются на некоторых радиовещательных станциях длинных и средних волн для передачи очень точной несущей частоты. Атомные радио используются во многих научных дисциплинах, например, для длительной базы интерферометрии в астрономии.
Глобальная система позиционирования (GPS), управляемый космическим командованием ВВС США, обеспечивает очень точные временные и частотные сигналы. Приемник GPS работает, измеряет относительную временную задержку сигналов от минимум четырех, но обычно больше, спутников GPS, каждый из которых имеет как минимум два встроенных цезиевых и до двух рубидиевых атомных часов. Относительное время математически преобразуется в три абсолютные пространственные координаты и одну абсолютную временную координату. Время GPS (GPST) - это непрерывная шкала времени с теоретической точностью около 14 нс. Однако большинство приемников теряют точность интерпретации сигналов и имеют точность только до 100 нс. GPST связан с TAI (Международное атомное время) и UTC (Всемирное координированное время), но отличается от них. GPST сохраняет постоянное смещение с TAI (TAI - GPST = 19 секунд) и, как и TAI, не использует дополнительные секунды. Периодические корректировки бортовых часов спутников выполняются для их синхронизации с наземными часами. Сообщение GPS-навигации включает разницу между GPST и UTC. По состоянию на июль 2015 года GPST опережает всемирное координированное время на 17 секунд из-за дополнительной секунды, добавленной к всемирному координированному времени 30 июня 2015 года. Приемники вычитают это смещение из времени GPS для расчета всемирного координированного времени и значений конкретных часовых поясов.
Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС), эксплуатируемая Российскими войсками воздушно-космической обороны, представляет собой альтернативу системе глобальной навигационной системы (GPS) и является второй навигационной системой. система в эксплуатации с глобальным охватом и сопоставимой точностью. Время ГЛОНАСС (ГЛОНАСС) генерируется центральным синхронизатором ГЛОНАСС и обычно лучше 1000 нс. В отличие от GPS, шкала времени ГЛОНАСС реализует дополнительные секунды, например UTC.
Космический пассивный водородный мазер, используемый на спутниках ESA Galileo в качестве основных часов для бортовой системы хронометража. The Galileo Global Навигационная спутниковая система эксплуатируется Европейским агентством GNSS и Европейским космическим агентством и близка к достижению полного рабочего глобального покрытия. Galileo начала предлагать глобальные оперативные возможности (EOC) 15 декабря 2016 года, предоставляя третью и первую невоенную глобальную навигационную спутниковую систему, и, как ожидается, достигнет полной эксплуатационной способности (FOC) в 2019 году. Для достижения цели Galileo по охвату группировки удобных флагов Необходимо добавить 6 запланированных дополнительных спутников. Системное время Галилео (GST) - это непрерывная шкала времени, которая генерируется на земле в Центре управления Галилео в Фучино, Италия, с помощью механизма точного времени, на основе средних значений различных атомных часов и поддерживается Центральным сегментом Галилео и синхронизируется с TAI с номинальным смещением менее 50 нс. По данным Европейского агентства GNSS, Galileo предлагает точность синхронизации 30 нс. В ежеквартальном отчете Европейского центра обслуживания GNSS за март 2018 г. сообщается, что точность службы распространения времени по всемирному координированному времени составила ≤ 7,6 нс, рассчитанная путем накопления выборок за предыдущие 12 месяцев и превышающая целевой показатель ≤ 30 нс. Каждый спутник Galileo оснащен двумя пассивными водородными мазерами и двумя атомными часами рубидием для синхронизации на борту. Навигационное сообщение Galileo включает различия между GST, UTC и GPST (для обеспечения взаимодействия).
Спутниковая навигационная система BeiDou-2 / BeiDou-3 эксплуатируется Китайским национальным космическим управлением. Время BeiDou (BDT) - это непрерывная шкала времени, которая начинается 1 января 2006 г. в 0:00:00 UTC и синхронизируется с UTC в пределах 100 нс. BeiDou начала работать в Китае в декабре 2011 года, используя 10, и начала предлагать услуги клиентов в Азиатско-Тихоокеанском регионе в декабре 2012 года. 27 декабря 2018 года навигационная спутниковая система BeiDou начала глобальные услуги по всему миру. сервисы с заявленной точностью функции 20 нс. 35-й и последний спутник BeiDou-3 для глобального покрытия запущен на орбиту 23 июня 2020 года.
A радиочасы - это часы, которые автоматически синхронизируются с помощью правительства радио сигналы времени, принимаемые радиоприемником . Многие розничные торговцы продают радиочасы неточно как атомные; хотя радиосигналы, которые они принимают, исходят от атомных часов, сами они не являются атомными часами. Обычные недорогие приемники потребительского уровня полагаются исключительно на амплитудно-модулированные временные сигналы и используют узкополосные приемники (с полосой пропускания 10 Гц) с небольшими ферритовыми рамочными антеннами. он будет определять только начало секунды с пракрешностью ± 0,1 секунды. Этого достаточно для радиоуправляемых недорогих часов потребительского уровня и часов, использующих кварцевые часы стандартного качества для измерения времени ежедневными попытками синхронизации, поскольку они наиболее точными сразу после успешной синхронизации и менее точными из-за этого. укажите вперед до согласования. Приемники времени инструментального обеспечения более высокой точности. Такие устройства не задержку передачи приблизительно 1 мс на каждые 300 километров (186 миль) расстояния от радиопередатчика. Многие используют передатчики для хронометража.
Типичные приемники потребительского уровня используют ферритовый стержень и температурную компенсацию для обеспечения стабильности во времени, обычно выбирается конденсатор с равным и противоположным (т.е. NTC) диэлектриком и термически соединенным с ферритовым стержнем, поэтому изменение температуры не проходит. на резонансную частоту. Внешний интерфейс обычно представляет собой вариант MK484 или IC7642 с цифровой схемой, который периодически включает его для захвата сигнала времени, чтобы обеспечить длительный срок службы батареи. В некоторых случаях, когда присутствуют сильные помехи, наведение катушки на пеленгаса для Anthorn или MSF даст лучшие результаты, равно как и предоставление часов интеллектуальных счетчиков и металлических предметов.
Портал электроники 