520.378
Современное состояние и перспективы развития эталонной базы Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения 3 емли
С. И. ДОНЧЕНКО, И. Ю. БЛИНОВ, А. С. ГОНЧАРОВ, И. Б. НОРЕЦ
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево, Россия, e-mail: noretsJgor@vniiftri.ru
Показано современное состояние и перспективы развития эталонной базы Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ). Представлены основные метрологические характеристики Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени (ГЭТ 1—2012) и вторичных эталонов ГСВЧ. Приведены направления дальнейшего развития и совершенствования эталонов.
Кпючевые слова: эталонная база, Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения Земли, первичный и вторичные эталоны.
The article describes the modern status and prospects of development of the standard base of the State service for time, frequency and determination of the Earth rotation parameters (SSTE). The basic metrological characteristics of the State primary standard of time, frequency and national time scale units (GET 1—2012) and of SSTE secondary standards are presented. The further development and improvement of standards, directions have been considered.
Key words: standard base, State service for time, frequency and determination of Earth rotation parameters, primary and secondary standards.
Информация о национальной шкале времени Российской Федерации иТС^и) широко используется во всех сферах жизнедеятельности государства и обеспечивает высокоточную синхронизацию множества технических систем, применяющихся в космонавтике, навигации, связи, транспорте, а также при проведении банковских, таможенных, логистических операций и в сфере обороны и безопасности страны. Информация о точном времени, календарной дате и параметрах вращения Земли, распространяемая Государственной службой времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), является обязательной для использования в Российской Федерации.
Руководство ГСВЧ осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), деятельность службы регламентируется «Положением о Государственной службе времени, частоты и определения параметров вращения Земли», утвержденным документом [1]. ГСВЧ осуществляет научно-техническую и метрологическую деятельность с применением различных технических средств и систем. Одной из основных технических систем ГСВЧ является ее эталонная база. Эталонами единиц времени и частоты оснащены главный метрологический центр (ГМЦ), пункты метрологического контроля (ПМК), средства передачи эталонных сигналов частоты и времени (ЭСЧВ).
Эталонная база ГСВЧ предназначена для обеспечения единства измерений времени и частоты в стране и потребностей страны в информации о точном времени, эталонных частотах и шкале иТС^и). Основу эталонной базы ГСВЧ составляют Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1—2012 и вторичные эталоны единиц времени и частоты Росстан-дарта. Кроме этого в ее состав входят эталоны единиц вре-
мени и частоты Министерства обороны Российской Федерации и других федеральных органов исполнительной власти. Научную, методическую и оперативную работу по обеспечению непрерывного функционирования и развития средств эталонной базы осуществляет ГМЦ ГСВЧ, в котором на основе ГЭТ 1—2012 рассчитывается иТС^и). Публикуемая ГМЦ информация является официальной и общедоступной для всех потребителей.
Эталонная база служит для решения основных задач ГСВЧ: независимого воспроизведения единиц времени и частоты в соответствии с определением секунды в Международной системе единиц СИ; хранения единиц времени, частоты и шкалы иТС^и); передачи единиц времени, частоты и шкалы иТС^и) в соответствии с требованиями государственной поверочной схемы для средств измерений времени и частоты [2].
В состав эталонной базы ГСВЧ входят следующие эталоны Росстандарта: Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1—2012 (ГМЦ ГСВЧ, ВНИИФТРИ); государственные вторичные эталоны единиц времени и частоты ВЭТ 1—5, ВЭТ 1—7 и ВЭТ 1—19 (соответственно ПМК ГСВЧ ВосточноСибирского и Дальневосточного филиалов ВНИИФТРИ, СНИИМ); Государственный рабочий эталон единиц времени и частоты РЭТ 1—1 (ПМК ГСВЧ Камчатского филиала ВНИИФТРИ).
Постоянно растущий спрос потребителей на оперативную и точную частотно-временную информацию требует проведения непрерывных работ по совершенствованию и развитию эталонной базы ГСВЧ. В основе этих работ лежат передовые технологии и последние достижения науки и техники в областях разработки прецизионных кварцевых генераторов, водородных стандартов частоты и времени, цезиевых
реперов частоты, оптических стандартов частоты, аппаратуры внутренних сличений, средств сравнения шкал времени территориально удаленных эталонов.
В последние годы серьезное влияние на развитие эталонной базы ГСВЧ оказала Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» (ФЦП «ГЛОНАСС») [3, 4]. ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени потребителей [5]. ГЛОНАСС — система двойного назначения, центральное звено координатно-временного и навигационного обеспечения Российской Федерации, составная часть стратегической государственной инфраструктуры, обеспечивающей национальную безопасность. Система функционирует в собственном времени, а опорной для нее является шкала иТС^и). Космические аппараты ГЛОНАСС функционально входят в подсистему средств передачи ЭСЧВ ГСВЧ. ГЛОНАСС является одним из основных и наиболее требовательных потребителей информации о шкале иТС^и), так как для достижения максимальной точности определения координат и времени шкала времени ГЛОНАСС и бортовые шкалы космических аппаратов должны быть с высокой точностью синхронизированы между собой и со шкалой иТС^и).
Из-за территориального расположения эталоны единиц времени и частоты Росстандарта, входящие в состав эталонной базы ГСВЧ, представляют уникальную по функциональным возможностям техническую основу для решения задач мониторинга параметров и характеристик навигационного поля, создаваемого ГЛОНАСС.
При выполнении работ по ФЦП «ГЛОНАСС» в 2007—2011 гг. был достигнут значительный прогресс в части создания и
совершенствования средств и методов измерений времени и частоты. Для оснащения эталонной базы ГСВЧ созданы и внедрены следующие технические средства:
средства воспроизведения единиц времени и частоты — метрологические цезиевые реперы частоты фонтанного типа (МЦР «Фонтан»), использующие технологии лазерного охлаждения атомов [6] с неисключенной систематической погрешностью воспроизведения единиц времени и частоты не более 5,010-16;
средства хранения единиц времени и частоты — стандарты частоты и времени водородные Ч1-75А, стандарты частоты и времени водородные Ч1-76А и цезиевые стандарты частоты Symmetricom 5071 А;
комплекс формирования и передачи шкалы UTC(SU) в наземный комплекс управления ГЛОНАСС в реальном масштабе времени с погрешностью не более ±2 нс;
перевозимые квантовые часы водородные модернизированные ПКЧВ-М, обеспечивающие погрешность хранения шкалы времени при времени транспортирования 24 ч не более ±2 нс;
средства внутренних сличений на базе измерителей интервалов времени SR-620 (Stanford Research Systems), компараторов фазовых #10265 (TimeTech) и VCH-315 (ЗАО «Вре-мя-Ч»); средства формирования рабочих шкал времени на базе цифровых фазовращателей HROG-5 (Spectradynamics);
средства сравнений шкал времени пространственно удаленных объектов на базе аппаратуры дуплексных сличений шкал времени (TimeTech), а также на базе специализированных двухчастотных многоканальных приемников сигналов ГЛОНАСС/GPS TTS-3 и TTS-4 (PikTime Systems).
Т а б л и ц а 1
Сравнительные характеристики ГЭТ 1—98 и ГЭТ 1—2012
Метрологическая характеристика ГЭТ 1—98 ГЭТ 1—2012
Относительная неисключенная систематическая погрешность воспроизведения единиц времени и частоты, не более 3,0 • 10-14 5,0 • 10-16
Среднее квадратическое отклонение результатов измерений при воспроизведении единиц времени и частоты при интервале времени измерений 1 сут, не более 1,0 • 10-14 5,0 • 10-15
Относительная нестабильность единиц времени и частоты при интервалах времени измерения 10—30 сут, не более 5,0 • 10-15 1,0 • 10-15
Пределы допускаемых смещений иТС(ви) относительно иТС, нс ±100 ±10
Диапазон измеряемых интервалов времени, с 1,0 • 10-9—1,0 • 108 1,0 • 10-9—1,0 • 108
Диапазон измеряемых частот, Гц 1,0—1,0 • 1014 1,0—5,0 • 1014
Эталон Совершенствование Суммарная погрешность SE0 , не более Относительная нестабильность частоты v0 (Ти = 10...30 сут), не более Пределы допускаемых смещений шкал времени AT [UTC(SU) - UTC(k)], нс Диапазон измеряемых
интервалов времени, c частот, Гц
ВЭТ 1—5 ВЭТ 1—7 ВЭТ 1—19 до после 2,0 • 10-14 1,0 • 10-14 2,0 • 10-14 5,0 • 10-15 ±100,0 ±30,0 1,0 • 10-9—1,0 • 108 1,0 • 10-9—1,0 • 108 1,0—1,0 • 108 1,0—4,0 • 1010
РЭТ 1-1 до после 3,0 • 10-12 1,0 • 10-13 5,0 • 10-13 5,0 • 10-14 ±300 ±100 1,0 • 10-6—1,0 • 108 1,0 • 10-9—1,0 • 108 1,0—1,0 • 108 1,0— 4,0 • 1010
Т а б л и ц а 2
Сравнительные характеристики эталонов Росстандарта до и после проведения мероприятий по их совершенствованию
Эталоны Росстандарта были оснащены новым вспомогательным оборудованием, модернизирована их техническая инфраструктура, реконструированы системы электроснабжения, прецизионного кондиционирования и мониторинга параметров окружающей среды.
Наряду с модернизацией технических средств были проведены работы по совершенствованию нормативной базы — разработаны комплекты конструкторских и эксплуатационных документов эталонов, усовершенствована и унифицирована их методическая документация. В 2012 г разработан стандарт [2], который принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации и введен в действие в качестве
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.