Рубидиевый стандарт частоты Stanford Research Systems FS725

Рубидиевый стандарт частоты Stanford Research Systems FS725

к.т.н. Пивак А.В. АО «ПриСТ» Подробные технические характеристики прибора...

Разработка современных источников прецизионной частоты развивается по двум направлениям: повышение точности воспроизведения частоты и расширение предоставляемых пользователю возможностей по более удобной работе. Лабораторный стандарт частоты FS725 производства компании «Stanford Research» (США) является ярким представителем реализации в приборах направления по достижению удобства в работе. Посторенный на базе давно известного атомарного перехода в рубидиевой ячейке, стандарт FS725 обеспечивает погрешность установки частоты за год не более ±5×10^-10 и кратковременную нестабильность не более ±1×10^-11 за 10 секунд. Данное значение является стандартным для источников на рубидиевой ячейке и отвечает большинству сегодняшних запросов. Однако, в отличие от предыдущего поколения таких стандартов и даже от некоторых современных аналогов, FS725 значительно удобнее в работе.

Во-первых, его масса составляет всего около 5 кг при небольших габаритных размерах, во-вторых, FS725 имеет выходы 5 и 10 МГц, что делает его пригодным как для работы с отечественными приборами, так и с импортными, а также выход 1 Гц шкалы времени, в-третьих, мониторинг состояния прибора и подстройка частоты осуществляются через компьютер по интерфейсу RS-232 c помощью программного обеспечения, входящего в комплект прибора (также возможна подстройка с помощью регулировочного винта), в-четвертых, время самопрогрева прибора для обеспечения погрешности по частоте не более 1×10^-9  составляет всего 7 минут.  Но самым удобным и перспективным является наличие у FS725 входа для внешнего опрного сигнала 1 Гц, что позволяет производить синхронизацию прибора по более точному источнику.

Для этих целей  могут использоваться водородные и цезиевые стандарты частоты, а также сигналы поступающие с приемников систем глобального позиционирования GPS/ГЛОНАСС. Метки времени 1 Гц с приемников GPS/ГЛОНАСС имеют долговременную стабильность влоть до 10^-12. Поскольку кратковременная нестабильность сигнала GPS/ГЛОНАСС намного хуже, чем у FS725, то для синхронизации прибор использует схему фазовой автоподстройки частоты с программируемой постоянной времени (от 8 минут до 18 часов), что уменьшает нестабильность опорного сигнала 1 Гц путем усреднения. При получении внешнего опорного сигнала 1 Гц стандарт частоты синхронизируется по нему, проводит накопление статистики по отклонению внутренней частоты от опорной за время, заданное постоянной времени, и затем перестраивает свою выходную частот до совпадения с опорной. Если по каким-либо причинам происходит отключение опорного внешнего сигнала (например, пропадание сигнала спутника), то стандарт в течение 72 часов сохраняет погрешность по частоте не более 1×10^-11. Таким образом, с использованием приемников GPS/ГЛОНАСС обеспечивается непрерывная прослеживаемость частоты и шкалы времени FS725 к национальным эталонам частоты и времени.

Например, при использовании аппаратуры СН-4702 для приема сигналов спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС, на вход внешней опорной частоты 1 Гц стандарта частоты поступает секундная метка времени, синхронизированнная со шкалами GPS, ГЛОНАСС или UTC с погрешностью не более ±100 нс (при вводе поправки на задержку сигнала в антенном кабеле). Простой расчет показывает, что используя эту секундную метку времени можно подстроить за сутки стандарт частоты до значений погрешности не более =100 нс /100000 с. Для  корректной работы приемника СН-4702 необходимо либо 4 спутника одной системы (GPS или  ГЛОНАСС), либо 2 спутника одной системы и 3 спутника другой). При размещении в Москве приемной антенны со свободной зоной приема сигнала в верхней полусфере круглосуточно наблюдается от 5 до 8 спутников, что позволяет постоянно обепечивать на выходе FS725 частоту с погрешностью не более ±1×10^-12 и практически снять вопросы о поверке и калибровке стандарта. Также канал GPS/ГЛОНАСС можно использовать в качестве канала сравнения для получения поправок от вышестоящих государственных эталонов, поскольку стандарт частоты FS725 внесен в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации.

Таким образом, комбинация FS725 и СН-4702 представляет собой недорогое решение, соизмеримое по долговременной погрешности с водородными и цезиевыми стандартами частоты и пригодное к использованию в различных метрологических службах, предприятиях связи и телекоммуникации и т.д . Краткие характеристики стандарта и внешний вид приведены ниже.

Автор:  Пивак А.В. к.т.н.
Дата публикации:  12.09.2006