Danmarks mest nøjagtige ur findes i Hørsholm

Det spørgsmål kan udvides til at undersøge hvilke anvendelser meget præcis tidspræcision har. Det er nok nogle overraskelser men ellers vil jeg tro at frekvens er vigtigere end absolut tid i de fleste anvendelser.

I alle sammehænge jeg kender til er absolut tid "bare integralet af frekvens" og noget man laver på præcis den måde, hvis man har brug for det.

Men for at kunne udnytte 30ps absolut tid fornuftigt, skal du have begivenheder der faktisk kan tidsfæstes med 30ps opløsning og det eneste jeg lige kan komme i tanke om, er kvantemekaniske begivenheder som vi (pt!) antager sker på tilfældige tidspunkter.

Bemærk: relative tidsmålinger er naturligvis en hel anden historie, de har stor videnskabelige værdi helt ned til attosekunder.

Hvordan når man frem til det tal?

Ohh boy...

Det gør man ved at studere Adev plottet og lave statistik på integralerne af de dominerende støjtyper.

Hvis det lyder enkelt har jeg et tårn I Paris du kan købe billigt...

Det er et emne der er skrevet tykke bøger om, de bedste af dem af Enrico Rubiola (http://rubiola.org/) og hans "Enrico's Chart" er et godt sted at starte.

Når din GPSDO leverer god tid&frekvens, er det simpelthen fordi den lavpasfiltrerer tid og frekvens fra GPS satelitterne, således at fluktuationerne i ionosfæren (stort) set elimineres.

Hvad vil du bruge 30ps tidspræcision til ?

Hvad vil du bruge 30ps tidspræcision til ?

Det spørgsmål kan udvides til at undersøge hvilke anvendelser meget præcis tidspræcision har. Det er nok nogle overraskelser men ellers vil jeg tro at frekvens er vigtigere end absolut tid i de fleste anvendelser.

Eksempelvis hvis en seismograf er udstyret med et præcist ur, så kan man ved at sammenligne med andre seismograf'er, triangulere jordskælv med videre. Men der er grænser for hvor præcis det giver mening at være, givet at der formodentlig ikke kan udpeges et præcist punkt for hændelsen.

»Vi skulle nu gerne have en stabilitet på ca. 10 ns pr. måned eller bedre,« siger Jürgen Appel.

Hvordan når man frem til det tal?

Jeg har en GPSDO (GPS Disciplined Oscillator) fra Leo Bodnar:

http://www.leobodnar.com/shop/index.php?main_page=product_info&cPath=107&products_id=234&zenid=b2c4f557f634d00c0dc7c1f2d09a4cd3

Der er vist nogle grafer, eksempelvis kan man aflæse at Sigma (Tau) for 1s er 5.13E-11 og for 10000s er 7.81E-13. Men hvordan kan jeg sammenligne det med at Danmarks frekvensnormal har en stabilitet på 10 ns per måned?

Der findes også en længere rapport over egenskaberne ved Leo Bodnars GPSDO: http://www.leobodnar.com/files/Microsoft%20Word%20-%20Investigation%20of%20Leobodnar%20GPSDO_rev2.pdf

Inden jeg lyder alt for dum, vil jeg skynde mig at sige, at jeg anvender den til at kalibrere frekvens på RF kredsløb. Det er den rigelig præcis til uanset hvad. Jeg er bare nysgerrig for hvordan dette relativt billige instrument klarer sig som tidsstandard.

Jeg har læst, at GPS'erne justerer deres uger efter hinanden.

Et af kravene til GPS systemet, er at det skal fungere mindst et halvt år uden instruktioner nedefra og derfor har det isenkram til autonom drift hvor satelitterne kan checke hinanden.

Men igen: Selve rubidium frekvensnormallerne bliver der ikke pillet med, alle kalibreringer og justeringer foregår udelukkende i signalgeneratorene.

Re: Hvor præcis er GPS</p>
<p>Selvom urene er præcise, så må der være et tilfældigt bidrag, således det er nødvendigt at tjekke urene, og eventuelt justere dem en gang i mellem.</p>
<p>Ja, det er nok nogle af de mest overvågede "ure" i der existerer, men der bliver ikke justeret på dem, for det vil betyde at man skal tage satelitten ud af drift i flere måneder mens man rekalibrer den matematiske model af dens RAFS.</p>
<p>Som sagt bruger GPS satelitter en variant af denne her, formodentlig med endnu bedre data:</p>
<p><a href="https://www.excelitas.com/product/space-qu..">https://www.excelitas.com…;
<p>Bemærk "drift": Det er netop stabiliseringen af, og matematisk modellering af frekvensdriften, der gør at der går hele og halve år fra en GPS satellit er opsendt til den bliver taget i brug.

Men man behøver vel ikke at selv have et atomur

Selvfølgelig ikke. Men hvis ikke dit frekvensnormal er stabil nok, aner du jo ikke hvad den har foretaget sig, i de par uger der går fra selve målingen, til du har resultatet af alt regnearbejdet.

Jeg mener, at vi burde kunne bruge det nye atomur i Hørsholm, til at give et præcis tidssignal i hele landet indenfor ca. 30ps. og måske bedre, ved at tage gennemsnit af adskillige målinger.

Mig bekendt er der ingen der i realtid ved hvad klokken er med 30ps præcision. I bedste fald ved de det dagen efter.

Hvad vil du bruge 30ps tidspræcision til ?

Der er ikke noget der hedder "et præcist ur", der er kun "ure" der bliver målt i forhold til andre ure og som viser sig at være tæt på "ensemble-consensus" på en papir-tidsskala.</p>
<p>Når jeg skriver "ure" i anførselstegn, er det fordi de ikke findes, det vi kalder et "ur" er en frekvensnormal med et tælleværk. Fejlen i tid på tælleværket er integralet af fejlen i frekvens.</p>
<p>Man sammenligner "ure" ved at bruge GPS signaler i "common mode", dvs. man aftaler hvornår og hvilken satellit man vil måle på og så måler begge sites forskellem mellem deres tælleværk og en bestemt "feature" ved GPS signalet.</p>
<p>Efter et par uger kender man satelittens præcise position fra IGS (<a href="https://igs.org/products/">https://igs.org/products/</a&gt;) regner man på de målte tidsforskelle forskelle, kompenserer for de to antenners kalibrerede fase-offset, længden af kablerne, højden over geoiden og alt muligt andet.

Men, hvis man kan opnå så stor præcision med dGPS, så har Baldur Norddahl ret i, at det også må være muligt, at lave et så præcis ur.

Der er ikke noget der hedder "et præcist ur", der er kun "ure" der bliver målt i forhold til andre ure og som viser sig at være tæt på "ensemble-consensus" på en papir-tidsskala.

Når jeg skriver "ure" i anførselstegn, er det fordi de ikke findes, det vi kalder et "ur" er en frekvensnormal med et tælleværk. Fejlen i tid på tælleværket er integralet af fejlen i frekvens.

Man sammenligner "ure" ved at bruge GPS signaler i "common mode", dvs. man aftaler hvornår og hvilken satellit man vil måle på og så måler begge sites forskellem mellem deres tælleværk og en bestemt "feature" ved GPS signalet.

Efter et par uger kender man satelittens præcise position fra IGS (https://igs.org/products/) regner man på de målte tidsforskelle forskelle, kompenserer for de to antenners kalibrerede fase-offset, længden af kablerne, højden over geoiden og alt muligt andet.

Derefter ved man hvad tidsforskellen er mellem de to "ure".

(Det er den øvelse det spanske metrologiske institut har udlånt kalibreret udstyr til)

Men hvad GPS satelitten mener klokken er, mens man måler, er uden betydning.

Selvom urene er præcise, så må der være et tilfældigt bidrag, således det er nødvendigt at tjekke urene, og eventuelt justere dem en gang i mellem.

Ja, det er nok nogle af de mest overvågede "ure" i der existerer, men der bliver ikke justeret på dem, for det vil betyde at man skal tage satelitten ud af drift i flere måneder mens man rekalibrer den matematiske model af dens RAFS.

Som sagt bruger GPS satelitter en variant af denne her, formodentlig med endnu bedre data:

https://www.excelitas.com/product/space-qualified-rubidium-atomic-frequency-standard-clocks

Bemærk "drift": Det er netop stabiliseringen af, og matematisk modellering af frekvensdriften, der gør at der går hele og halve år fra en GPS satellit er opsendt til den bliver taget i brug.

1cm opnår du kun med brug af en reference-station og i det setup kan urene i både satelitter og modtagere være temmelig elendige uden at påvirke resultatet - det er hele ideen in dGPS.</p>
<p>Den ene centimeter kommer fra afsnit "3.4.2 SPS SIS URRE Accuracy Standards" i GPS performance standarden, hvor kravet er at signalet med 95% sandsynlighed ikke driver mere end 6mm/sek over nogen 3 sekunders periode.</p>
<p>3 sekunder er tid nol til at reference-stationen kan måle signalfejlen, transmitere afvigelsen til roveren og roveren kan inkludere det i sin korrektion.</p>
<p>Den absolutte UTC fejl finder du i "3.4.4 SIS UTCOE Accuracy Standards" og her er kravet 30ns mere end 95% af tiden.

Har vi så et lokalt atomur, så vi kan sende præcise tidsjusteringer ud, så burde vi kunne få nøjagtig tid, også selvom sattelitterne var uden atomur, eller atomuret går lidt skævt.

Nej, man piller praktisk taget aldrig med dem, i stedet har man en meget præcis matematisk model for deres opførsel som kompenserer i kredsløbene der genererer af signalet der skal sendes.

Det er muligt, med et korrigationssignal, at finde sin position med en precision på cirka 1 cm. Så burde det også være muligt at udlede klokken med samme precision. Det svarer til 30 ps.

1cm opnår du kun med brug af en reference-station og i det setup kan urene i både satelitter og modtagere være temmelig elendige uden at påvirke resultatet - det er hele ideen in dGPS.

Den ene centimeter kommer fra afsnit "3.4.2 SPS SIS URRE Accuracy Standards" i GPS performance standarden, hvor kravet er at signalet med 95% sandsynlighed ikke driver mere end 6mm/sek over nogen 3 sekunders periode.

3 sekunder er tid nol til at reference-stationen kan måle signalfejlen, transmitere afvigelsen til roveren og roveren kan inkludere det i sin korrektion.

Den absolutte UTC fejl finder du i "3.4.4 SIS UTCOE Accuracy Standards" og her er kravet 30ns mere end 95% af tiden.

Jeg har læst de har en præcision på 3ns, og det svarer til den præcision en Rubidium atomur skulle have over 24 timer.

Det er muligt, med et korrigationssignal, at finde sin position med en precision på cirka 1 cm. Så burde det også være muligt at udlede klokken med samme precision. Det svarer til 30 ps.

Her i mit lab bruger jeg dog kun at få en precis 10 MHz reference. Det eksakte klokkeslæt er ikke relevant. Det gælder for mange anvendelser.

Bliver GPS sattelitternes ure stillet dagligt?

Nej, man piller praktisk taget aldrig med dem, i stedet har man en meget præcis matematisk model for deres opførsel som kompenserer i kredsløbene der genererer af signalet der skal sendes.

De de sender op for tiden er en version af Excelitas "RAFS", men det vides ikke hvorledes den adskiller sig fra den model de reklamerer offentligt med. Muligvis bare ved sortering.

Nu om dage er alle GPS satelitter baseret på Rubidium, nogle helt fantastiske "RAFS" kasser der performer fantastisk i 0g og med en drift der kan modeleres år frem i tiden.

Bliver GPS sattelitternes ure stillet dagligt? Stilles de over et bestemt sted i USA? Giver det et problem for præcisionen, på det tidspunkt at de dagligt stilles? Er der et "mørkt område" i USA hvor de ikke fungerer?

Kunne forestille mig, at man i Hørsholm godt kan gøre det bedre end 3ns, så vi måske kunne få en justeret tid med præcision på bedre end 1ns.

Tror ikke, at vi kan få en "rigtig" præcis tid via ntp, altså indenfor nanosekunder.

Atomurene i GPS sattelitterne er sandsynligvis dårligere da de er cæsium baseret.

Det var kun de allerførste GPS satelitter og det virkede elendigt, formodentlig på grund af corona-problemer fra højspændingen.

Nu om dage er alle GPS satelitter baseret på Rubidium, nogle helt fantastiske "RAFS" kasser der performer fantastisk i 0g og med en drift der kan modeleres år frem i tiden.

Europas Galileo satelitter har passive hydrogen-masere og rubidium som backup og de performer ganske glimrende.

(I rum-applikationer har Caesium det handikap at performance afhænger af den fysiske længde atomerne bevæger sig.)

Næste step er en optisk-lattice frekvensnormal i rummet, hvilket alle ser frem til, fordi de er ufatteligt følsomme over for rystelser, så lange målinger er sjældne og få her på jorden.

En HP 5061 skal fra tid til anden have afmagnetiseret og justeret diverse magnetfeler, faselåste sløjfer, spændinger og påfyldes cæsium, vakuum, kryptonit, unobtanium og sikkert flere andre ting, som jeg har glemt.

Så slemt er det nu ikke, jeg har selv haft to og de er meget tæt på "tænd og ignorer til den grønne lampe holder op med at lyse."

Lige netop cæsium kan ikke påfyldes, så når man har brugt det der var i "physics package" er der ikke andet for end at skifte denne.

Men der mangler noget. Lige nu har vi angiveligt en bygning i Hørsholm hvor de ved hvad klokken er. I resten af Danmark ved vi det ikke. Jeg sider måske 30 km derfra og har ikke andre realistiske muligheder end at downloade tiden fra satelitter.

De jeg talte med dem om projektet, var distribution via NTP og PTP planen, men det er nok en af de ting de ikke "må" før loven er ændret.

I artiklen omtales at atomuret har en præcision på 10ns per måned - svarende til lysets strækning på 2,998 meter.

Atomurene i GPS sattelitterne er sandsynligvis dårligere da de er cæsium baseret.

Hvor meget driver GPS urene - giver det anledning til fejl - og stilles de hver dag for at passe? Hvis de ikke passer helt, så kunne man måske bruge det danske atomur, til at måle præcisionen i Danmark for GPS sattelitterne, og man kunne via nettet få fejlen målt for den pågældende sattelit. Måles med 4 sattelitter, og korrigeres med den danske tidsnormal for den fejl der er målt på de 4 sattelitter i Hørsholm, så burde der kunne fås et mere præcist GPS ur præcist justeret efter dansk tidsstandard. Er der tidspunkt for hvornår de i Hørsholm har målt nøjagtigheden for sattelitten, så kan vægtes den sattelit, der er målt senest.

Og Baldur Norddahl vil kunne side 30 km væk, og få sine GPS ure justeret efter den præcise danske tidsstandard.

Engang i forrige århundrede omgikkes vi på Telelaboratoriet med planer om at blive dansk normallaboratorium for både frekvens og absolut tid, og vi havde da også en HP 5061A Cesium Beam Frequency Standard med reservetransformator, beamrør og flere andre ting.

En HP 5061 skal fra tid til anden have afmagnetiseret og justeret diverse magnetfeler, faselåste sløjfer, spændinger og påfyldes cæsium, vakuum, kryptonit, unobtanium og sikkert flere andre ting, som jeg har glemt.

Projektet blev aldrig til noget, og desværre ved jeg ikke, hvor '5061'eren blev af.

For supernørder udi HP 5061A Cesium Beam Frequency Standard er CuriousMarc's to videoer https://www.youtube.com/watch?v=eOti3kKWX-c og https://www.youtube.com/watch?v=xTy1kY_wtsY fuldstændig uomgængelige!

Dette skal ikke ses som et negativt indlæg. Jeg støtter meget at vi i Danmark også er med til at holde den internationalle tidsstandard.

Men der mangler noget. Lige nu har vi angiveligt en bygning i Hørsholm hvor de ved hvad klokken er. I resten af Danmark ved vi det ikke. Jeg sider måske 30 km derfra og har ikke andre realistiske muligheder end at downloade tiden fra satelitter.

I en tidligere artikel blev det nævnt at særlige kunder kunne få en fiber med et tidssignal. Det er urealistisk dyrt at etablere en fiber til Hørsholm for langt de fleste anvendelser. Faktisk er det billigere at få sit eget atomur medmindre man befinder sig meget tæt på Hørsholm.

Jeg ser derfor primært projektet som Danmarks deltagelse i at holde tidsstandarden. Der er derimod ikke mange indenlandske anvendelser hvor man kan få, eller vil vælge at etablere, en direkte forbindelse til den danske tidsstandard. Det bliver vel højest via en dansk NTP server.

Jeg læste, at et cæsium atomur (<a href="https://ing.dk/artikel/her-er-verdens-mind...">https://ing.dk/artikel/h…;) koster under 8000 kr. Burde vi ikke have nogle flere i Danmark? Det kan da ikke være sandt, at vi ikke skal have et par atomure i Jylland...

De cæsium frekvensnormaler som den artikel taler om, har ingen relevans i kontekst af nationale tids/frekvens-referencer, de er tiltænkt våben- og satellit-applikationer.

Det er slet ikke totalt utænkeligt at der allerede er et antal noget i den stil i Jylland.

Jeg læste, at et cæsium atomur (https://ing.dk/artikel/her-er-verdens-mindste-atomur-118960) koster under 8000 kr. Burde vi ikke have nogle flere i Danmark? Det kan da ikke være sandt, at vi ikke skal have et par atomure i Jylland...

Tak for en meget spændende og forklarende artikel.

I det hedengangene firma DK/3060 Instruments var jeg med vores “Normalfrekvensmodtagere” med til at gøre normalfrekvens og tid tilgængelig for industri og videnskab via datidens langbølgesendere i Europa.

Senere, som agent i Danmark først for Efratom og senere for Oscilloquartz, oplevede jeg GPS’s revolutionerende indtog i televerdenen, og det glæder mig meget, at en de facto tilstand nu endelig bliver konfirmeret med tiltaget hos DFM i Hørsholm - og forhåbentlig snart legaliseret.