Zeit- und Frequenzsystem
Alle geodätischen Raumverfahren VLBI, SLR und GNSS beruhen auf Laufzeitmessungen von Licht- oder Radiowellen. Für ihren Betrieb sind deshalb genaue und zuverlässige Zeitangaben sowie die Verfügbarkeit hochgenauer Bezugsfrequenzen eine Grundvoraussetzung. Die Bezugsepochen müssen genauer als 50 Nanosekunden sein, und die Referenzfrequenzen hochwertige Kurzzeit- und Langzeiteigenschaften aufweisen. Das Zeit- und Frequenzsystem des Geodätischen Observatoriums Wettzell erzeugt, verteilt und kontrolliert die erforderlichen Frequenzen und Pulse. Den prinzipiellen Aufbau des Zeitsystems zeigt dieses Schema.
Cäsium Atomuhr
Wasserstoffmaser
GPS-Zeitempfänger
Die genaue Uhrzeit ...
Die lokale Zeitskala UTC_Wettzell wird durch 5 Cäsium Atomuhren vom Typ HP 5071 A generiert. Jede dieser Uhren hat ein anderes Gangverhalten, die Unterschiede betragen allerdings nur wenige Nanosekunden pro Tag. Mit Hilfe von Vergleichsmessungen wird die stabilste Cäsium Atomuhr ausgesucht und als "Mastercäsium" bezeichnet. Die Ausgangsfrequenz dieser Uhr von 5 MHz wird über einen Microphase Stepper, der eine Feinabstimmung der Frequenz erlaubt, in einen Zähler (Clockmodul) gespeist. Dieses Masterclockmodul generiert nun die lokale Zeitskala UTC_Wettzell. Mit Hilfe des Microphase Steppers kann die Ausgangsfrequenz des Mastercäsiums so justiert werden, dass das Masterclockmodul eine möglichst geringe Drift zur Weltzeitskala aufweist. Das Ausgangssignal des Masterclockmoduls von 1 Puls pro Sekunde (pps) wird in einem Zeitvergleichsmessplatz mit denen der anderen Cäsium Atomuhren sowie der Wasserstoffmaser verglichen. Diese Messergebnisse ermöglichen die exakte Gangbestimmung jeder Cäsium Atomuhr. Außerdem wird das 1 pps Signal den GPS-Zeitempfängern zur Verfügung gestellt. So ist es möglich, die lokale Zeitskala UTC_Wettzell mit der internationalen Weltzeit UTC mit einer Genauigkeit von wenigen Nanosekunden zu vergleichen.
Die Zeitablagen der Cäsium-Atomuhren und der Wasserstoffmaser werden an das BIPM übermittelt. Das BIPM generiert aus den international verfügbaren Atomuhren (mehr als 250) die weltweit verbindliche UTC-Zeitskala. Das Zeitsystem des Geodätischen Observatoriums Wettzell leistet somit seit über 30 Jahren einen aktiven Beitrag zur Generierung der Weltzeitskala UTC. Die Ablagen der lokalen Zeitskala UTC_Wettzell gegenüber UTC werden im Circular T des BIPM veröffentlicht.
... und stabile Frequenzen
Die am Geodätischen Observatorium Wettzell betrieben Messsysteme benötigen im Kurzzeitbereich (gemeint sind hiermit wenige Minuten bis zu einen Tag) eine hochstabile Frequenz. Die Cäsium Atomuhren können diese Stabilität auf Grund ihrer physikalischen Wirkungsweise nicht erreichen. Diese Eigenschaften erfüllen Wasserstoffmaser, die allerdings im Langzeitbereich (gemeint sind hiermit Monate und Jahre) im Vergleich zu den Cäsium Atomuhren eine höhere Drift aufweisen. Die Ausgangsfrequenz der Wasserstoffmaser wird über ein Frequenzverteilungssystem den einzelnen Messsystemen zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe von Frequenzkomparatoren werden die Ausgangsfrequenzen der einzelnen Wasserstoffmaser gegenseitig verglichen und z.B. als Allan-Standardabweichung dargestellt. Gleichzeitig wird in Clockmodulen von jedem Wasserstoffmaser wieder ein 1 pps-Signal erzeugt und im Zeitvergleichsmessplatz gegen das 1 pps-Signal des Masterclockmoduls eingemessen. Somit wird von jeden Wasserstoffmaser die Ausgangsfrequenz kontrolliert und das Gangverhalten bestimmt.
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