Warum reichen GPS-Uhren nicht aus, um VLBI-Beobachtungen zu synchronisieren?

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Bei der Interferometrie mit sehr langer Basislinie ist es typisch, eine Wasserstoff-Maser-Atomuhr zu verwenden, um Daten abzutasten. Angesichts der hohen Kosten dieser Atomuhren scheint es jedoch überraschend, dass mehr Observatorien keine nicht lokalen Atomuhren wie GPS-Uhren verwenden.

In diesem Wikipedia-Artikel heißt es: "Das Antennensignal wird mit einer äußerst präzisen und stabilen Atomuhr (normalerweise einem Wasserstoffmaser) abgetastet, die zusätzlich an einen GPS-Zeitstandard gebunden ist." Meine Frage ist, warum nicht den Wasserstoffmaser ganz abschaffen?

time vlbi Hans Gaensbauer
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Ich bin nicht qualifiziert zu antworten, aber ich kann eine Vermutung wagen. In VLBI wie dem in dieser Frage diskutierten beträgt die Wellenlänge nur 1,3 mm, ~ 230 GHz, Sie benötigen eine Kurzzeitstabilität im Sub-Pikosekundenbereich, und ich glaube nicht, dass GPS auch nur annähernd etwas bietet.
Uhoh
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GPS bietet ca. 40ns Präzision , was nicht genug zu sein scheint.
Stellen Sie Monica wieder her - M. Schröder

Antworten:

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Es gibt eine Präsentation zu diesem Thema, die regelmäßig bei den internationalen VLBI-Service-Workshops stattfindet. Die neueste Version hat eine hochgenaue Zeit und Frequenz in VLBI und die relevante Ableitung der erforderlichen Genauigkeit finden Sie auf Folie 5. Grundsätzlich versuchen Sie für die Interferometerie, die Phase der Wellenformen anzupassen (Position entlang einer Sinuswelle in der Vereinfachung) Sinn) der beiden Signale von jedem der Gerichte.

Wenn wir eine Beobachtungsfrequenz von 10 GHz (10e9 Hz) verwenden und die Phase nach 1000 Sekunden Integration auf ~ 10 Grad (außerhalb der 360 Grad) kohärent halten möchten, benötigen Sie 10 / (360 * 10 * 1e9 * 1e3) oder 10 / 3.6e16 oder eine Taktstabilität von ca. 2.8e-15. Höhere Frequenzen wie die im Kommentar erwähnten 230 GHz werden noch anspruchsvoller.

Wenn Sie sich Allan-Abweichungs- / Varianz-Diagramme ansehen, die die Stabilität von Uhren messen, wie z. B. das Diagramm auf Folie 4 (und unten kopiert): Allan AbweichungsplotDieses Leistungsniveau nach 1000 Sekunden wird nur von Wasserstoffmastern erreicht. Der typische disziplinierte GPS-Oszillator liegt bei etwa 1e-12 @ 1000 Sekunden, siehe diesen aktuellen Vergleich von 17 GPSDOs . Durch sorgfältige Korrektur des Sägezahnfehlers, der durch den internen Oszillator des GPS verursacht wird (siehe Ende der Präsentation), können Sie den typischen 50-ns-Jitter des GPS auf ~ 5 ns verbessern. Darüber hinaus treten atmosphärische / ionosphärische Effekte auf, und Sie müssen ein Zweifrequenz-GPS verwenden, um diese zu entfernen.

Astrosnapper
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