izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-9-35-42izmertech-2195Research ArticleИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫTIME AND FREQUENCY MEASUREMENTSВедение национальной шкалы времени UTC(KZ) на пассивных водородных стандартах по данным Rapid UTCSteering of national time scale UTC(KZ) based on passive hydrogen masers using Rapid UTC datahttps://orcid.org/0000-0001-7119-0559СмагуловС. Б.SmagulovS. B.

Султанбек Берикулы Смагулов, главный специалист лаборатории №1; аспирант по специальности «Электроника, фотоника, приборостроение и связь»

Астана; Томск

Sultanbek B. Smagulov

Astana; Tomsk

s.smagulov@ksm.kzhttps://orcid.org/0000-0002-5989-653XМишагинК. Г.MishaginK. G.

Константин Геннадьевич Мишагин, начальник отдела информационных технологии; доцент кафедры теории колебаний и автоматического регулирования, кандидат физико-математических наук

Н. Новгород

Konstantin G. Mishagin

N. Novgorod

mishagin@vremya-ch.comРГП «Казахстанский институт стандартизации и метрологии»; Томский политехнический университетКазахстанKazakhstan Institute of Standardization and Metrology RSE; Tomsk Polytechnic UniversityKazakhstanАО «Время Ч»; Нижегородский государственный университет им. Н. И. ЛобачевскогоРоссияVremya-CH JSC; Nizhniy Novgorod State UniversityRussian Federation202402112024093542Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2195

Важной характеристикой национальной шкалы времени является её отклонение относительно шкалы Всемирного координированного времени (UTC). Появление быстрой шкалы Всемирного координированного времени Rapid UTC (UTCr) даёт потенциальную возможность формировать национальные шкалы времени, повторяющие UTC с высокой точностью. Информация об отклонениях национальных шкал времени в Rapid UTC обновляется раз в неделю. В этом случае для формирования национальных шкал времени можно применять более дешёвые стандарты, которые имеют бо́льшую нестабильность частоты по сравнению с активными водородными стандартами, используемыми в настоящее время в ведущих метрологических лабораториях точного времени. Продемонстрирована возможность применения данных быстрой шкалы Всемирного координированного времени Rapid UTC для реализации национальной шкалы времени на базе пассивных водородных стандартов частоты с высокой точностью слежения за UTC на примере национальной шкалы Всемирного координированного времени Республики Казахстан UTC(KZ). Представлены результаты работы системы автоматической подстройки шкалы UTC(KZ) по данным Rapid UTC, публикуемым Международным бюро мер и весов. Описан алгоритм системы автоподстройки и обоснованы её параметры. Показано, что шкала времени, основанная на пассивных водородных стандартах частоты, при еженедельной коррекции по данным Rapid UTC имеет среднее квадратическое отклонение 2,5 нс и максимальное отклонение менее 8 нс в интервале наблюдения 2 года.

An important characteristic of a national time scale is its deviation from the Coordinated Universal Time (UTC) scale. The emergence of the Rapid Coordinated Universal Time scale (UTCr) offers the potential to form national time scales that closely follow UTC with high accuracy. Information on the deviations of national time scales in Rapid UTC is updated weekly. In this case, it becomes possible to use more cost-effective atomic clocks with greater frequency instability compared to the active hydrogen masers currently employed in leading timekeeping metrology laboratories. The feasibility of using the Rapid Coordinated Universal Time scale (UTCr) to implement a national time scale based on passive hydrogen masers with high UTC tracking accuracy is demonstrated using the example of the national Coordinated Universal Time scale of Kazakhstan, UTC(KZ). The results of the automatic steering system for the UTC(KZ) time scale based on the Rapid UTC data, published by the International Bureau of Weights and Measures, are presented. The steering algorithm is described, and its parameters are justifi ed. It is shown that a time scale based on passive hydrogen masers, with weekly corrections from Rapid UTC data, achieves a root mean square error (RMSE) of 2.5 ns and a maximum deviation of less than 8 ns over a two-year observation period.

шкала временипассивный водородный стандартатомные часынестабильность частотыВсемирное координированное времябыстрая шкала Всемирного координированного времениtime scalepassive hydrogen maseratomic clockfrequency stabilityCoordinated Universal Time (UTC)4 Rapid UTCРабота выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, Программа стратегического академического лидерства «Приоритет 2030», Стратегический проект «Фундаментальные основы технологий будущего», задача 2.The work was carried out with partial fi nancial support from the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Strategic Academic Leadership Program “Priority 2030”, Strategic Project “Fundamentals of Future Technologies”, task 2.ReferencesPetit G., Arias F., Harmegnies A., Panfi lo G., Tisserand L. UTCr: a rapid realization of UTC. Metrologia, 51(1), 33–39 (2023). https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/1/33Petit G., Arias F., Harmegnies A., Panfi lo G., Tisserand L. UTCr: a rapid realization of UTC. Metrologia, 51(1), 33–39 (2023). https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/1/33Донченко С. И., Блинов И. Ю., Норец И. Б., Смирнов Ю. Ф., Беляев А. А., Демидов Н. А., Сахаров Б. А., Воронцов В. Г. Характеристики долговременной нестабильности водородных стандартов частоты и времени нового поколения. Измерительная техника, (1), 35–38 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-1-35-38Donchenko S. I., Blinov I. Yu., Norets I. B., Smirnov Yu. F., Belyaev A. A., Demidov N. A., Sakharov B. A., Vorontsov V. G. Characteristics of the long-term instability of the new-generation hydrogen frequency and time standards. Measurement Techniques, 63(1), 34–37 (2020). https://doi.org/10.1007/s11018-020-01746-8Смагулов С. Б., Юрченко А. В. Алгоритм формирования национальной шкалы времени UTC(KZ) на основе пассивных водородных стандартов частоты и времени. Интеллектуальные системы 4-й промышленной революции: сборник материалов V Международного форума. Под ред. В. И. Сырямкина. С. 43–45. Томск (2023). https://elibrary.ru/hefklgSmagulov S. B., Yurchenko A. V. The algorithm forming National Timescale UTC(KZ) based on passive hydrogen masers. Intelligent systems of the 4th Industrial Revolution: a collection of materials of the V International Forum. Ed. by V. I. Syryamkin, pp. 43–45. Tomsk (2023). https://elibrary.ru/hefklgСмагулов С. Б., Мишагин К. Г. Реализация метода автоподстройки национальной шкалы времени UTC(KZ) с помощью еженедельных данных Rapid UTC. II Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «За нами будущее» и Х Международный конкурс «Лучший молодой метролог КООМЕТ-2023»: сборник тезисов докладов. С. 29–35. ИПК «КОСТА», Санкт-Петербург (2023). https://elibrary.ru/wbapzoSmagulov S. B., Mishagin K. G. Implementation of the method for steering the National Timescale UTC(KZ) by Weekly Rapid UTC Data. II International scientifi c and practical conference of young scientists and specialists “The future is ours” and the X International competition “The best young metrologist СOOMET-2023”: collection of abstracts, pp. 29–35. IPK “COSTA”, St. Petersburg (2023). (In Russ.) https://elibrary.ru/wbapzoСмагулов С. Б. Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени Республики Казахстан. Альманах современной метрологии, (1(37)), 124–136 (2024). https://elibrary.ru/krhlzgSmagulov S. B. The State Primary Standard of Units of Time, Frequency, and the National Time Scale of the Republic of Kazakhstan. Almanac of Modern Metrology, (1(37)), 124–136 (2024). (In Russ.). https://elibrary.ru/krhlzgМишагин К. Г., Медведев С. Ю. Реализация метода оптимальной автоподстройки шкалы времени атомных часов. Измерительная техника, (8), 51–55 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-8-51-55Mishagin K. G., Medvedev S. Y. Implementation of optimal automatic steering of the time scale of atomic clocks. Measurement Techniques, 64(8), 662–667 (2021). https://doi.org/10.1007/s11018-021-01987-1Mishagin K. G., Lysenko V. A., Medvedev S. Y. A practical approach to optimal control problem for atomic clocks. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 67(5), 1080–1087 (2020). https://doi.org/10.1109/TUFFC.2019.2957650Mishagin K. G., Lysenko V. A., Medvedev S. Y. A Practical approach to optimal control problem for atomic clocks. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 67(5), 1080–1087 (2020). https://doi.org/10.1109/TUFFC.2019.2957650Vernotte F., Lenczner M., Bourgeois P.-Y., Rubiola E. The parabolic variance (PVAR): A wavelet variance based on the least-square fi t. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 63(4), 611–623 (2016). https://doi.org/10.1109/TUFFC.2015.2499325Vernotte F., Lenczner M., Bourgeois P.-Y., Rubiola E. The parabolic variance (PVAR): a wavelet variance based on the least-square fi t. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 63(4), 611–623 (2016). https://doi.org/10.1109/TUFFC.2015.2499325Šarčević S., Šibonjić O. Maintenance of offi cial time in Bosnia and Herzegovina – UTC (IMBH). 17th International Symposium INFOTEH-JAHORINA (INFOTEH), East Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 21–23 March 2018. https://doi.org/10.1109/INFOTEH.2018.8345522Šarčević S., Šibonjić O. Maintenance of offi cial time in Bosnia and Herzegovina – UTC (IMBH). 17th International Symposium INFOTEH-JAHORINA (INFOTEH), East Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 21–23 March 2018. https://doi.org/10.1109/INFOTEH.2018.8345522

The authors declare that there are no conflicts of interest present.