05.02.2014
Im Beitrag „Die Uhren des Ostens“ wird über Satellitenzeitvergleiche mit Metrologieinstituten in Asien berichtet. Die erreichte Messunsicherheit für Frequenzvergleiche ist selbst bei mehrtägiger Mittelung noch immer durch das Messverfahren mitbestimmt. Die gleiche Satellitenverbindung über einen russischen Telekommunikationssatelliten wurde während einer dreimonatigen Kampagne im Sommer 2013 verwendet (siehe Bild), um ein vom japanischen Institut NICT entwickeltes Verfahren zur Nutzung der Trägerphasenmessung – statt der Nutzung des aufmodulierten Codes – der über den geostationären Satelliten übertragenen Signale für Frequenzvergleiche auf einer Basislinie von 8300 km zu erproben. Im neuen Verfahren wird auf beiden Seiten der Strecke die Phasenlage des empfangenen Trägersignals bei 11.6 GHz (Ku-Band) relativ zur lokalen Referenz gemessen. Das klassische Zweiweg-Zeitvergleichsverfahren nutzt stattdessen das 2,5 MChip/s Phasenmodulationssignal. Die statistische Messunsicherheit von Frequenzvergleichen wurde bei einer Mittelungszeit von einer Stunde um einen Faktor 20 reduziert. Um bei Mittelungszeiten von einem Tag und länger nicht durch die Wasserstoffmaser als Signalquellen in beiden Instituten limitiert zu sein, wurde – wie in solchen Fällen üblich – die Differenz zweier Verfahren betrachtet, nämlich die Trägerphasenauswertung des Ku-Band Signals minus Trägerphasenauswertung des GPS-Signals. Bei Mittelung über 4 Tage erreicht man eine kombinierte relative statistische Messunsicherheit von 3×10-16, ein Wert der mit Satellitenvergleichen bisher nie nachgewiesen wurde. Die Trägerphasenauswertung erfordert allerdings eine kontinuierliche Satellitenverbindung zwischen den beiden beteiligten Instituten, mit den entsprechenden Kosten für die Miete des Transponders. Das Verfahren bietet sich daher besonders für Kampagnen zum Vergleich von Fontänenuhren oder optischen Frequenznormalen an. So wurde im Rahmen der ersten Messungen auch bereits ein Vergleich zweier Strontium-basierter optischer Frequenznormale von NICT und PTB durchgeführt.
Wir danken dem NICT für die Bereitstellung des Equipments zur Signalverarbeitung in der PTB und die Übernahme der Transponderkosten. Eine Veröffentlichung ist in Vorbereitung.
Satelliten Sende-und Empfangsantenne für den russischen Satelliten AM-2 auf dem Dach des Meitner-Baus der PTB, nach dem Aufbau durch (v.l.) Miho Fujieda, Dirk Piester, Masanori Aida und Jürgen Becker).