С.В. Ермак1, В.В. Семенов2, О.В. Ермак3

1,2 Высшая школа прикладной физики и космических технологий, Институт электроники и телекоммуникаций Санкт-Петербургского политехнического университета  Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

3 Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства, Инженерно-строительный институт Санкт-Петербургского политехнического университета  Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Рубидиевые атомные часы широко применяются в составе бортовой аппаратуры мобильных систем (например, спутников системы навигации), однако их точность подвержена влиянию таких внешних факторов, как вариации геомагнитного поля по величине и направлению.

Цель. Провести исследование влияния ориентационной зависимости частоты бортовых рубидиевых атомных часов, находящихся в меняющемся по направлению и величине геомагнитном поле, а также продемонстрировать возможность подавления ориентационной погрешности атомных часов, обусловленной различием в продольном и поперечном коэффициентах экранирования магнитного экрана атомных часов путем использования системы двух рубидиевых атомных часов с различной взаимной ориентацией оптических осей.

Результаты. Экспериментально исследовано влияние ориентационной зависимости частоты бортовых рубидиевых атомных часов, обусловленной различием в продольном и поперечном коэффициентах экранирования магнитного экрана. Создана экспериментальная установка, обеспечивающая измерение флуктуаций частоты одних атомных часов относительно частоты других однотипных с ними атомных часов или лабораторных атомных часов, не подверженных влиянию переменного внешнего магнитного поля. Проведено сравнение частот бортовых рубидиевых атомных часов с помощью частотного компаратора и получены временные зависимости относительных флуктуаций частоты и соответствующих им девиаций Аллана. Экспериментально продемонстрирована возможность компенсации более чем в 4 раза относительных флуктуаций частоты двух однотипных малогабаритных коммерческих рубидиевых атомных часов (со-направленная ориентация оптических осей часов), работающих в меняющемся по направлению внешнем магнитном поле амплитудой 0,45 Э. Подтверждено определяющее значение квадратичной по магнитному полю поправки к частоте атомных часов в сравнении со световым сдвигом при варьировании ориентации внешнего магнитного поля. 

Практическая значимость. Представленные результаты исследования продемонстрировали возможность подавления ориентационной зависимости средней частоты бортовой системы синхронизации, состоящей из двух однотипных малогабаритных рубидиевых атомных часов, оптические оси которых противоположно направлены. 

Ермак С.В., Семенов В.В., Ермак О.В. Исследование возможности подавления влияния изменений направления внешнего магнитного поля на относительные частотные флуктуации двух рубидиевых атомных часов // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 12. С. 129−138. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202112-11

1. Куршин А.В. Повышение точности определения местоположения потребителей ГЛОНАСС путем увеличения частоты закладок временной информации на спутники // Труды МАИ (электронный журнал). 2012. № 57. C. 1−7.
2. Svehla D. Geometrical Theory of Satellite Orbits and Gravity Field. Springer. 2018. 537 р.   
3. Bandura A.S. Evaluation of the accuracy of the data of navigation messages of spacecraft of satellite radio navigation systems // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2006. № 6. Р. 215−221. 
4. Григорьянц В.В., Жаботинский М.Е., Золин В.Ф. Квантовые стандарты частоты // Наука. 1968. 288 с.
5. Mathur B.S., H. Tang and W. Happer. Light shifts in alkali atoms // Physical Review. 1968. V. 171. P. 11−19.
6. Семенов В.В. О вкладе тензорной компоненты в световой сдвиг частоты радиооптического СВЧ-резонанса в парах рубидия // Известия вузов. Сер. Физика. 1999. № 2. С. 86−90.
7. Баранов А.А., Ермак С.В., Семенов В.В. Ориентационные сдвиги частоты СВЧ-резонанса на сверхтонком 0−0-переходе в парах рубидия-87 с селективной оптической накачкой // Оптика и спектроскопия. 2013. № 114. С. 18−21.
8. Baranov A., Ermak S. and Semenov V. The orientation dependence of the SHF radio-optical resonance frequency light shift in rubidium vapors // Proceedings of the IEEE International Frequency Control Symposium and Exposition. May 2011. № 5977289.  P. 580−581.
9. Баранов А.А., Ермак С.В., Лозов Р.К., Семенов В.В., Ермак О.В. Влияние ориентационного сдвига частоты квантового датчика с оптической накачкой на измерения параметров орбиты спутников навигационных систем // Радиотехника. 2018. № 12. С. 5−12.
10. Лозов Р.К., Ермак С.В., Семенов В.В., Ермак О.В. Моделирование влияния геомагнитного поля на точность атомных часов бортовой аппаратуры систем спутниковой навигации // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 12(20). С. 32−37.
11. Риле Ф. Стандарты частоты: Принципы и приложения: Пер. Н.Н. Колачевского. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2009. 512 с.