ГЭТ 1-2022.Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени

    Впервые Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени (далее - ГЭВЧ) был утвержден Постановлением комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР № 146 от 02.11.1967 года. В состав ГЭТ 1-1967 входили водородные стандарты частоты и кварцевые часы, аппаратура внутренних и внешних сличений, аппаратура формирования рабочих шкал времени, средства обеспечения эталона гарантированным электроснабжением.

  Средства измерений времени и частоты широко применяются в науке и технике, это один из самых массовых видов измерений. Измерения частоты выполняется с наибольшей точностью по сравнению с другими видами радиоизмерений, поэтому многие физические величины преобразуют во временные или частотные для последующего более точного измерения. 

 Количество типов средств измерений времени и частоты, включённых в Государственный реестр - более 1700, в Российской Федерации содержится и применяется 7 вторичных эталонов единиц времени и (или) частоты, более 100 000 рабочих эталонов, совокупное количество средств измерений, прослеживаемых к ГЭТ 1 - более 50 млн.

 Исключительно широкая область применения измерений времени и частоты в различных отраслях экономики, рост требований к точности ГЭВЧ со стороны потребителей обуславливает необходимость непрерывного совершенствования аппаратурного комплекса ГЭВЧ.

 Единицы величин, воспроизводимые, хранимые и передаваемые ГЭТ 1 играют критическую роль для стратегических и приоритетных направлений развития Российской Федерации.

 Постоянно растущий рост требований к точности измерений времени и частоты со стороны потребителей в промышленности и науке привели к необходимости непрерывно вести исследования и разработку новой более точной аппаратуры, которая внедрялась в состав эталона в ходе проведения мероприятий (работ) по его совершенствованию. Эти работы всегда проводились под руководством ФГУП «ВНИИФТРИ», к ним привлекались лучшие научно-исследовательские и ведомственные институты. С 1967 г. по настоящее время прошло шесть переаттестаций ГЭВЧ.

 В 1975 году во ФГУП «ВНИИФТРИ» был разработан и введен в состав ГЭТ 1 первый метрологический цезиевый репер частоты МЦР 101. С тех пор эталон воспроизводит единицы в соответствии с определением секунды в международной системе единиц (СИ), которое было принято в 1967 году на 13-ой Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ). В дальнейшем это определение несколько раз уточнялось и в 2018 году, в результате пересмотра Международной системы единиц, на 26-й ГКМВ приобрело следующую форму [1]:

 Секунда, обозначение с (s), есть единица времени в SI. Она определяется путем принятия фиксированного числового значения частоты перехода сверхтонкого расщепления невозмущенного основного состояния атома цезия-133 ∆ν_Cs равным 9 192 631 770 при выражении в единице Гц, что соответствует с^-1.

  Это определение означает точное соотношение ∆ν_Cs = 9 192 631 770 Гц. Обратное отношение дает точное выражение для единицы «секунда» через определяющую константу ∆ν_Cs:

 Следствием из этого определения является то, что секунда равна продолжительности 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями невозмущенного основного состояния атома цезия-133.

 В период с 2018 по 2020 годы, в рамках Федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы», а также государственной программы Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение её конкурентоспособности» были завершены ряд ОКР по разработке и изготовлению новых средств воспроизведения. хранения и передачи единиц времени и частоты, предназначенных для включения в состав государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1, улучшения его метрологических характеристик и расширения функциональных возможностей.

 Комплекс воспроизведения единиц времени и частоты дополнен репером частоты фонтанного типа на основе холодных атомов рубидия, разработанным в рамках ОКР «Репер-Р» и комплексом воспроизведения и хранения единиц времени и частоты в составе двух оптических реперов частоты на холодных атомах Sr⁸⁷, разработанным в рамках ОКР «Свеча».

 В состав комплекса хранения национальной шкалы времени включён разработанный в рамках ОКР «Шкалы» комплекс хранения национальной шкалы времени ГЭТ 1 на основе шести новейших стандартов частоты и времени водородных с суточной нестабильностью не более 3,0 · 10^-16.

 В комплекс передачи единиц и национальной шкалы времени включён Комплекс высокоточных средств сравнений национальной шкалы координированного времени UTC(SU) со шкалой времени системы ГЛОНАСС, разработанный в рамках ОКР «Сличение».

 Совершенствование ГЭТ 1 позволило достичь целевых показателей ФЦП ГЛОНАСС, обеспечить более точное формирование эталонных сигналов частоты и времени, информации о национальной шкале времени, о точном значении времени и календарной дате, информации о ПВЗ, распространяемой ГМЦ ГСВЧ и являющуюся общедоступной и обязательной к применению на территории РФ, а также создать основу для расширения калибровочных и измерительных возможностей Российской Федерации в части измерений времени и частоты.

 Результаты исследований продемонстрировали, что по научно-техническому уровню и метрологическим характеристикам эталон соответствует лучшим зарубежным аналогам, что шкала времени UTC(SU) по своим характеристикам входит в число лучших национальных реализаций шкалы Всемирного координированного времени UTC, а национальная шкала атомного времени TA(SU) по характеристикам нестабильности находится на уровне шкал атомного времени ведущих зарубежных лабораторий времени.

 Новый эталон был утверждён приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 382 от 16 февраля 2022 г. В результате совершенствования эталона:

- на порядок уменьшены доверительные границы НСП воспроизведения единиц в оптическом диапазоне;

- в два раза уменьшена относительная нестабильность частоты эталона;

- более чем в два раза уменьшены пределы допускаемых смещений национальной шкалы времени относительно UTC.

 

 

Метрологические характеристики

Наименование характеристики, единица измерения	Значение
Диапазон измеряемых интервалов времени, с	1,0·10-9–1,0·108
Диапазон измеряемых частот, Гц	1,0·10-3–5,7·1014
Номинальное значение частоты, при котором воспроизводятся единицы времени и частоты, Гц	9192631770
Относительное среднее квадратическое отклонение результата измерений при воспроизведении единиц времени	≤ 1,0·10-15
Доверительные границы относительной неисключенной систематической погрешности воспроизведения единиц при P= 0,99	± 5,0·10-16
Доверительные границы относительной неисключенной систематической погрешности воспроизведения единиц в оптическом диапазоне при P= 0,99	± 1,0·10-17
Относительная нестабильность частоты эталона (СКДО) при интервалах времени измерения 10 ÷ 30 сут, интервале времени наблюдений 1 год	≤ 5,0 · 10-16.
Пределы допускаемых смещений национальной шкалы времени UTC(SU) относительно шкалы Всемирного координированного времени UTC, нс	± 3,0