Аппаратно-программный комплекс предварительной калибровки измерителя временных интервалов пикосекундного разрешения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Калинов Денис Геннадьевич

• Калинов Денис Геннадьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Калинов Денис Геннадьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПРЕЦИЗИОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ

1.1 Методы измерения временных интервалов

1.2 Метод дискретной временной интерполяции

1.3 Обзор преобразователей временных интервалов

1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОТОЧНЫХ СИГНАЛОВ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ

2.1 Формирование высокоточных сигналов времени и частоты

2.2 Расчет величины отклонения фазы эталонного сигнала на выходе генератора отстроек

2.3 Моделирование матрицы FPGA измерителя временных интервалов

2.4 Алгоритм расчета значения времени регистрации сигнала с учетом ложных комбинаций фазового состояния интерполятора

2.5 Метод оценки состояния интерполятора при фазовом переходе

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ С ПИКОСЕКУНДНЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ

3.1 Влияние температуры на работу составных частей АПК время-частотных измерений

3.1.1 Влияние температуры на работу ВСЧВ

3.1.2 Влияние температуры на время распространения импульсных сигналов в кристалле FPGA

3.1.3 Метод аппаратно-программной компенсации изменения температуры коаксиального кабеля

3.2 Методы прецизионного поддержания температуры в ограниченных объемах

3.3 Система поддержания температурного режима измерительного оборудования с применением управляемого смесителя воздуха

3.3.1 ПИД-алгоритм системы поддержания температурного режима

3.3.2 Измеритель температуры, влажности и давления ТН-485

3.3.3 Управляемый смеситель воздуха

3.3.4 Интегрально-инерционная подсистема - теплообменник, емкость с жидкостью

3.3.5 Результаты эксплуатации системы поддержания температурного режима в ограниченном объеме

3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4 АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ

4.1 Параметры и условия выполнения калибровки

4.1.1 Выбор опорной частоты

4.1.2 Расчет размера измерительной матрицы

4.1.3 Обоснование применения статистических методов обработки сигнала

4.1.4 Расчет времени калибровки

4.1.5 Требования низкочастотной составляющей сигналов опорной частоты

4.2 Влияние фазового дрожания эталонного сигнала на точность измерения интервалов времени

4.3 Методика предварительной калибровки прецизионного измерителя временных интервалов ИВИ-01

4.4. Сравнительный анализ основных характеристик прошедшего калибровку измерителя временных интервалов ИВИ-01 с аналогами

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 АКТ ВНЕДРЕНИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО-КОМПЛЕКСА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ

ВРЕВЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ПИКОСЕКУНДНОГО РАЗРЕШЕНИЯ И СИСТЕМЫ ВЫСОКОСТАБИЛЬНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЛОКАЛЬНЫХ ОБЬЕМАХ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 АКТ ОБ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОМПЛЕКСА ХРАНЕНИЯ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ ВТОРИЧНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ

ВЭТ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 АКТ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОМПЛЕКСА ХРАНЕНИЯ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ ВТОРИЧНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦ И

ВРЕМЕНИ ВЭТ

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 АКТ О ЗАВЕРШЕНИИ ОПЫТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ИЗМЕРИТЕЛЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ИВИ-01

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 СВИДЕТЕЛЬСТВО ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ТИПА ДАТЧИКА

ТН-

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТРУКТУРА ГОСУДАРСТВЕННОГО ВТОРИЧНОГО ЭТАЛОНА ВЭТ 1-7. МЕТОДИКА

ВЕДЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

НЕСТАБИЛЬНОСТИ ФАЗЫ СИГНАЛА

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ИСПОЛНЯЕМЫЙ КОД СОФТ-ПРОЦЕССОРА N10811 ДЛЯ КОММУНИКАЦИИ И КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система;

UTC(SU) - национальная шкала координированного времени РФ;

ГЭТ 1-2018 - Государственный первичный эталон времени и частоты;

ИВИ - измеритель временных интервалов;

ГНСС - спутниковая система глобальной навигации;

FPGA - программируемая логическая интегральная схема;

АПК - аппаратно-программный комплекс;

ГСВЧ - Государственная служба времени и частоты;

GPS - система глобального позиционирования (Global Positioning System);

TDC - преобразователи время-код (Time-To-Digital Converter);

ВЭТ - вторичный эталон времени и частоты;

ЦЛЗ - цифровая линия задержек;

DLL - система автоподстройки задержки (Digital Lock Loop); PLL - фазовая автоподстройка частоты (Phase Lock Loop); МФГ - мультифазный генератор;

VHDL - язык описания аппаратуры интегральных схем;

DNL - дифференциальная нелинейность;

INL - интегральная нелинейность;

LAB - блок логического массива (Logic Array Block);

ГЭВЧ - Государственный эталон времени и частоты;

UTC(Km) - координированная шкала времени ВЭТ 1-7 Дальневосточного филиала

ФГУП «ВНИИФТРИ»;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

ГВЭВЧ - Государственный вторичный эталон времени и частоты;

TDEV - временная девиация Алана;

ВСЧВ - водородный стандарт частоты и времени;

ПИД - пропорционально-интегрально-дифференцирующий алгоритм;

БКВЧ - базовый комплект времени и частоты;

Джиггер - фазовое дрожание цифрового сигнала (Jitter).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аппаратно-программный комплекс предварительной калибровки измерителя временных интервалов пикосекундного разрешения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Высокоточные измерения временных интервалов широко используются при решении различных научно-технических и прикладных задач: радиолокации, оптической связи, создание послойных изображений в медицине, измерений частотных и временных параметров лазерного излучения, высокоточных измерений физических величин и оценки метрологических характеристик космической навигационной системы ГЛОНАСС. Прецизионное измерение интервалов времени является одним из ключевых методов формирования национальной шкалы времени UTC(SU). Данные, получаемые от навигационной системы, широко используются во многих сферах жизнедеятельности общества, таких как: космонавтика, оборонная сфера, транспорт, связь, навигация, банковские операции, наука и других. В состав навигационной системы помимо орбитальной группировки спутников входят разнесенные в пространстве наземные комплексы, в том числе и комплекс формирования национальной шкалы времени [1]. Комплекс состоит из ансамбля стандартов частоты и времени, специализированного программного обеспечения и высокоточного измерительного время-частотного оборудования. Измеритель временных интервалов (ИВИ) является одним из основных средств измерения, входящим в состав всех время-частотных эталонных комплексов РФ. Одним из важных направлений применения ИВИ являются взаимные сличения (синхронизация) шкал вторичных эталонов времени и частоты ВЭТ 1-7 (г. Хабаровск) и ВЭТ 1-5 (г. Иркутск) с первичным Государственным эталонным комплексом ГЭТ 1 -2018 (г. Москва). Для сличения разнесенных в пространстве эталонных комплексов применяется метод дуплексной космической связи TWSTFT (Two-way satellite time and frequency transfer) [2]. Погрешность данного метода не превышает 1 нс. Для обеспечения метрологического запаса измеритель временных интервалов должен обладать погрешностью измерения временных интервалов не более 0,33 нс. В эталонных комплексах РФ из-за отсутствия отечественных аналогов применяют ИВИ импортного производства с погрешностью измерения от 0,5 нс, что на сегодняшний день явно недостаточно.

Мировые тенденции в области время-частотных измерений направлены на реализацию ИВИ с применением программируемых логических интегральных схем FPGA [3]. Сравнительно низкие частоты работы FPGA от 50 до 1000 МГц не позволяют производить вычисления с пикосекундной точностью, поэтому необходимо применять асинхронный дизайн, существенным недостатком которого является формирование ненормированных задержек при каждой компиляции проекта. Силами Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» (г. Хабаровск) в 2020 году был разработан измеритель временных интервалов ИВИ-01 [4] на основе программируемой логической интегральной схемы FPGA с погрешностью 0,07 нс.

Автор диссертационного исследования поставил перед собой задачу разработать методику предварительной калибровки и применить ее к новому измерителю временных интервалов ИВИ-01 в целях повышения точности измерения интервалов времени. Под предварительной калибровкой в данной работе подразумевается последовательность действий, произведенных на стадии изготовления измерителя временных интервалов и направленных на установление с максимальной точностью зависимости между входными эталонными величинами и результатом измерения на выходе.

Для проведения предварительной калибровки прецизионного измерителя временных интервалов ИВИ-01 необходимо:

- разработать методику проведения калибровки с учетом факторов, влияющих на результат измерений;

- на основе вторичного эталона времени и частоты ВЭТ 1-7, используя высокоточные и высокостабильные сигналы, разработать и опробовать аппаратно-программный комплекс (АПК) предварительной калибровки ИВИ-01;

- обеспечить поддержание температурного режима в помещениях с измерительным оборудованием с точностью ±0,1 °С на всем интервале времени проведения процедуры предварительной калибровки.

Требования к точности и достоверности измерений временных интервалов непрерывно возрастают, что делает диссертационное исследование весьма актуальным, а проведенную работу востребованной для практического применения.

Степень разработанности темы исследования. Работа выполнена, опираясь на мировой опыт научных коллективов из США, России, Германии, Польши, Китая и других стран:

- теоретические и практические вопросы разработки и калибровки TDC (Time-To-Digital Converter) исследовали Maneatis J. G., Horowitz M. A. и др. [5], Беспалько В., Буль Е., Ведин В. [6], Shin S., Yoo H. [7], Christiansen J. [8], Keranen P., Maatta K. [9], [10], [11], Porat D. I. [12], Чу и Фергюсон [13], Богородский А. А. [14], Dudek P. [15], Jansson J. P., Mantyniemi A., Kostamovaara J. [16], Чулков В. А. [17], [18], [19], Гунин Е. И., Дятлов Л. Е., Коннова Н. Н. [20], Liu Y. и др. [21], [22], [23], Hsu C. и др. [24], [25], Ghanavati B. и др. [26], Kurtti S. [27], Chen H. и д.р. [28], [29] и многие другие;

- степень воздействия температуры на кристалл FPGA и измерительную схему рассмотрели Bayer E. A. [30], Pan W. A. и др. [31], [32], [33];

- проблему влияния температуры на формирование эталонных сигналов и линии связи раскрыли Walls F. L. [34], Медведев С. Ю. [35], Васильев В. И. [36], Va-nier J., Larouche R. [37], Уткин А. Г. [38], Grunin A. P. и др. [39];

- зависимость внешних магнитных полей на формирование высокостабильных сигналов исследовали Guinot C. A. [40], Riehle F. [41] и др.

Объект исследования. Время-частотные измерения и технические средства метрологического обеспечения информационно-измерительных и управляющих систем.

Предмет исследования. Методы, способы измерения времени и частоты пи-косекундного разрешения и технические средства метрологического обеспечения информационно-измерительных и управляющих систем.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование аппаратно-программного комплекса первичной калибровки прецизионного измерителя временных интервалов пикосекундного разрешения.

Задачи исследования:

- исследование факторов, влияющих на изменение фазы эталонного сигнала при проведении время-частотных измерений пикосекундного разрешения, разработка методов и систем, позволяющих учесть это влияние;

- разработка методов и алгоритмов расчета момента времени прихода импульса посредством определения фазового состояния интерполятора измерительной матрицы FPGA;

- разработка аппаратно-программного комплекса предварительной калибровки измерителя временных интервалов пикосекундного разрешения;

- оценка метрологических характеристик аппаратно-программного комплекса предварительной калибровки;

- оценка метрологических характеристик измерителя временных интервалов ИВИ-01.

Методы исследования. Основные использованные в диссертации методы: статистические испытания, математическое моделирование, натурный эксперимент, метод сравнений шкал времени с использованием сигналов времени и частоты, передаваемых через различные каналы связи, метод непосредственного сличения поверяемого средства измерения с эталонным средством.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработан алгоритм расчета времени регистрации момента прихода импульса посредством определения фазового состояния интерполятора, который позволяет исключить фиксацию ложных номеров субквантов в линиях задержки измерительной матрицы FPGA;

- предложена методика предварительной калибровки измерителя временных интервалов ИВИ-01 пикосекундного разрешения, реализованного на FPGA;

- разработана система поддержания высокостабильной температуры воздуха в локальных объемах с точностью ±0,1 °С на основе ПИД-регулирования положения задвижки смесителя воздушных масс.

- разработан метод аппаратно-программной компенсации температуры коаксиального кабеля, которая влияет на изменение фазового состояния при передаче эталонных сигналов.

Практическая значимость работы:

1. Проведено исследование измерительной матрицы FPGA Cyclone V типа 5CEFA5F23C7, которое позволило установить границы временных задержек с точностью 2-3 пс. Полученные данные применены для проведения предварительной калибровки измерителя временных интервалов ИВИ-01;

2. Предложена методика предварительной калибровки, которая применена для повышения точности метрологических характеристик измерителей временных интервалов ИВИ-01 и ТМХ6-12 (Дальневосточный филиал ФГУП «ВНИИФТРИ», г. Хабаровск) (Приложение 1). Данная методика позволила повысить точность измерения временных интервалов пикосекундного разрешения с 70 пс до 12 пс.

3. Разработана система высокостабильного поддержания температуры измерительного оборудования в локальном объеме, которая вошла в состав вспомогательных средств вторичного Государственного эталонного комплекса времени и частоты (ВЭТ 1-7) (Приложение 2). Система может применяться для целей поддержания высокостабильного температурного режима измерительного прецизионного температурно-зависимого оборудования.

4. Установка компенсации температурных изменений коаксиального кабеля применяется в Дальневосточном филиале ФГУП «ВНИИФТРИ» для предварительной калибровки ИВИ-01, ТМХ6-12 и может применятся при решении задачи передачи единицы времени и частоты на расстояние до нескольких километров.

Основные положения, выносимые на защиту:

- на основе численного моделирования измерительной матрицы FPGA показано, что предварительная калибровка границ субквантов позволяет повысить точность измерения временных интервалов методом дискретно-временной интерполяции с неравномерным шагом квантования в 6 раз;

- алгоритм расчета времени фиксации фазового состояния измерительного сигнала, исключающий ложные состояния временных границ задержек логических элементов в измерительной матрице FPGA;

- методика предварительной калибровки измерителя временных интервалов ИВИ-01, применение которой позволило уменьшить погрешность измерения интервалов времени с 70 пс до 12 пс;

- система поддержания температуры измерительного оборудования в локальных объемах с точностью ±0,1 °С, на основе ПИД-регулирования положения задвижек смесителей воздушных масс;

- метод аппаратно-программной компенсации изменения температуры коаксиального кабеля, позволяющий передавать эталонные сигналы с суточной нестабильностью 110-16 на расстояния до нескольких километров.

Достоверность результатов:

- метрологические характеристики эталонного комплекса ВЭТ 1-7 подтверждены актом метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени эталонного комплекса времени и частоты ВЭТ 1-7 (Приложение 3);

- достоверность работоспособности методики предварительной калибровки подтверждается прослеживаемостью результатов калибровки в пределах 1,5-2 пс для одного измерителя временных интервалов ИВИ-01, имеющего уникальные задержки измерительной матрицы FPGA перед каждой калибровкой;

- метрологические характеристики ИВИ-01, прошедшего предварительную калибровку, подтверждены протоколом завершения опытной эксплуатации (Приложение 4);

- достоверность измерения параметров системы поддержания высокостабильной температуры в локальных объемах контролируется датчиком TH-485, который внесен в реестр СИ и имеет подтвержденные метрологические характеристики (Приложение 5).

Соответствие паспорту специальности «2.2.11. Информационно-измерительные и управляющие системы» по следующим пунктам:

п. 1. Научное обоснование перспективных информационно-измерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и метрологического обеспечения, повышение эффективности существующих систем.

п. 2. Новые методы и технические средства контроля и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем;

п. 3. Методы и технические средства метрологического обеспечения информационно-измерительных и управляющих систем, метрологического обеспечения испытаний и контроля, метрологического сопровождения и метрологической экспертизы информационно-измерительных и управляющих систем, методы проведения их метрологической аттестации.

п. 6. Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на международной профильной конференции «FarEastCon-2021» 6-8 октября 2021 г. и региональных конференциях «Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование», Хабаровск, 1-4 октября 2018 г., 10-12 ноября 2020 г.

Публикации. Основные результаты, полученные в рамках работы над диссертацией, опубликованы в трех статьях, входящих в список ВАК, двух публикациях, проиндексированных в базах Web of Science, Scopus. Три статьи опубликованы в сборниках трудов и материалов конференций, одна из которых проиндексирована в базе данных Scopus. Получено одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из списка сокращений, введения, четырех глав, заключения, списка литературы, 7 приложений и содержит 101 страницу основного текста, 4 таблицы, 51 рисунок, 45 формул и 137 наименований библиографических источников.

Во введении изложена актуальность работы, степень разработанности темы диссертационного исследования, сформулированы основные цели и задачи, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы. Приведены данные метрологических исследований, перечень публикаций автора по теме диссертации, описаны структура и объем работы.

В первой главе произведен анализ существующих методов измерения временных интервалов, рассмотрены их преимущества и недостатки. Одним из перспективных методов высокоточных измерений временных интервалов является метод дискретно-временной интерполяции. В аппаратной части мировой тренд направлен на построение архитектуры ИВИ с применением программируемых логических матриц FPGA. Приведен обзор мировых тенденций применения различных методов измерения временных интервалов и полученных метрологических характеристик в преобразователях время-код (TDC).

Во второй главе проведены исследования высокоточных сигналов времени и частоты. Описаны структура и функции эталонных комплексов на примере ВЭТ 1 -7 как части аппаратно-программного комплекса предварительной калибровки ИВИ-01. Приведен расчет величины отстройки по частоте с учетом отклонения фазы. Проведено моделирование измерительной матрицы измерителя временных интервалов ИВИ-01. Определена погрешность измерения интервала времени в зависимости от числа используемых звеньев задержки и ошибки измерения значений времени с калибровкой и без. Моделирование показало, что предварительная калибровка границ субквантов времени позволяет улучшить результат измерения интервалов времени в 6 раз. Представлен алгоритм преобразования состояния временного фазового интерполятора в значение времени на интервале квантования. Предложен метод оценки состояния интерполятора при фазовом переходе.

В третьей главе проведено комплексное исследование влияния температуры на параметры высокоточных эталонных сигналов от момента формирования водородным стандартом, передачи их на комплекс внутренних сличений и далее комплексу передачи единиц времени и частоты по коаксиальному кабелю к месту проведения калибровки.

Описаны метрологические характеристики цифрового датчика ТН-485 как части системы поддержания температуры. Приведено сравнение датчика ТН-485 с ближайшим аналогом.

Представлена система поддержания температурного режима прецизионного измерительного оборудования в локальных объемах в пределах одной аппаратной стойки. Приведены экспериментальные результаты работы опытной эксплуатации системы поддержания температурного режима. Выполнено сравнение технических и стоимостных характеристик разработанной автором системы и аналогичных систем, размещенных в 2020 году в модернизированных эталонных комплексах в России. Приведены результаты метрологических испытаний эталонного комплекса ВЭТ 1-7, температурный режим которого поддерживается разработанной системой.

В четвертой главе определены оптимальные условия и параметры для проведения процедуры предварительной калибровки. Обоснован выбор опорной частоты, рассчитан размер измерительной матрицы, определены требования к сигналам для калибровки, приведен расчет времени выполнения процедуры калибровки. Установлены требования, предъявляемые к низкочастотной составляющей сигналов опорной частоты. Определена точность определения времени прихода импульса методом фазово-временной интерполяции с учетом влияния джиттера. Разработана методика и АПК предварительной калибровки ИВИ-01 на основе вторичного эталонного комплекса ВЭТ 1-7. Дана оценка эффективности предварительной калибровки, фазово-временного интерполятора. Произведен сравнительный анализ характеристик ИВИ-01 (после процедуры калибровки) и его аналогов, применяемых в современных Российских эталонных комплексах времени и частоты.

Реализация результатов работ:

- разработанная методика предварительной калибровки прецизионного измерителя временных интервалов прошла апробацию при изготовлении двухканаль-ного измерителя временных интервалов ИВИ-01 на базе Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ», г. Хабаровск;

- разработана и внедрена система высокоточного поддержания температуры в локальных объемах, которая входит в состав системы вентиляции и поддержания температурно-влажностного режима Государственного вторичного эталонного комплекса времени и частоты ВЭТ 1-7;

- на базе Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» в 2020 году в рамках инициативной работы по изготовлению трех шестиканальных измерителей временных интервалов ТУХ06-12 применена разработанная автором методика предварительной калибровки. Изготовленное оборудование заменит иностранные аналоги и войдет в состав эталонных комплексов времени и частоты в рамках программы импортозамещения.

Значимость выполненной работы подтверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 3 марта 2012 г. № 189. Работы проводились в рамках выполнения опытно-конструкторских работ по модернизации комплексов хранения национальной шкалы времени в интересах достижения заданных тактико-технических характеристик системы ГЛОНАСС, шифр: «Шкалы» на основании Федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» на 2012-2020 годы.

Личный вклад автора:

- постановка задач и выбор методов анализа;

- подготовка материалов, публикаций лично и в соавторстве;

- участие в экспериментах и исследованиях, описанных в работе, лично и в соавторстве;

- разработка и реализация системы прецизионного поддержания температуры;

- разработка алгоритмов программы калибровки, предназначенной для сбора и обработки информации, полученной от аппаратной части ИВИ-01;

- участие в составе группы разработчиков в разработке ИВИ-01;

- в составе группы разработчиков в 2020 г. занимался вопросом выпуска экспериментальной партии шестиканальных измерителей временных интервалов ТМХ6-12;

- в Дальневосточном филиале ФГУП «ВНИИФТРИ», в соответствии с ЧТЗ, занимался размещением комплексов: контроля хранения единиц времени и частоты, хранения единиц времени и частоты формирования шкал времени, внутренних сличений и управления эталоном, сравнений шкал времени модернизированного эталонного комплекса времени и частоты ВЭТ 1-7;

- участвовал в размещении и метрологических испытаниях совместно с НПЦ «КВАРЦ» базового комплекта времени и частоты составной части эталонного комплекса ВЭТ 1-7;

- участвовал в метрологических испытаниях от Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» комплекса хранения шкалы времени ВЭТ 1-7.

Автор выражает благодарность Грунину А. П. за непосредственное участие в расчетах и экспериментах, формировании проекта на FPGA, подготовке совместных публикаций, а также Болоховцеву А. В. за участие в обсуждении результатов предварительной калибровки, помощь в оформлении совместных статей и реализации программы расчета математической модели.

ГЛАВА 1 ПРЕЦИЗИОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ ИЧАСТОТЫ

Методы измерения временных интервалов

Измерение временных интервалов заключается в фиксировании начала и конца физического события с последующим его преобразованием в доступный для обработки и понимания формат. По способу отображения информации методы измерения временных интервалов делятся на две основные группы: аналоговый и цифровой [18]. Ниже представлены краткий анализ и эволюция основных методов измерения временных интервалов.

Осциллографический метод. Измерение временных интервалов с помощью осциллографа производится по осциллограмме исследуемого напряжения с использованием линейной развертки. Нет смысла подробно останавливаться на данном методе из-за значительных погрешностей отсчета начала и конца интервала, а также из-за нелинейности развертки. Общая погрешность измерения временных интервалов данным методом составляет единицы процентов. Данный метод применяется в акустических измерениях для определения скорости звука [42]. Значительно меньшая погрешность свойственна специализированным измерителям временных интервалов со спиральной разверткой.

Метод аналоговой интерполяции. Одним из распространенных методов измерения временных интервалов, получивших широкое распространение, является метод аналоговой интерполяции. Метод применяется как продолжение метода последовательного счета. Метод аналоговой интерполяции имеет самостоятельное применение. Сильными сторонами аналогового метода являются высокое разрешение при низком энергопотреблении [8]. Недостатками, которые лишают смысла дальнейшее применение аналогового интерполирования в будущем, являются ограниченный динамический диапазон, малая скорость преобразования, повышенные требования к элементной базе, необходимость проведения регулярных калибровок, повышенные шумы в питающих цепях, отсутствие полноценного цифрового интерфейса.

Метод преобразования время-амплитуда. До конца прошлого века пользовались популярностью методы аналоговой интерполяции, такие как растяжение во времени [7] и преобразование времени в амплитуду [43]. Метод преобразования время-амплитуда и метод преобразования масштаба времени относятся к методам с промежуточным преобразованием. Метод преобразования время-амплитуда применяется для точного определения части периода на конце измеряемого интервала. На рисунке 1.1 приведена функциональная схема измерительного устройства.

Рисунок 1.1 - Схема измерения интервала с использованием метода преобразования время-амплитуда

Алгоритм работы устройства следующий. Генератор вырабатывает последовательность импульсов, которые поступают на вход схемы совпадения 1 и 2. Схемой совпадения 1, 2 управляет триггер. Когда приходит стартовый импульс, триггер срабатывает и открывается схема совпадения 2, при этом схема совпадения 1 закрывается. Происходит подсчет количества целых импульсов грубым способом с применением счетчика и схемы совпадения 2. Импульс «Стоп» возвращает триггер в исходное положение, перестает использоваться схема совпадения 2 и начинает применятся схема совпадения 1. Параллельно импульс «Стоп» дает сигнал к работе амплитудно-временному преобразователю. Нередко в качестве преобразователя используют генератор линейного пилообразного напряжения, который генерирует импульсы с амплитудой пропорциональной длительности временного ин-

тервала. Величина интервала определяется от импульса «Стоп» до первого импульса, поступившего с выхода схемы совпадения 1. Этот же импульс останавливает работу преобразователя. С выхода преобразователя импульс поступает на амплитудный анализатор. Применяя разного типа анализаторы, на выходе анализатора можно получить разного вида сигнал, который, пройдя через дешифратор, выводится на устройство индикации. Данная информация о сигнале и определяет длительность измеряемого временного интервала.

Недостатками данного метода является чувствительность к изменениям напряжения и температуры окружающей среды. Метод имеет длительное время преобразования.

Метод преобразования масштаба времени так же, как и метод преобразования время-амплитуда, используется как уточняющий после определения временного интервала методом последовательного счета. На рисунке 1.2 представлена схема для измерения временного интервала методом преобразования масштаба времени [7]. Суть метода заключается в том, что импульс «Старт», а затем и «Стоп» поступает на преобразователь масштаба времени, а на выходе формируется импульс, имеющий определенную длительность, который управляет работой схемы совпадения. Схема совпадения разрешает или запрещает генератору подавать генерирующую последовательность импульсов на счетчик. Длительность измеряемого интервала между «Старт» и «Стоп» импульсами измеряется с помощью метода последовательного счета.

Тогда формула для измеряемого интервала будет иметь вид:

„ _ п-Т0п (1)

1 -у* .

х к '

где к - коэффициент преобразования, п - количество импульсов, зафиксированное счетчиком.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Калинов Денис Геннадьевич, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГЭТ 1-2018. Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени. - URL: https://www.vniiftri.ru/standards/ izmereniya-vremeni-i-chastoty/get-1 -2018-gosudarstvennyy-pervichnyy-etalon-edinits-vremeni-chastoty-i-natsionalnoy-shkaly-vremeni/ (дата обращения: 10.03.2022).

2. Смирнов, Ю. Ф. Реализация метода TWSTFT в Главном метрологическом центре Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли / Ю. Ф. Смирнов, И. Б. Норец, А. В. Наумов // Труды ИПА РАН. -2012. - № 23. - С. 389-392.

3. High-precision time-to-digital converter in a FPGA device / A. Aloisio [et all.] // 2009 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2009). - Orlando, FL, USA : IEEE, 2009. - С. 290-294.

4. Измеритель временных интервалов ИВИ-01 - URL: https://www.vniiftri.ru/ catalog/products/pribory/sredstva-izmereniy/etalony-vremeni-i-chastoty/izmeritel-vremennykh-intervalov-ivi-01/ (дата обращения: 10.03.2022).

5. Maneatis, J. G. Precise delay generation using coupled oscillators / J. G. Maneatis, M. A. Horowitz // IEEE J. Solid-State Circuits. - 1993. - Vol. 28, № 12.

- С. 1273-1282.

6. Патент № 2584727 Российская Федерация, МПК G04F 10/10 (2006.01). Интерполятор для преобразования «Время-код» с малым мертвым временем : № 2015114353/28 : заявл. 17.04.2015 : 20.05.2016 / В. Беспалько, Е. Буль, В. Ведин ; патентообладатель Ин-т электроники и вычислит. техники. - 12 с.

7. Shin, S. A pipelined time stretching for high throughput counter-based time-to-digital converters / S. Shin, H.-J. Yoo // 2016 International SoC Design Conference (ISOCC). - 2016. - P. 57-58.

8. Christiansen, J. An integrated high resolution CMOS timing generator based on an array of delay locked loops / J. Christiansen // IEEE J. Solid-State Circuits. - 1996.

- Vol. 31, № 7. - P. 952-957.

9. Maatta, K. A high-precision time-to-digital converter for pulsed time-of-flight laser radar applications / K. Maatta, J. Kostamovaara // IEEE Trans. Instrum. Meas. -1998. - Vol. 47, № 2. - P. 521-536.

10. Keranen, P. Wide-Range Time-to-Digital Converter With 1-ps Single-Shot Precision / P. Keranen, K. Maatta, J. Kostamovaara // IEEE Trans. Instrum. Meas. - 2011. - Vol. 60, № 9. - P. 3162-3172.

11. Palojarvi, P. Integrated time-of-flight laser radar / P. Palojarvi, K. Maatta, J. Kostamovaara // IEEE Trans. Instrum. Meas. - 1997. - Vol. 46, № 4. - P. 996-999.

12. Porat, D. I. Review of Sub-Nanosecond Time-Interval Measurements / D. I. Porat // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1973. - Vol. 20, № 5. - P. 36-51.

13. Чу, Ф. Генераторы импульсов с разрешением 20 пс / Чу Фергюсон // Электроника. - 1977. - № 23. - С. 25-34.

14. Богородицкий, А. А. Нониусные аналого-цифровые преобразователи /

A. А. Богородский, А. Г. Рыжевский. - Москва : Энергия, 1975. - 121 с.

15. Dudek, P. A high-resolution CMOS time-to-digital converter utilizing a Vernier delay line / P. Dudek, S. Szczepanski, J. V. Hatfield // IEEE J. Solid-State Circuits. - 2000. - Vol. 35, № 2. - P. 240-247.

16. Jansson, J. A CMOS time-to-digital converter with better than 10 ps single-shot precision / J. Jansson, A. Mantyniemi, J. Kostamovaara // IEEE J. Solid-State Circuits. -2006. - Vol. 41, № 6. - P. 1286-1296.

17. Патент № 2260830 Российская Федерация, МКИ G04F10/04. Устройство для измерения интервала времени : № 2004108575/28 : заявл. 22.03.2004 ; опубл. 20.09.2005 / Чулков В. А. ; патентообладатель Пензенская гос. технолог. академия. - 8 с.

18. Чулков, В. А. Интерполирующие устройства синхронизации и преобразователи информации / В. А. Чулков. - Москва : Физмалит, 2010. - 324 с.

19. Чулков, В. И. Интерполирующие преобразователи время-код /

B. И. Чулков // Автометрия. - 2008. - Т. 44, № 6. - С. 116-127.

20. Нониусный измеритель временных интервалов на П.Л.И.С / Е. И. Турин [и др.] // Приборы и техника эксперимента. - 2004. - № 4. - P. 44-48.

21. A 3.9 ps RMS resolution time-to-digital converter using dual-sampling method on Kintex UltraScale FPGA / C. Liu [et all.] // 2016 IEEE-NPSS Real Time Conference (RT) 2016 IEEE-NPSS Real Time Conference (RT). - 2016. - P. 1-3.

22. Liu, C. A 128-Channel, 710 M Samples/Second, and Less Than 10 ps RMS Resolution Time-to-Digital Converter Implemented in a Kintex-7 FPGA / C. Liu, Y. Wang // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2015. - Vol. 62, № 3. - P. 773-783.

23. Wang, Y. A 4.2 ps Time-Interval RMS Resolution Time-to-Digital Converter Using a Bin Decimation Method in an UltraScale FPGA / Y. Wang, C. Liu // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2016. - Vol. 63, № 5. - P. 2632-2638.

24. Hsu, C.-M. A Low-Noise Wide-BW 3.6-GHz Digital\Delta\Sigma Fractional-N Frequency Synthesizer With a Noise-Shaping Time-to-Digital Converter and Quantization Noise Cancellation / C.-M. Hsu, M. Z. Straayer, M. H. Perrott // IEEE J. Solid-State Circuits. - 2008. - Vol. 43, № 12. - P. 2776-2786.

25. A 250-ps time-resolution CMOS multihit time-to-digital converter for nuclear physics experiments / F. Bigongiari [et all.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1999. - Vol. 46, № 2. - P. 73-77.

26. A TLBO Optimized TDC for Biomedical Applications / B. Ghanavati [et all.] // Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE). - 2018. - P. 76-80.

27. A CMOS chip set for accurate pulsed time-of-flight laser range finding / S. Kurtti [et all] // 2018 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC). - 2018. - P. 1-5.

28. Chen, H. A Low Nonlinearity, Missing-Code Free Time-to-Digital Converter Based on 28-nm FPGAs With Embedded Bin-Width Calibrations / H. Chen, Y. Zhang,

D. D.-U. Li // IEEE Trans. Instrum. Meas. - 2017. - Vol. 66, № 7. - P. 1912-1921.

29. Chen, Y.-H. A high resolution FPGA-based merged delay line TDC with nonlinearity calibration / Y.-H. Chen // 2013 IEEE Int. Symp. Circuits Syst. ISCAS 2013. - 2013.

30. Bayer, E. A High-Resolution ( <10 ps RMS) 48-Channel Time-to-Digital Converter (TDC) Implemented in a Field Programmable Gate Array (FPGA) /

E. Bayer, M. Traxler // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2011. - P. 1547-1552.

31. A 20-ps temperature compensated Time-to-Digital Converter (TDC) implemented in FPGA // 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC). - Seoul, Korea (South) : IEEE, 2013. - P. 1-6.

32. Pan, W. A 20-ps Time-to-Digital Converter (TDC) Implemented in Field-Programmable Gate Array (FPGA) with Automatic Temperature Correction / W. Pan, G. Gong, J. Li // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2014. - Vol. 61, № 3. - P. 1468-1473.

33. A 20-ps temperature compensated Time-to-Digital Converter (TDC) implemented in FPGA / W. Pan [et all.] // 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC). - 2013. - P. 1-6.

34. Walls, F. L. Characteristics and performance of miniature NBS passive hydrogen masers / F. L. Walls // IEEE Trans. Instrum. Meas. - 1987. - Vol. IM-36, № 2. - P. 596-603.

35. Медведев, С. Ю. Экспериментальное исследование и минимизация зависимости выходной частоты пассивного водородного стандарта от изменений температуры окружающей среды : Радиофизика / С. Ю. Медведев, А. Ю. Павленко // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. - 2004. - № 1. -С. 138-142.

36. Васильев, В. И. Повышение точности, стабильности и надежности квантового дискриминатора пассивного водородного стандарта частоты / В. И. Васильев. - Нижний Новгород : Кварц, 2011. - 202 с.

37. Vanier, J. A Comparison of the Wall Shift of TFE and FEP Teflon Coatings in the Hydrogen Maser / J. Vanier, R. Larouche // Metrologia. - 2005. - Vol. 14. - P. 31.

38. Павленко, Ю. К. Камера поддержания стабильной температуры / Ю. К. Павленко, А. Г. Уткин // Метрология времени и пространства: IX Междунар. симпозиум : материалы симпозиума, Москов. обл., Менделеево, 12-14 сент. 2018. -Менделеево : ВНИИФТРИ, 2018. - С. 100-103.

39. Grunin, A. P. Increasing the Accuracy of Coaxial Cable Transmission of Standard Frequency and Time Signals / A. P. Grunin, D. G. Kalinov, D. S. Migunov // Measurement Techniques. - 2020. - № 63.

40. Guinot, C. A. The Measurement of Time: Time, Frequency and the Atomic Clock / C. A. and B. Guinot // Meas. Sci. Technol. - 2002. - Vol. 13, № 2. - P. 230-231.

41. Riehle, F. Frequency Standards: Basics and Applications / F. Riehle. -Germany : Wiley -VCH, 2006. - 540 p.

42. Неразрушающий контроль и диагностика (НКиД) : справочник / В. В. Клюев [и др.]. - Москва : Машиностроение, 2005. - 656 с.

43. Данилевич, В. В. Временные измерения в физическом эксперименте / В. В. Данилевич, А. Ф. Черняевский. - Москва : Энергоатомиздат, 1984. - 101 с.

44. Мейзда, Ф. Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений / Ф. Ф. Мейзда. - Москва : Мир, 1990. - 535 с.

45. Жмудь, В. А. Прецизионные измерения частоты для аттестации частотных стандартов / В. А. Жмудь // Автоматика и программная инженерия. -2014. - № 1. - С. 104-119.

46. US Patent 4439046. Time Interpolator : Appl. № 414,769 : Mar. 27, 1984 / David R. Hoppe ; Motorola Inc. - 4 p.

47. 5,777,501. Digital delay line for a reduced jitter digital delay lock loop / Maamoun AbouSeido , Ottawa , Canada , assignor to Mosaid.

48. A Vernier Time-Interval Measurer on a PLIC / E. I. Gurin [et all.] // Instrum. Exp. Tech. - 2004. - Vol. 47, № 4. - P. 459-463.

49. Мелешко, Е. А. Быстродействующая импульсная электроника / Е. А. Мелешко. - Москва : Физматлит, 2007. - 318 с.

50. Ратхор, Т. Цифровые измерения. АЦП / ЦАП / Т. Ратхор. - Москва : Техносфера, 2004. - 392 с.

51. Сироткин, С. Л. Нониусные преобразователи кода во временной интервал / С. Л. Сироткин, А. Н. Коньков, В. В. Клименко // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2015. - Т. 11, № 3. - С. 97-104.

52. Гурин, Е. И. Быстродействующий нониусный измеритель временных интервалов / Е. И. Гурин, Н. Н. Коннов, В. Б. Механов // Приборы и техника эксперимента. - 1999. - № 3. - С. 102-105.

53. Чулков, В. И. Теория и технические принципы фазовой интерполяции в устройствах синхронизации и преобразования информации / В. И. Чулков. - Пенза : Пензен. гос. ун-т, 2011. - 315 с.

54. Медведев, А. В. Временные интерполирующие преобразователи для контроля сигналов в устройствах хранения данных : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.05 / А. В. Медведев. - Пенза, 2010. - 142 с.

55. Kalisz, J. Review of methods for time interval measurements with picosecond resolution / J. Kalisz // Metrologia. - 2004. - Vol. 41, № 1. - P. 17-32.

56. Favi, C. A 17ps time-to-digital converter implemented in 65nm FPGA technology / C. Favi, E. Charbon // Proceeding of the ACM/SIGDA international symposium on Field programmable gate arrays - FPGA '09 Proceeding of the ACM/SIGDA international symposium. - Monterey, California, USA : ACM Press, 2009. - P. 113.

57. Bayer, E. A high-resolution (< 10 ps RMS) 32-Channel Time-to-Digital Converter (TDC) implemented in a Field Programmable Gate Array (FPGA) / E. Bayer, M. Traxler. - 2010. - P. 1-5.

58. Эннс, В. И. Проектирование аналоговых КМОП-микросхем : крат. справ. разработчика / В. И. Эннс, Ю. М. Кобзев. - Москва : Горячая линия-Телеком, 2005. - 454 с.

59. Sail, E. Comparison of two thermometer-to-binary decoders for highperformance flash ADCs / E. Sall, M. Vesterbacka // 2005 NORCHIP. - Oulu, Finland : IEEE, 2005. - P. 253-256.

60. Оценка влияния ключевых параметров FPGA серии Cyclone V при проектировании цифровых преобразователей время-код / А. П. Грунин, Г. А. Калинов, Д. Г. Калинов, Д. С. Мигунов, В. И. Римлянд // Ученые заметки ТОГУ. - 2017. - Т. 8, № 3. - С. 372-377. - URL : http://pnu.edu.ru/ejournal/pub/ articles/1824/ (дата обращения: 10.03.2022).

61. Бунтов, В. Д. Микропроцессорные системы : учеб. пособие / В. Д. Бунтов, С. Б. Макаров. - Санкт-Петербург : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 199 с.

62. Измерение интервала времени с пикосекундным разрешением для системы «лазер - времяпозиционно-чувствительный детектор излучения» / У. Юсупалиев [и др.] // Прикладная физика. - 2009. - № 5. - С. 113-118.

63. Minutoli, S. A 96-channel, 500 ps resolution TDC board for the BaBar experiment at SLAC / S. Minutoli, E. Robutti // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2000. - Vol. 47, № 2. - P. 147-150.

64. A new drift chamber TDC readout for the high intensity program of the NA48 experiment / R. Arcidiacono [et all.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. Accel. Spectrometers Detect. Assoc. Equip. - 2004 - P. 493-494.

65. A 100-ps time-resolution CMOS time-to-digital converter for positron emission tomography imaging applications / B. K. Swann [et all.] // IEEE J. Solid-State Circuits. - 2004. - Vol. 39, № 11. - P. 1839-1852.

66. Amplitude-Modulated Laser Radar for Range and Speed Measurement in Car Applications / X. Mao [et all.] // IEEE Trans. Intell. Transp. Syst. - 2012. - Vol. 13. -P. 408-413.

67. An 11-bit high-resolution and adjustable-range CMOS time-to-digital converter for space science instruments / K. Karadamoglou [et all.] // IEEE J. Solid-State Circuits. - 2004. - Vol. 39, № 1. - P. 214-222.

68. Low power high resolution TDC with fast data conversion for balloon-borne experiments / H. Matsumoto [et all.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1996. - Vol. 43, № 4. -P. 2195-2198.

69. On estimation of NBTI-Induced delay degradation / M. Noda [et all.] // 2010 15th IEEE European Test Symposium. - 2010. - P. 107-111.

70. On-chip temperature and voltage measurement for field testing / Y. Miura [et all.] // 2012 17th IEEE European Test Symposium (ETS). - 2012. - P. 1-1.

71. A novel capture-safety checking method for multi-clock designs and accuracy evaluation with delay capture circuits / K. Miyase [et all.] // 2012 IEEE 30th VLSI Test Symposium (VTS). - 2012. - P. 197-202.

72. Красовский, П. А. Метрология космических навигационных спутниковых систем / П. А. Красовский. - Менделеево : ВНИИФТРИ, 2009. - 215 с.

73. Безменов, И. В. Теоретические основы построения моделей для описания современных шкал времени и стандартов частоты / И. В. Безменов, И. Ю. Блинов. - Менделеево : ВНИИФТРИ, 2015. - 528 с.

74. Ковалев, Р. Б. Синхронизация бортовой шкалы времени космического аппарата с системным временем ГЛОНАСС при помощи аппаратуры радионавигации / Р. Б. Ковалев // Исследования наукограда. - 2017. - Т. 1, № 2. -С. 72-75.

75. Каган, С. Н. О возможности опорных узлов формирования шкалы времени ССОП с использованием эталонной базы ГСВЧ / С. Н. Каган // Альманах современной метрологии. - 2014. - № 1. - С. 86-101.

76. Wang, H. A 14-Bit, 1-ps resolution, two-step ring and 2D Vernier TDC in 130 nm CMOS technology / H. Wang, F. F. Dai // ESSCIRC 2017 - 43rd IEEE European Solid State Circuits Conference. - 2017. - P. 143-146.

77. A fine-resolution pulse-shrinking time-to-digital converter with completion detection utilizing built-in offset pulse / T. Iizuka [et all.] // 2016 IEEE Asian Solid-State Circuits Conference (A-SSCC). - 2016. - P. 313-316.

78. Kim, B. An 8bit, 2.6ps two-step TDC in 65nm CMOS employing a switched ring-oscillator based time amplifier / B. Kim, H. Kim, C.H. Kim // 2015 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC). - 2015. - P. 1-4.

79. Alahdab, S. A time-to-digital converter (TDC) with a 13-bit cyclic time domain successive approximation interpolator with sub-ps-level resolution using current DAC and differential switch / S. Alahdab, A. Mantyniemi, J. Kostamovaara // 2013 IEEE 56th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). - 2013. -P. 828-831.

80. A 0.6V 1.17ps PVT-tolerant and synthesizable time-to-digital converter using stochastic phase interpolation with 16* spatial redundancy in 14nm FinFET technology / S.-J. Kim [et all.] // 2015 IEEE International Solid-State Circuits Conference - (ISSCC) Digest of Technical Papers. - 2015. - P. 1-3.

81. Wu, J. The 10-ps wave union TDC: Improving FPGA TDC resolution beyond its cell delay / J. Wu, Z. Shi // 2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. - 2008. - The 10-ps wave union TDC. - P. 3440-3446.

82. Won, J. Y. Time-to-Digital Converter Using a Tuned-Delay Line Evaluated in 28-, 40-, and 45-nm FPGAs / J. Y. Won, J. S. Lee // IEEE Trans. Instrum. Meas. - 2016.

- Vol. 65, № 7. - P. 1678-1689.

83. Multiple-event direct to histogram TDC in 65nm FPGA technology / N. Dutton [et all.] // 2014 10th Conference on Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME). - 2014. - P. 1-5.

84. A 3.9-ps RMS Precision Time-to-Digital Converter Using Ones-Counter Encoding Scheme in a Kintex-7 FPGA / Y. Wang [et all.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. -2017. - Vol. 64, № 10. - P. 2713-2718.

85. A 1.7 ps Equivalent Bin Size and 4.2 ps RMS FPGA TDC Based on Multichain Measurements Averaging Method / Q. Shen [et all.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2015. -Vol. 62, № 3. - P. 947-954.

86. A 1.15-ps Bin Size and 3.5-ps Single-Shot Precision Time-to-Digital Converter With On-Board Offset Correction in an FPGA / X. Qin [et all.] // IEEE Trans. Nucl. Sci.

- 2017. - Vol. 64, № 12. - P. 2951-2957.

87. Zhang, J. An 8.5-ps Two-Stage Vernier Delay-Line Loop Shrinking Time-to-Digital Converter in 130-nm Flash FPGA / J. Zhang, D. Zhou // IEEE Trans. Instrum. Meas. - 2018. - Vol. 67, № 2. - P. 406-414.

88. A 2.5-ps Bin Size and 6.7-ps Resolution FPGA Time-to-Digital Converter Based on Delay Wrapping and Averaging / P. Chen [et all.] // IEEE Trans. Very Large Scale Integr. VLSI Syst. - 2017. - Vol. 25, № 1. - P. 114-124.

89. High-Precision PLL Delay Matrix With Overclocking and Double Data Rate for Accurate FPGA Time-to-Digital Converters / Poki. Chen [et all.] // IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. - 2020. - Vol. 28 - P. 904-913.

90. Об утверждении Положения о Государственной службе времени, частоты и определения параметров вращения Земли : постановление Правительства РФ от

23.03.2001 № 225 (ред. от 17.04.2021) // Собрание законодательства РФ. - 2001. -№ 14. - Ст. 1361 ; 2021. - № 17. - Ст. 2979.

91. Об утверждении Положения о полномочиях Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» и федеральных органов исполнительной власти по поддержанию, развитию и использованию глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах обеспечения обороны и безопасности государства, социально-экономического развития Российской Федерации и расширения международного сотрудничества, а также в научных целях : постановление Правительства РФ от 30.04.2008 № 323 (ред. от 19.01.2021) // Собрание законодательства РФ. - 2008. - № 18. - Ст. 2058 ; 2021. - № 4. - Ст. 694.

92. Об утверждении Положения о Государственной службе времени, частоты и определения параметров вращения Земли : постановление Правительства РФ от 23.03.2001 № 225(ред. от 17.04.2021) // Собрание законодательства РФ. - 2001. -№ 14. - Ст. 1361 ; 2021. - № 17. - Ст. 2979.

93. Об утверждении состава и структуры технических средств и систем Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли : приказ Росстандарта от 09.04.2018 № 650 // ООО «Софтинфо». - URL: https://client.consultant.ru/site/list/?id=1014715774 (дата обращения: 13.03.2022).

94. Об использовании глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах социально-экономического развития Российской Федерации : указ Президента РФ от 17.05.2007 № 638 (ред. от 12.04.2019) // Собрание законодательства РФ. - 2007. - № 21. - Ст. 2492.

95. Об исчислении времени : федер. закон от 03.06.2011 № 107-ФЗ (ред. от 22.12.2020) // Собрание законодательства РФ. - 2011. - № 23. - Ст. 3247 ; 2020. - № 52 (ч. I) . - Ст. 8578.

96. Об обеспечении единства измерений : федер. закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ (ред. от 11.06.2021) // Собрание законодательства РФ. - 2008. - № 26. -Ст. 3021 ; 2021. - № 24 (ч. I). - Ст. 4188.

97. Generation of UTC(PTB) as a fountain-clock based time scale / A. Bauch [et all.] // Metrologia. - 2012. - Vol. 49, № 3. - P. 180-188.

98. ГОСТ 8.567-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения времени и частоты. Термины и определения (принят МССМС 08.10.1999, Протокол № 16) // ООО «Софтинфо». - URL: https://client.consultant.ru/site/list/?id=1014715806 (дата обращения: 13.03.2022).

99. Государственный вторичный эталон единиц времени и частоты ВЭТ 1-7. Методика расчета шкалы времени UTC(Khm). - Дальневост. фил. ФГУП «ВНИИФТРИ», 2013.

100. Энатская, Н. Ю. Теория вероятностей и математическая статистика для инженерно-технических направлений / Н. Ю. Энатская, Е. Р. Хакимуллин. -Москва: Юрайт, 2016. - 339 с.

101. Уоллс, Ф. Л. Стандарты частоты на атомарном водороде / Ф. Л. Уоллс // ТИИЭР. - 1986. - Т. 74, № 1. - С. 160-164.

102. Vasil'ev, V. I. Minimization of the Instability of Hydrogen Frequency Standards in Long Time Intervals / V. I. Vasil'ev // Meas. Tech. - 2018. - Vol. 61, № 5.

- p. 474-480.

103. ЯКУР.411735.010ПЗ2 Пояснительная записка TO.pdf. - ЗАО «Время Ч», 2013.

104. Kalinov, D. G. Pre-Calibration of the Phase Interpolator of a Precision Time Interval Meter / D. G. Kalinov, V. I. Rimlyand // Meas. Tech. - 2020. - Vol. 63, № 5. -P. 353-360.

105. Experimental Investigations of a Prototype of a System of Unilateral and Bilateral Comparisons of Time Scales / O. V. Kolmogorov [et all.] // Meas. Tech. - 2017.

- Vol. 59, № 10. - P. 1094-1097.

106. Колмогоров, О. В. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени с использованием эффекта вынужденного комбинационного рассеяния в оптическом волокне / О. В. Колмогоров, Д. В. Прохоров, С. С. Донченко, Е. В. Чемесов // Измерительная техника. - 2020. - № 6. - С. 27-32.

107. Комплекс средств для сравнения по ВОЛС шкал времени эталонов и передачи эталонных радиочастотных сигналов / О. В. Колмогоров [и др.] // Альманах современной метрологии. - 2017. - № 11. - С. 150-170.

108. Передача эталонных сигналов времени и частоты по 200-километровой волоконной линии с оптическими EDFA усилителями / А. В. Наумов [и др.]. - ФГУП «ВНИИФТРИ», 2016. - С. 129.

109. An Analysis of the Frequency Instability of the Group Signal of an Ensemble of Active Hydrogen Standards / S.D. Podogova [et all.] // Meas. Tech. - 2014. - Vol. 57, № 7. - P. 770-776.

110. Демидов, Н. Водородные стандарты частоты и времени. Современное состояние и тенденции развития / Н. Демидов, В. Васильев // Электроника. Наука. Технология. Бизнес. - 2008. - № 4. - С. 92-97.

111. Czuba, K. Temperature Stability of Coaxial Cables / K. Czuba, D. Sikora // Acta Phys. Pol. A. - 2011. - Vol. 119, № 4. - P. 553-557.

112. Hirai, N. Location Attempt of Multiple Heated Spots in a Polymer-insulated Coaxial Cable by Frequency Domain Reflectometry / N. Hirai, Y. Ohki // 2018 Condition Monitoring and Diagnosis (CMD). - Perth, WA: IEEE, 2018. - P. 1-4.

113. Фазовый компаратор 6 каналов, 100 МГц с возможностью 5/10 МГц Элемент № 10265 // Компания ГЕО-ЦУП : сайт. - URL: http://geo-zup.ru/upload/iblock/d5f/d5f3b508adafc467c47f91f419568794.pdf (дата обращения: 13.03.2022).

114. Riley, B. Stable32 Frequency Stability Analysis Programtable 32 User Manual / B. Riley. - Hamilton Technical Services, 2008.

115. Allan, D.W. Statistics of atomic frequency standards / D.W. Allan // Proc. IEEE. - 1966. - Vol. 54, № 2. - P. 221-230.

116. Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia. Statistical Interpretation of Allan Variance as a Characteristic of Measurements and Navigation Devices / Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia, T. N. Siraya // Giroskopiya Navig. - 2020. - Vol. 28, № 1. - P. 3-18.

117. Гончаров, А. С. Эталонный комплекс времени и частоты для национальной шкалы времени РФ / А. С. Гончаров, Ю. Ф. Смирнов, И. Б. Норец // Альманах современной метрологии. - 2017. - № 11. - С. 221-229.

118. Базовый комплекс времени и частоты. Руководство по эксплуатации ЯКУР.411735.010РЭ.

119. Смирнов, Ф. Р. Исследование метрологических характеристик базового комплекса времени и частоты / Ф. Р. Смирнов // Метрология в XXI веке. - ФГУП «ВНИИФТРИ», 2016. - С. 265-270.

120. Характеристики долговременной нестабильности водородных стандартов частоты и времени нового поколоения / С. И. Донченко [и др.] // Измерительная Техника. - 2020. - № 1. - С. 35-38.

121. Parameter | Temperature & Humidity Control Chambers. - URL: https://humiditycontrol.com/product/30-cu-ft-chamber (дата обращения: 13.03.2022).

122. Стандарт частоты и времени водородный. Руководство по эксплуатации ЯКУР.411141.037РЭ.

123. Стандарт частоты водородный Ч1-75А. Руководство по эксплуатации. ЯНТИ.411146.031РЭ.

124. Калинов, Д. Г. Система поддержания температуры эталонного комплекса времени и частоты / И. В. Федянин, Д. Г. Калинов, В. И. Римлянд // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - Хабаровск, 2020. -№ 1. - С. 9-18.

125. Технические средства обеспечения функционирования эталонных комплексов для время-частотных измерений / В. И. Нестулей [и др.] // Альманах современной метрологии. - 2016. - № 8. - С. 324-332.

126. Hrog-5 Frequency and phase offset generator operating manual. - URL: http: //spectradynamics. ru/products/sintezatory-chastot/hrog-5 (дата обращения: 13.03.2022).

127. Jian Song. A high-resolution time-to-digital converter implemented in field-programmable-gate-arrays / Jian Song, Qi An, Shubin Liu // IEEE Trans. Nucl. Sci. -2006. - Vol. 53, № 1. - P. 236-241.

128. A Fully Fledged TDC Implemented in Field-Programmable Gate Arrays / J. Wang [et all.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2010. - Vol. 57, № 2. - P. 446-450.

129. A multi-channel, 10ps resolution, FPGA-based TDC with 300MS/s throughput for open-source PET applications / H. Menninga [et all.] // 2011 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record 2011 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2011 NSS/MIC). - Valencia, Spain : IEEE, 2011. -P. 1515-1522.

130. A high resolution FPGA-based TDC with nonlinearity calibration / Y.-H. Chen [et all.] // Proceedings - 2012 International Symposium on Instrumentation and Measurement, Sensor Network and Automation, IMSNA 2012. - 2012. - Vol. 1. -P. 44-47.

131. Chan, A. H. A jitter characterization system using a component-invariant Vernier delay line / A. H. Chan, G. W. Roberts // IEEE Trans. Very Large Scale Integr. VLSI Syst. - 2004. - Vol. 12, № 1. - P. 79-95.

132. Brockhaus, H. Single particle detector system for high resolution time measurements / H. Brockhaus, A. Glasmachers // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1992. -Vol. 39, № 4. - P. 707-711.

133. Государственная служба времени, частоты определения параметров вра щения Земли / сост.: С. Б. Пушкин, В. Г. Пальчиков. - 2-е изд., доп. и перераб. -Москва : ВНИИФТРИ, 2013. - 234 с.

134. Смирнов, Ф. Р. Исследование характеристик измерителей интервалов времени / Ф. Р. Смирнов, А. В. Наумов // Метрология в XXI веке. - Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений», 2014. - С. 75-78.

135. Уоллс, Ф. Л. Измерения стабильности частоты / Ф. Л. Уоллс, Д. У. Ален // ТИИЭР. - 1986. - Т. 74, № 1. - С. 182-188.

136. Bureay International des Poids et Mesures. - URL: https://www.bipm.org (дата обращения: 13.03.2022).

137. Еженедельный бюллетень ГСВЧ. - URL: http://pvz.vniiftri.ru/bull_A_Q.php (дата обращения: 13.03.2022).

ПРИЛОЖЕНИЕ КОМПЛЕКСА

1 АКТ ВНЕДРЕНИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО-

КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ ВРЕВЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ПИКОСЕКУНДНОГО РАЗРЕШЕНИЯ И СИСТЕМЫ ВЫСОКОСТАБИЛЬНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЛОКАЛЬНЫХ ОБЬЕМАХ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 АКТ ОБ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОМПЛЕКСА ХРАНЕНИЯ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ ВТОРИЧНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ ВЭТ 1-7

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор ФГУП «ВНИИФТРИ»

Акт №9/01 от «_[±_» 2020 года

об изготовлении

Комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1 -7 МГФК.411711.155 в рамках подэтапа № 9.1 ОКР «Шкалы»

Комиссия в составе: Председатель:

- заместитель генерального директора - начальник ГМЦ ГСВЧ Блинов И.Ю. Члены комиссии:

- заместитель начальника ГМЦ ГСВЧ по метрологии Александров О.Г.;

- начальник отдела ИМОСР ГМЦ ГСВЧ Станкевич И. А;

- ведущий инженер лаборатории №761 ГМЦ ГСВЧ Кукушкин Г.Ю.

настоящим Актом подтверждает, что предприятием ФГУП «ВНИИФТРИ» за счет стоимости работ по Государственному контракту №120-313 от 23.07.2012 г. между Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии и ФГУП «ВНИИФТРИ» и по Дополнительному соглашению № 13 от 2 июня 2020 г. в рамках подэтапа 9.1 ОКР «Шкалы» изготовлен комплекс хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155, включающий:

1. Эталонный комплекс времени и частоты МГФК.411711.312 в составе:

- Базовый комплекс времени и частоты ЯКУР .411735.020;

- Комплекс управления и информационного обмена МГФК.468323.044;

- Комплекс формирования шкалы времени МГФК.403511.036;

- Комплекс сравнений шкал времени МГФК.411711.323;

- Комплект запасных частей МГФК.411973.058 ЗИ.

2. Комплекс средств технического обеспечения МГФК.468262.003 в составе:

- Система электроснабжения МГФК.565212.002;

- Система вентиляции и поддержания температурно-влажностного режима МГФК.632143.003;

- Система контроля и мониторинга МГФК.468332.171. Приложение:

1. Внешний вид составных частей комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1 -7 МГФК.411711.155, изготовленного в

рамках выполнения ОКР «Шкалы». 2. Состав комплекса хранения шкалы времени и частоты ВЭТ 1-7

И.А. Станкевич Г.Ю. Кукушкин

Приложение №1 к Акту об изготовлении комплекса хранения шкалы времени ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155,

изготовленного в рамках выполнения ОКР «Шкалы»

Рисунок 1 - Внешний вид Базового комплекса времени и частоты ЯКУР411735.020

КСШВ ГНСС КУИО КФШВ

Рисунок 2 - Внешний вид составных частей ЭКВЧ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 АКТ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОМПЛЕКСА ХРАНЕНИЯ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ ВТОРИЧНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦ И ВРЕМЕНИ ВЭТ 1-7

УТВЕРЖДАЮ Заместитель генерального директора -

АКТ

МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

КОМПЛЕКСА ХРАНЕНИЯ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ ВТОРИЧНОГО ЭТАЛОНА

ЕДИНИЦ И ВРЕМЕНИ ВЭТ 1-7

Шифр: ОКР «Шкалы»

Комиссия по проведению метрологических исследований в составе:

председатель комиссии:

заместитель начальника ГМЦ ГСВЧ по метрологии О.Г. Александров

заместитель

председателя комиссии:

Начальник 70 центра ГМЦ ГСВЧ O.A. Картавенко

члены комиссии:

Начальник лаборатории лаб.722 А.И. Жариков

Ведущий инженер лаборатории №761 Г,Ю. Кукушкин

в период с 15 мая 2020 г. по 25 мая 2020 г. по утверждённой Заместителем генерального директора-начальником ГМЦ ГСВЧ «Программе и методикам...» провела метрологические исследования комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц и времени ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 (далее КХШВ ВЭТ 1-7) — составной части комплекса хранения национальной шкалы времени.

1. Цель и задачи метрологических исследований:

1.1 Целью метрологических исследований является предварительная оценка соответствия метрологических характеристик КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 требованиям T3 на выполнение ОКР «Модернизация комплексов хранения национальной шкалы времени UTC(SU) в интересах достижения заданных тактико-технических характеристик системы ГЛОНАСС», шифр ОКР «Шкалы» в части:

1) погрешности измерений нестабильности частоты (СКДО), вносимой аппаратурой внутренних сличений при интервале времени измерения 1 сутки;

2) нестабильности (СКДО) частоты водородных стандартов времени и частоты при интервале времени измерения 1 сут;

3) нестабильности (СКДО) групповой частоты ТА(КХШВ) ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут.;

1.2 В ходе метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 решались

следующие задачи:

оценка соответствия метрологических характеристик КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 требованиям ТЗ;

определение возможности предъявления КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 на предварительные испытания.

2 Краткий отчёт о метрологических исследованиях КХШВ ВЭТ 1-7

2.1 Для проведения метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 в соответствии с «Программой и методиками..» комиссии были представлены:

КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155;

техническое задание на выполнение ОКР «Модернизация комплексов хранения национальной шкалы времени иТС(8и) в интересах достижения заданных тактико-технических характеристик системы ГЛОНАСС», шифр ОКР «Шкалы» и дополнения №№1-5 к техническому заданию;

календарный план на 2020 год на выполнение ОКР «Шкалы» по ГК №120-313 от 23 июня 2012 года;

комплект рабочей конструкторской документации КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155;

комплект эксплуатационной документации КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 ВЭ;

Программа и методики метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155.

2.2 Решением комиссии представленные материалы признаны не требующими уточнения и достаточными для проведения метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155. При этом были установлены:

пригодность и готовность КХШВ ВЭТ 1-7 к проведению метрологических исследований;

пригодность средств измерений, испытательного оборудования и вспомогательных

устройств;

готовность участников исследований, в том числе знание правил проведения испытаний и эксплуатации испытуемого изделия и наличие допуска к работам с электрооборудованием.

2.3 В ходе проведения метрологических исследований были выполнены:

проверка выполнения требований ТЗ к метрологической характеристике КХШВ ВЭТ 1 -7 - погрешности измерений нестабильности частоты (СКДО), вносимой аппаратурой

внутренних сличений при интервале времени измерения 1 сутки;

проверка выполнения требований ТЗ к метрологической характеристике КХШВ ВЭТ 1 -7 - нестабильности (СКДО) частоты водородных стандартов времени и частоты при интервале времени измерения 1 сут.;

проверка выполнения требований ТЗ к метрологической характеристике КХШВ ВЭТ 1-7 - нестабильности (СКДО) групповой частоты ТА(КХШВ) ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут.

2.4 Результаты оценки соответствия метрологических и технических характеристик предъявленного КХШВ ВЭТ 1 -7 МГФК.411711.155 требованиям ТЗ на ОКР «Шкалы» и дополнений №№ 1-5 к нему представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

Пункт ПМ Наименование Результат метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

6.1 Оценка погрешности измерений нестабильности частоты (СКДО), вносимой аппаратурой внутренних сличений при интервале времени измерения 1 сутки Погрешность измерений нестабильности частоты (среднее квадратическое относительное двухвыборочное отклонение), вносимой аппаратурой внутренних сличений соответствует требованиям, установленным в п. 3.3.2.3 ТЗ.

6.2 Оценка нестабильности (СКДО) частоты водородных стандартов времени и частоты при интервале времени измерения 1 сут. Среднее квадратическое относительное двухвыборочное отклонение частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц соответствует требованиям, установленным в п.3.3.2.3 ТЗ.

6.3 Оценка нестабильности (СКДО) групповой частоты ТА(КХШВ) ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут. Среднее квадратическое относительное двухвыборочное отклонение групповой частоты КХШВ ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут не превышает 3,0 ■ 10~16.

3 Недостатки и замечания, обнаруженные по результатам метрологических

исследований КХШВ ВЭТ 1-7

3.1 Замечаний нет.

4 Выводы и рекомендации комиссии по результатам метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7

4.1 Результаты проведённых метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 считать положительными.

4.2 Цели и задачи метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 считать выполненными в полном объёме.

4.3 Метрологические и технические характеристики опытного образца КХШВ ВЭТ I -7 МГФК.411711.155 соответствуют требованиям ТЗ на ОКР «Шкалы» и дополнений №142 1-5 к нему.

4.4 КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155 в целом соответствует требованиям ТЗ и рекомендуется к предъявлению на предварительные испытания.

Приложения:

1. Протоколы №№ 1-3 метрологических исследований КХШВ ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155.

Председатель комиссии:

Заместитель председателя комиссии:

Члены комиссии:

ПРОТОКОЛ № 1

метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

Оценка погрешности измерений нестабильности частоты (среднее квадратическое относительное двухвыборочное отклонение), вносимой аппаратурой внутренних

сличений.

Опытный образец комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

наименование изделия, обозначение

Погрешность измерений нестабильности частоты (среднее квадратическое относительное двухвыборочное отклонение), вносимой аппаратурой внутренних сличений_

наименование пункта и (или) номер пункта ПМ

В соответствии с п.6.1 «Программы и методики метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155, разработанного в рамках ОКР «Шкалы»

наименование методики и (или) номер пункта ПМ

Дальневосточный филиал ФГУП «ВНИИФТРИ»_

место проведения испытаний

с 15.05.2020 по 25.05.2020_

дата проведения испытаний

Температура (20,0 ±0,1) °С; относительная влажность (40 ± 4) %; атмосферное давление (100,0 ± 0,2) кПа___

условия проведения испытании

Погрешность измерений нестабильности частоты (СКДО), вносимая устройством внутренних сличений при интервале времени измерения 1 сут, составляет 1,23-10"17.

Замечаний нет.

7. Выводы: Погрешность измерений СКДО, вносимой аппаратурой

внутренних сличений соответствует требованиям,

1 Объект

испытаний:

2. Объем

испытаний:

3. Методика испытаний:

4. Условия проведения испытаний

5. Результаты испытаний:

6. Замечания и рекомендации:

ПРОТОКОЛ № 2

метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени рабочего эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

Оценка среднего квадратического относительного двухвыборочного отклонения частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц

1 Объект

метрологических исследований:

2. Объем метрологических исследований:

3. Методика метрологических исследований:

4. Условия проведения метрологических исследований

5. Результаты

метрологических исследований:

Опытный образец комплекса хранения шкалы времени рабочего эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

наименование изделия, обозначение

Оценка среднего квадратического относительного двухвыборочного отклонения частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц

наименование пункта и (или) номер пункта ПМ

В соответствии с п.6.2 «Программы и методики метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155, разработанного в рамках ОКР «Шкалы»

наименование методики и (или) номер пункта ПМ

Дальневосточный филиал ФГУП «ВНИИФТРИ»_

место проведения испытаний

с 15.05.2020 по 25.05.2020___

дата проведения испытаний

Температура (20,0 ± ОД) °С; относительная влажность (40 ± 4) %; атмосферное давление (100,0 ± 0,2) кПа_

условия проведения испытаний

Результаты метрологических исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты метрологических исследований

Наименование параметра Требования п. 3.3.2.3 ТЗ Данные испытаний

СЧВВ1 СЧВВ2 СЧВВЗ

СКДО частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГЦ при интервалах времени измерения 1 -40 сут <3,0-10"16 < 1,83-10"16 < 1,61 ТО46 < 1,83-10"16

6. Замечания и рекомендации:

Замечаний нет.

7. Выводы:

Среднее квадратическое относительное двухвыборочное отклонение частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц соответствует требованиям, установленным в п.3.3.2.3 ТЗ.

по кЬждой характеристике или в целом

Председатель комиссии Члены комиссии:

О.Г. Александров Г.Ю.Кукушкин

Приложение №1 к Протоколу № 2 метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени рабочего эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

Оценка среднего квадратического относительного двухвыборочного отклонения частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц при интервалах времени измерения 1 сутки проводилась согласно «Программы и методики метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени рабочего эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155»

Исходные данные для оценки среднего квадратического относительного двухвыборочного отклонения частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные относительной разности частот представлены в единицах МО"14

МЛ) Дата СЧВВ№1 - СЧВВ №2 СЧВВ №1 - СЧВВ №3 СЧВВ №2 -СЧВВ №3

58984 15.05.2020 -3,929 -7,211 -3,280

58985 16.05.2020 -4,024 -7,374 -3,350

58986 17.05.2020 -4,138 -7,512 -3,376

58987 18.05.2020 -4,210 -7,673 -3,463

58988 19.05.2020 -4,252 -7,760 -3,508

58989 20.05.2020 -4,331 -7,943 -3,613

58990 21.05.2020 -4,423 -8,085 -3,661

58991 22.05.2020 -4,507 -8,228 -3,723

58992 23.05.2020 -4,603 -8,405 -3,802

58993 24.05.2020 -4,694 -8,542 -3,845

58994 25.05.2020 -4,690 -8,603 -3,912

СКДО-1/-/2 0,0170 0,0150 0,0151

Результаты оценки среднего квадратического относительного двухвыборочного отклонения частоты выходных сигналов СЧВВ 5 МГц для интервала времени измерения 1 сутки:

-для СЧВВ №1 <1,70-10~16 -для СЧВВ №2 <1,51-Ю-16 -для СЧВВ №3 < 1,50-10-16

Член комиссии

ПРОТОКОЛ № 3

метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

Оценка нестабильности (СКДО) групповой частоты ТА(КХШВ) ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут.

1 Объект

метрологических исследований:

2. Объем метрологических исследований:

3. Методика метрологических исследований:

4. Условия проведения метрологических исследований

Опытный образец комплекса хранения шкалы времени вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155

наименование изделия, обозначение

Оценка нестабильности (СКДО) групповой частоты ТА(КХШВ) ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут.

наименование пункта и (или) номер пункта ПМ

В соответствии с п.6.3 «Программы и методики метрологических исследований комплекса хранения шкалы времени ВЭТ 1-7 МГФК.411711.155, разработанного в рамках ОКР «Шкалы»

наименование методики и (или) номер пункта ПМ

Дальневосточный филиал ФГУП «ВНИИФТРИ»_

место проведения испытаний

с 15.05.2020 по 25.05.2020

5. Результаты

метрологических исследований:

дата проведения испытаний

Температура (20,0 ± 0,1) °С; относительная влажность (40 ± 4) %; атмосферное давление (100,0 ± 0,2) кПа___

условия проведения испытаний

Среднее квадратическое относительное

двухвыборочное отклонение групповой частоты КХШВ ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут. составляет 2,25 ТО-16.

6. Замечания и рекомендации:

7. Выводы:

Замечаний нет.

СКДО групповой частоты КХШВ ВЭТ 1-7 при интервале времени измерения 1 сут. не превышает 3,0Т0"16.

характеристике или в целом

Председатель комиссии Члены комиссии:

О.Г. Александров Г.Ю.Кукушкин

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 АКТ О ЗАВЕРШЕНИИ ОПЫТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ИВИ-01

Восточно-Сибирский филиал ФГУП «ВНИИФТРИ»

Иркутск

Государственный вторичный эталон единиц времени и частоты ВЭТ 1 -5 «12 мая»2020 года

ПРОТОКОЛ № 1/2020

Сравнения метрологических характеристик измерителей временных интервалов

С1ЧТ-90, ИВИ-01 и "Кошка-П"

1. Объекты испытаний:

2.

Объем испытаний:

3. Методика

испытании:

Условия испытаний;

Результаты испытаний:

Шестиканальный измеритель интервалов времени ИВИ-01 разработки ДВФ ФГУП ВНИИФТРИ

10-канальный измеритель интервалов времени Кошка-П (компаратор и корректор шкал) разработки ВСФ ФГУП ВНИИФТРИ

Двухканальный измеритель интервалов времени СЫТ90 производства компании Репс1и1ит (Польша), входящий в комплекс ВЭТ 1 -5

наименование изделия, обозначение — —

Сравнение метрологических характеристик измерителей интервалов времени_

наименование и (или) номер пункта ИМ А

На каналы 1 и 2 измерителей подаются сигналы 1 Гц с водородного стандарта частоты и времени (СЧВ) Ч1-75А. Синхронизация настраивается по фронтам импульсов 1 Гц, задержка сигнала задается использованием подводящих кабелей разной длины. Задержка между сигнала не должна превышать 10 не.

В качестве опорного сигнала 5 МГц используется сигнал с другого СЧВ Ч1-75А, с относительной разностью частот 2x10"13, для обнаружения возможных зависимостей результатов измерений от фазы опорного сигнала.

Результаты измерений аппроксимируются полиномом второго порядка. Полученные значения полинома вычитаются из измерений, компенсируя квадратичный тренд.

Характеристикой случайной составляющей погрешности измерителей считается среднеквадратическое отклонение (СКО) полученных в результате компенсации тренда данных.

наименование и (или) номер пункта ПМА ~

Условия проведения испытаний соответствуют требованиям «Правил содержания и применения высокоточных измерительных приборов»

Испытания проводились в термостатированных помещения с температурой 21' С -0,2°С'

наименование гт (или) номер документа '

Результаты исследования метрологических характеристик приведены в таблице 1, и на рисунках 1-3.

результаты определения метрологических характеристик, приложения к протоколу, таблицы, графики

Таблица 1 - Сравнительные характеристики измерителей интервалов времени.

«Кошка-П» ИВИ-01 СГЧТ-90

Дата 06.02.2019 - 1 1.02.2019 19.03.2020-25.03.2020 27.02.2020 - 06.03.2020

Отсчет в начале интервала, не 3,8438 9,6459 1,1292

Отсчет в конце интервала, не 3,8524 9,6463 1,1196

Дрейф, пс 8,6 0,4 9,6

СКО единичного измерения, пс 88,9 10,5 100

СКО с интервалом усреднения 1 минута, пс 14,6 7,6 12,9

СКО с интервалом усреднения 15 минут, ПС 4,0 7,0 12,2

| Кошка-И