Time and frequency comparisons using radiofrequency signals from satellites

Andreas Bauch

doi:10.1016/j.crhy.2015.02.006

Time and frequency comparisons using radiofrequency signals from satellites

Andreas Bauch ¹

¹ Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany

Comptes Rendus. Physique, The measurement of time / La mesure du temps, Volume 16 (2015) no. 5, pp. 471-479.

Abstract
Résumé

The comparison of distant clocks has always been an important part of time metrology. It is important in science in general as well as in everyday applications. Signals from the satellites of the Global Positioning System (GPS) started to be used for the purpose in the early 1980s. The methods of signal processing have improved to an extent that time transfer with ns-accuracy and frequency transfer with $10^{- 15}$ relative instability have become routine. The usage of signals from other Global Navigation Satellite Systems gets more and more common and examples of the improvements related to that will be given. Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer (TWSTFT) is another method relying on the exchange of signals in the microwave range. Time transfer accuracy at the 1-ns level was demonstrated, and recently new signal structures and processing schemes showed the way for further improvements.

La comparaison d'horloges distantes, qui a toujours été une part importante de la métrologie du temps et des fréquences, concerne aussi bien la science en général que les applications quotidiennes. Une des techniques utilisées repose sur les signaux des systèmes de radionavigation par satellites (GNSS pour Global Navigation Satellite System), qui ont commencé à être exploités au début des années 1980 avec les signaux du Global Positioning System (GPS) américain. Les méthodes de traitement de ces signaux se sont améliorées au cours du temps, permettant d'obtenir aujourd'hui de façon routinière des transferts de temps avec une exactitude de l'ordre de la nanoseconde, et des transferts de fréquence avec une instabilité de $10^{- 15}$ en fréquence relative. L'utilisation de signaux d'autres constellations GNSS se développe de plus en plus, et des exemples d'améliorations attendues sont présentés. Une autre technique de transfert de temps à « deux voies » (TWSTFT pour Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer) est basée sur l'échange de signaux dans la gamme des fréquences micro-ondes, via des répéteurs de satellites géostationnaires de télécommunications. Une exactitude des transferts de temps au niveau de 1 ns a été démontrée, et de nouvelles structures de signal associées à de nouveaux traitements ont récemment montré la voie vers d'autres améliorations.

Published online: 2015-03-06

DOI: 10.1016/j.crhy.2015.02.006

Keywords: Frequency standards, Time and frequency metrology, GNSS, TWSTFT
Mots-clés : Étalon de fréquence, Métrologie temps–fréquence, GNSS, TWSTFT

Author's affiliations:

Andreas Bauch ¹

¹ Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany

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Andreas Bauch. Time and frequency comparisons using radiofrequency signals from satellites. Comptes Rendus. Physique, The measurement of time / La mesure du temps, Volume 16 (2015) no. 5, pp. 471-479. doi : 10.1016/j.crhy.2015.02.006. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2015.02.006/

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