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23ème Conférence générale des poids et mesures Paris, 12-16 novembre 2007 1 23ème Conférence générale des poids et mesures Rapport du Comité Consultatif du Temps et des Fréquences Luc ERARD Président du CCTF

23ème Conférence générale des poids et mesures Rapport du Comité Consultatif

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23ème Conférence générale des poids et mesures Rapport du Comité Consultatif du Temps et des Fréquences Luc ERARD Président du CCTF. Sommaire. TAI/UTC Comparaisons d’horloges Comparaisons clés (KC) Groupes de travail (WG) Développements futurs. International time scales TAI and UTC. - PowerPoint PPT Presentation

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23ème Conférence générale des poids et mesuresParis, 12-16 novembre 2007

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23ème Conférence générale des poids et mesures

Rapport du Comité Consultatif du Temps et des Fréquences

Luc ERARDPrésident du CCTF

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23ème Conférence générale des poids et mesuresParis, 12-16 novembre 2007

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Sommaire

• TAI/UTC• Comparaisons d’horloges• Comparaisons clés (KC) • Groupes de travail (WG)• Développements futurs

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International time scales TAI and UTC• The BIPM is responsible for realizing, maintaining and disseminating the

international reference time scales;

• International time keeping is the result of the cooperation of many laboratories distributed worldwide;

• The efforts of the community dealing with time metrology are focused towards the construction of time scales adapted to the most demanding applications and requiring:– Continuity– Reliability– Accessibility– Frequency stability of order 10-15

– Frequency accuracy of order 10-15 (traceability to the SI second)

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International time scales TAI and UTCTAI

Atomic scale (14th CGPM,1971), ContinuousCalculated in post-real time (~10 days after the last

date of data), Frequency stability (0.5 x 10-15 @40 days)

Unit: SI second, Frequency accuracy (~10-15) It has no representations through clocks, not

disseminated It has scientific applications and provides a

frequency reference

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International time scales TAI and UTCUTC (coordinated universal-time)

Atomic time scale (ITU-R, Rec. 460, 1970; 460-1, 1974) Continuous with one-second steps at irregular intervals

(leap second) Differs from TAI in an integer number of seconds (33 s at

present) Post-processed (~10 days after last date of data) Unit: SI second, Frequency stability and accuracy (idem

TAI) Represented by clocks

Local approximations UTC(k), [UTC-UTC(k)] < 100 ns (recomm.)

Disseminated Circular T, CCTF-K001.UTC (delayed time), Time signals (real

time approximations) Legal applications

Basis of legal times

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TAI/UTC ALGOS (algorithm for calculation)

Time and frequency differences

Clock data Time transferdata

EAL •Optimized frequency stability

•No constrained to be accurate in frequency

PFS data Frequency corrections

+

TAI + (-n x s) UTC

•Optimized frequency stability

•Accurate in frequencyIERS leap second announcements

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PRIMARY FREQUENCY STANDARDS (PFS)

• 11 regularly reporting measurements to BIPM – from 6 time National metrology

laboratories• 7 are Caesium fountains

– frequency accuracy 0.5 to 4 × 10-15

• improve the accuracy of the TAI

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Typical characteristics of the calibrations of the TAI frequency provided by the different primary

standards in 2006 Primary Standard

Type /selection

Type B std. Uncertainty

Operation Comparison with

Number/typical duration of comp.

IT-CSF1 Fountain (0.5 to 0.8)x10-15

Discontinuous H maser 3 / 20 to 35 d

NICT-O1 Beam /Opt.

6x10-15 Discontinuous UTC(NICT) 2 / 20 to 30 d

NIST-F1 Fountain

0.3x10-15 Discontinuous H maser 3 / 30 to 40 d

NMIJ-F1 Fountain

4x10-15 Discontinuous H maser 3 / 10 to 15 d

PTB-CS1 Beam /Mag.

8x10-15 Continuous TAI 12 / 30 d

PTB-CS2 Beam /Mag.

12x10-15 Continuous TAI 12 / 30 d

PTB-CSF1 Fountain

1.1x10-15 Discontinuous H maser 2 / 10 to 15 d

SYRTE-FO1 Fountain

0.4x10-15 Discontinuous H maser 2 / 15 d

SYRTE-FO2 Fountain

0.4x10-15 Discontinuous H maser 3 / 5 to 15 d

SYRTE-FOM Fountain

1.2x10-15 Discontinuous H maser 1 / 15 d

SYRTE-JPO Beam /Opt.

6x10-15 Discontinuous H maser 11 / 20 to 30 d

Reports of operation of PFS are regularly published in the BIPM Annual Report

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Improvements in the algorithm• Model of instability of EAL

– is used to include PFS calibrations in a month of calculation of Circular T

– normalized filter coefficients (“weights”) that depend on

• uncertainty of the PFS evaluation• distance between the intervals of evaluation and

calculation• instability of EAL

• Need of a refined model (Arias&Petit, 2005)– negative filter coefficients– stability of PFS better than that of EAL

• New model adopted since 2005.7

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Improvements in the algorithmEAL stability models

1.E-16

1.E-15

1.E-14

10 100 1000t / day

sy(t

)

Until 2005.7 Since 2005.7

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Comparaisons clés (KC)• CCTF-K001.UTC

– Published since January 2005– Reference value is UTC– Updated monthly

• CCTF-K002.FREQ– Under construction – Coordination between CCTF WG on the MRA

and the BIPM

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CCTF-K001.UTC Calculation of UTCDegrees of equivalence: [UTC - UTC (k )] and its expanded uncertainty (U k = 2u k )

Computed values for 26 September 2007 at 0h UTC, MJD = 54369

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

NM

IAB

EV

BIM

Bel

GIM

ME

TAS

CE

NA

MC

EN

AM

EP

EIM

INR

IM JVK

RIS

SV

MT/

PFI

LNM

CM

IKE

SM

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HM

SL

NIC

TN

IMIN

M(R

O)

NIM

TN

ISN

IST

NM

IJN

ML-

SIR

IMN

PL

NP

LIN

RC

OP

GU

MP

TBR

OA

SC

LS

PR

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Sin

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SL

DM

DM

[UTC

- U

TC(k

)] (m

odul

o 10

0 ns

) /

ns

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Groupes de travail (WG)

• WG on TAI– Symposium on time scales algorithms

in 2008 (San Fernando)– GPS CV to AV (with a pivot laboratory)

• WG on Global navigation satellite system: means of implementing the use of carrier phase for time and frequency transfer in TAI

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Groupes de travail (WG)

• WG on TWSTFT:– Negociation of links with Intelsat

• WG on Coordination of the Development of Advanced Time and Frequency Transfer Techniques

• WG on Primary frequency standard: – Workshop in Geneva, 2007

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23ème Conférence générale des poids et mesuresParis, 12-16 novembre 2007

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Groupes de travail (WG)

• CCL/CCTF WG on frequency standards:– Proposal for radiations suitable for

secondary representations of the second;

– Proposal for radiations for the practical realization of the meter;

> Single list of radiations• WG on CIPM MRA: still missing

representatives of RMOs

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Développements futurs

Improvement of the time scales

– Better clocks: commercial and PFS, frequency prediction, clock weighing procedure,…

– Clock comparison: less noisy techniques, accurate frequency transfer techniques GPS, TWTSTF, Galileo, ...

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23ème Conférence générale des poids et mesuresParis, 12-16 novembre 2007

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Gill & Riehle 2006

Développements futursOptical clocks

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23ème Conférence générale des poids et mesuresParis, 12-16 novembre 2007

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Développements futurs

• Comb technology for frequency comparisons (microwave to optical);

• Optical fiber links for comparison;• Use of secondary representation of

the second for TAI;• Redefinition of the second??