Tại sao đồng hồ GPS không đủ để đồng bộ hóa các quan sát VLBI?

Trong phép đo giao thoa đường cơ sở rất dài, thông thường sử dụng đồng hồ nguyên tử hydro maser để lấy mẫu dữ liệu. Tuy nhiên, do các đồng hồ nguyên tử này đắt như thế nào, có vẻ đáng ngạc nhiên khi nhiều đài quan sát không sử dụng đồng hồ nguyên tử không cục bộ, như đồng hồ GPS.

Bài báo trên Wikipedia này cho biết "Tín hiệu ăng-ten được lấy mẫu bằng đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác và ổn định (thường là maser hydro) được khóa thêm vào tiêu chuẩn thời gian GPS." Câu hỏi của tôi là, tại sao không loại bỏ hoàn toàn với máy nghiền hydro?

Có một bài trình bày về chủ đề này thường xuyên tại các hội thảo Dịch vụ VLBI quốc tế. Phiên bản gần đây nhất là ở Thời gian và Tần suất có độ chính xác cao trong VLBI và xuất phát từ độ chính xác cần thiết có trên slide 5. Về cơ bản đối với giao thoa, bạn đang cố gắng khớp với pha của dạng sóng (vị trí dọc theo sóng hình sin trong đơn giản ý nghĩa) của hai tín hiệu từ mỗi món ăn.

Nếu chúng tôi sử dụng tần số quan sát là 10 GHz (10e9 Hz) và muốn giữ cho pha kết hợp ở mức ~ 10 độ (trong số 360 độ) sau khi tích hợp 1000 giây thì bạn cần 10 / (360 * 10 * 1e9 * 1e3) hoặc 10 / 3.6e16 hoặc độ ổn định của đồng hồ khoảng 2.8e-15. Các tần số cao hơn như 230 GHz được đề cập trong bình luận sẽ còn đòi hỏi nhiều hơn nữa.

Nếu bạn nhìn vào các ô Allan Deviation / Variance, đo lường sự ổn định của đồng hồ, chẳng hạn như âm mưu trên slide 4 (và được sao chép bên dưới): mức hiệu suất này ở 1000 giây chỉ đạt được bởi các mặt nạ hydro. Bộ tạo dao động kỷ luật GPS điển hình sẽ ở khoảng 1e-12 @ 1000 giây, xem phần so sánh gần đây của 17 GPSDO này . Với việc sửa chữa cẩn thận lỗi răng cưa gây ra bởi bộ dao động bên trong của GPS (được thảo luận ở phần cuối của bản trình bày), bạn có thể cải thiện độ giật 50 ns điển hình của GPS thành ~ 5 ns. Ngoài các hiệu ứng khí quyển / tầng điện ly này xuất hiện và bạn cần sử dụng GPS tần số kép để loại bỏ chúng.