Kompakte Frequenzreferenz

KOFREF

Stabile und genaue Frequenzreferenzen sind von entscheidender Bedeutung für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Bereich der atomaren Quantensensoren. Das Projekt Kompakte Frequenzreferenz (KOFREF) konzentriert sich auf die mobile Generierung einer agilen und langzeitstabilen Frequenzreferenz mittels GNSS-Referenzierung. Es zielt darauf ab, die Einschränkungen bestehender passiver Masern, Cäsium- und Rubidium-Uhren durch die Entwicklung eines GNSS-basierten Frequenzübertragungssystems mit beispiellosem Stabilitätsgrad zu überwinden.

Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung eines GNSS-basierten Frequenzübertragungssystems mit außergewöhnlicher Stabilität. Dies beinhaltet die Minimierung der dominierenden Fehlerquellen, die mit Satellitennavigationssystemen verbunden sind, wie Satellitenuhrfehlern, Orbitprädiktionsfehlern, Biases in der Satellitenelektronik und den Auswirkungen der Ionosphäre und Troposphäre auf die Signalausbreitung. Durch die Nutzung eines Netzwerks von GNSS-Referenzstationen strebt KOFREF an, ionosphärische und troposphärische Effekte in Echtzeit zu kartografieren und zu korrigieren, um den Benutzern präzise und genaue Frequenzkorrekturen zur Verfügung zu stellen.

Bestehende GNSS-Referenzstationsnetze konzentrieren sich hauptsächlich auf die Positionsbestimmung und erfordern keine absolute Satellitenuhrkorrektur. Der Projektteilnehmer Geo++ schlägt die Integration mindestens einer GNSS-Referenzstation mit einer stabilen und genauen Frequenzquelle vor, um Stabilität und absolute Frequenz von der Referenzquelle über die Satellitenuhren zu übertragen. Das System nutzt diese Quelle, um die Frequenz eines Lokaloszillators zu regulieren und mit der korrigierten Frequenz abzugleichen.

Um diese Frequenz zu testen, streben wir in Zusammenarbeit mit der Leibniz Universität Hannover die Entwicklung von kompakten Elektronikmodulen für mobile Quantensensoren an. Diese Module werden eine phasenrauscharme, phasenreferenzierte Frequenz im Radio- und im Mikrowellenbereich enthalten, die auf einer FPGA-gesteuerten Hardware implementiert ist. Es werden auch kompakte Elektronikmodule zur Steuerung und Auslesung von atomaren Sensoren sowie Betriebssoftware unter Verwendung der Open-Source SINARA-Hardware entwickelt. Das Frequenzreferenzmodul wird an einem Quantensensor getestet, um Kompositpulse mit reduzierter Empfindlichkeit gegenüber externen Störquellen zu erzeugen.

Durch die Entwicklung wird eine neue Generation hochstabiler und kompakter Frequenzreferenzen für atomare Quantensensoren angestrebt. Die Integration von GNSS-Referenzierung und fortschrittlichen Elektronikmodulen wird die Leistung und Zuverlässigkeit dieser Sensoren erheblich verbessern und neue Möglichkeiten für präzise Messanwendungen eröffnen.

Projektteilnehmer

  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
  • Geo++ GmbH
  • Leibniz Universität Hannover, Institut für Quantenoptik

Gefördert durch

Beteiligte Abteilung

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Kontakt

apl. Prof. Carsten Klempt

Kommissarische Leitung Optische Frequenzmetrologie
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
Optische Frequenzmetrologie
Callinstrasse 30b, 30167 Hannover