Modellering, tilstandsestimering og styring av en passiv hydrogen-maser

Egnet for studenter med bakgrunn fra eller interesse for kybernetikk.

Målet med oppgaven er å forbedre norsk UTC-tid ved å få en bedre prediksjon av takten til masterklokken og dermed bedre grunnlag for styring. En passiv hydrogen-maser er en type atomklokke som over tidsspenn fra dager til noen uker er mer stabil enn cesium-klokker. I motsetning til cesiumklokker har H-masere en frekvensdrift (av relativ størrelse 5 x 10^-16 per døgn) samt at klokketakten har en systematisk avhengighet av miljøparametre som trykk/temperatur/luftfuktighet. Temperatur og fuktighet kontrolleres veldig godt i laboratoriet, mens variasjoner i lufttrykket påvirker klokketakten med relativ endring 10^-16 /hPa. Dette betyr at klokken øker med 1 ns /døgn ved høytrykk og sakker med tilsvarende ved lavtrykk. Både frekvensdrift over tid og påvirkning av lufttrykk ønsker vi å ta med inn i en modell. Inngangsdata vil være tidsserier av trykk-,temperatur- og fuktighetsmålinger samt klokkemålinger og såkalte tidstransferdata. Her finnes det allerede > 500 dager med data som kan brukes som utgangspunkt for en modell.

  • Ønsket resultat 1: En karakterisering av frekvensdrift over tid og påvirkning av luftrykkvariasjoner basert på eksisterende data.
  • Ønsket resultat 2: Et (Kalman-)filter som gir oppdaterte estimater for frekvensavvik og -drift basert på nye tidstransferdata og aktuelle målinger av lufttrykk
  • Ønsket resultat 3: En eller flere algoritmer for å beregne klokkekorreksjoner. Algoritmene kan testes med historiske data og det ønskes bl.a. en vurdering av hvordan hyppigheten av styring (daglig/ukentlig/månedlig) påvirker frekvensstabilitet og tidsavviket til den styrte klokken mot UTC.
  • Ønsket resultat 4 (hvis tid): Implementering og testing av en sanntidsalgoritme for ‘trykk-kompensert’ styring av passiv hydrogen-maser. Input her vil være tilstandsestimat og prediksjon fra Kalman-filter, tidsserie med data fra trykksensor. Output vil være frekvenskorreksjoner sendt over seriell-interface til en klokkegenerator.
Publisert 2. mai 2018 13:56 - Sist endret 2. mai 2018 13:56

Omfang (studiepoeng)

60