DARPA将开发先进光学时钟以取代GPS原子钟 2022-02-08 

  


  美国国防预先研究计划局(DARPA)发布了强韧光学时钟网络(ROCkN)计划,旨在研发低尺寸、重量和功率(SWaP)的光学原子钟,比GPS原子钟计时精度/计时保持性能更好,并且可在真实场景下使用。
  现代战争中的时间同步精度需求达到十亿分之一秒,甚至万亿分之一秒。现有装备(如导弹、传感器、飞机、舰艇和火炮等)都依靠GPS卫星平台的原子钟来实现纳秒级高精度计时。仅仅几十亿分之一秒的时间误差都会使装备定位的精度偏差超过一米或以上。在GPS受到干扰的情况下,时钟同步精度将进一步恶化并严重威胁作战目标的实现。
  ROCkN项目基于DARPA多年来的光学原子钟项目实验室研究成果。虽然ROCkN时钟精度不如当前最好的实验室光学时钟精度,但其精度和计时保持性能超过现有GPS原子钟,并且能够保持低SWaP 需求。
  DARPA表示,ROCkN项目的目标是将光学原子钟从复杂的实验室成果转变为可在实验室外运行的小型/坚固的实用化产品。一旦研发成功,ROCkN光学时钟将比现有微波原子钟的精度提高100倍,有效减少计时误差,纳秒级计时精度的保持时间也将从几小时提高到一个月。ROCkN计划可形成诸多关键技术、组件和演示成果,最终形成满足未来网络化应用需求的时钟架构。
  ROCkN计划分为两个技术领域:第一个技术领域是开发一个强大的、高精度的小型便携式光学时钟。项目参与团队将设计一种可安装在战斗机或卫星平台上的便携光学原子钟,精度可达每100秒1皮秒。该光学原子钟具有抗温度/加速度冲击和抗振动噪声等优势,支持在飞机、车辆或卫星等多平台上使用。
  第二个技术领域是建立一个更大的,可运输的,具有卓越计时保持性能的光学时钟。项目参与团队将开发一个可运输的光学原子钟,可部署在海军舰船或野外场景中,在无GPS信号的情况下提供相当于GPS纳秒级的精度,计时保持可持续30天。
  ROCkN计划为期四年,包括两个两年期研制阶段。在第一阶段,两个技术领域的参与团队将开发一个物理模型来进行技术演示;在第二阶段,参与团队将开发完整/可操作的时钟。在计划完成时,研发团队将验证固定站、移动站和机载站之间的时钟同步情况,且100GHz分布式相干计时精度将得到充分验证。(石峰