UNIK9430 – Atomklokker, satellittnavigasjonssystemer og synkronisering
Beskrivelse av emnet
Kort om emnet
Høystabilitets oscillatorer og atomklokker ligger til grunn for en rekke anvendelser som er avhengig av synkronisering i form av stabil takt og/eller nøyaktig tid. Eksempler på anvendelser er satellittnavigasjon, mobiltelefoni, høyhastighets datakommunikasjon, digitalt bakkenett og SmartGrid.
Studentene får gjennom emnet en innføring i virkemåten til høystabilitets klokker/frekvenskilder (kvartsoscillator, rubidiumoscillator, chip-klokke (CSAC), cesiumklokke og hydrogenmaser). Emnet gir en praktisk innføring i måling av klokkestabilitet og i relevante statistiske verktøy for klokkekarakterisering. Emnet gir også en innføring i verdens felles tidsskala UTC. Videre vil emnet gi en innføring i GNSS (GPS/ Galileo) med vekt på bruk av GNSS som kilde til synkronisering. Til sist gir emnet en oversikt over metoder og problemstillinger knyttet til synkronisering av datasystemer, telenett og kringkastingsnett.
Hva lærer du?
Etter å ha fullført kurset vil du:
- kunne beskrive virkemåte og karakteristiske egenskaper til kvartsoscillatorer, rubidiumoscillatorer, chipklokker (CSAC), cesiumklokker og hydrogenmasere.
- ha kunnskap om instrumentering brukt til klokkekarakterisering
- kunne gjennomføre måling av frekvensstabilitet til oscillatorer
- forstå tidsdomene-karakterisering av frekvensstabilitet: Allan-deviasjon (ADEV), modifisert Allan-deviasjon (MDEV), tidsdeviasjon (TDEV) og Hadamard-deviasjon
- forstå frekvensdomene-karakterisering av fase-/frekvensstøy
- ha kjennskap til ulike støytyper: Hvit fasestøy; flicker fasestøy; hvit frekvensstøy; flicker frekvensstøy; random walk frekvensstøy; frekvensdrift
- kunne predikere tid- og frekvensavvik for noen klokketyper
- forstå oppbyggingen av verdens felles tidsskala TAI/UTC
- forstå grunnleggende oppbygging og virkemåte til globale satellittnavigassjonssystemer (GNSS)
- ha kunnskap om virkemåte og egenskaper til GNSS-styrte klokker
- ha kunnskap om sårbarheter ved GNSS og GNSS-klokker; Romvær, jamming, spoofing
- kjenne til aktuelle emner og protokoller innen synkronisering av datanettverk. Kjenne til metoder og kriterier for design av robust synkronisering.
Som Ph.d.-student vil du også levere en oppgave som knytter deler av pensum til en aktuell vitenskapelig eller teknologisk problemstilling. Dette blir også prøvet på eksamen. Tema for oppgaven tilpasses kandidatens bakgrunn og interesser. Eksempler på temaer er:
- Optiske atomklokker og optiske oscillatorer
- Optisk frekvensmetrologi med stabilisert optisk frekvenskam
- Relativistisk klokke-basert gravimetri
- Klokkemodellering i GNSS-måling av ionosfæredynamikk (scintillasjon)
- Klokkemodellering i VLBI
- Oscillatorstabilitet i radaranvendelser
- GNSS interferensdeteksjon med stabile klokker
- Tema knyttet til synkroniseringsnettverk/protokoller (IEEE1588, SyncE, SDH, White Rabbit)
- GNSS geodesi med stabile klokker
Oppgaven må være godkjent før avsluttende eksamen.
Opptak og adgangsregulering
Ph.d.-kandidater ved UiO søker plass på undervisningen og melder seg til eksamen i Studentweb.
Hvis emnet har begrenset kapasitet, vil ph.d.-kandidater som har emnet i sin utdanningsplan ved UiO bli prioritert. Noen nasjonale forskerskoler kan ha egne regler for rangering av søkere til emner med begrenset kapasitet.
Ph.d.-kandidater som har opptak ved andre utdanningsinstitusjoner må innen angitt frist søke om hospitantplass.
Grunnet behov for plass på laboratorier i forbindelse med undervisningen, kan det bli satt begrensninger på antall studenter som tas opp.
Forkunnskaper
Obligatoriske forkunnskaper
Ingen
Anbefalte forkunnskaper
Fysikk/kybernetikk/telematikk/informatikk-bakgrunn + grunnleggende statistikk.
Det er ikke en forutsetning med kurs i atomfysikk/kvantemekanikk. Kurset vil på et grunnleggende nivå gi nødvendig bakgrunn innen relevant atomfysikk.
Overlappende emner
10 studiepoeng overlapp mot UNIK4430 – Atomklokker, satellittnavigasjonssystemer og synkronisering (nedlagt)
Undervisning
Ukentlige undervisningsaktiviteter, fordelt på forelesninger (12 uker) og obligatoriske, karaktergivende, labøvelser (3 uker). Det gis i tillegg frivillige regneøvelser.
Laboratorieøvelsene vil foregå i Justervesenets laboratorier
Eksamen
Vurdering vil skje på bakgrunn av:
- 3 stk lab-rapporter/skriftlige individuelle rapporter. Teller hver 20 % av endelig karakter (tilsammen 60 %).
- Avsluttende muntlig eksamen (ved stort antall kandidater kan det bli holdt skriftlig eksamen). Teller 40 % av endelig karakter.
Hjelpemidler
Ved eventuell skriftlig eksamen: alle skrevne og trykte hjelpemidler.
Karakterskala
Emnet bruker karakterskala bestått/ikke bestått. Les mer om karakterskalaen.
Begrunnelse og klage
Adgang til ny eller utsatt eksamen
Dette emnet tilbyr både utsatt og ny eksamen. Les mer:
Tilrettelagt eksamen
Søknadskjema, krav og frist for tilrettelagt eksamen.