Le défi

Historique et contexte 

Les horloges fondées sur les transitions atomiques dans le régime micro-ondes, ou horloges atomiques, sont parmi les capteurs quantiques les plus perfectionnés. Ces horloges atomiques ont permis de créer le système mondial de navigation par satellite (GNSS) et le système GPS.

Or, l’absence de service GPS reste l’un des plus grands problèmes de synchronisation de la défense dans les conflits modernes. Le GPS peut être inaccessible dans des conditions naturelles (installations intérieures souterraines ou milieux sous-marins, par exemple) ou intentionnellement dénié de force par l’adversaire, par le biais de blocage/suppression/modification du signal GPS. Une solution de synchronisation généralisée, précise et compacte est vitale dans les secteurs de la navigation, des communications et de la guerre électronique (GE), ainsi que pour le renseignement, la surveillance et la reconnaissance (RSR). La synchronisation des systèmes de défense dépend actuellement de l’accès aux signaux GPS, qui synchronisent les horloges locales afin de maintenir la synchronisation entre les mises à jour GPS.

Plus récemment, des horloges fondées sur les transitions atomiques dans le régime optique, qu’on appelle aussi horloges quantiques, sont en développement afin d’en explorer les applications de PNS. De surcroît, les erreurs de synchronisation des horloges quantiques sont nettement inférieures à 1 nanoseconde (ns) par jour. Elles ne sont pas toutefois de calibre tactique. Voici les caractéristiques d’une horloge tactique :

• précision accrue;
• fiabilité;
• durabilité;
• robustesse.

Des horloges de calibre tactique ayant ces caractéristiques conviennent aux applications militaires, notamment la GE, le RSR et les communications sécurisées. Une telle percée faciliterait l’obtention de signaux d’horloge fiables, d’une sécurité accrue des communications et de communications à haut débit (HBC).

Résultats essentiels

Nous cherchons des solutions novatrices d’horloges de qualité tactique pouvant rester précises à une microseconde près sur 24 heures, ce qui permettrait de réduire notre dépendance sur la synchronisation par GPS pour plusieurs opérations de défense.

Critères pour les solutions proposées :

• températures de fonctionnement : -40 à 85 °C au minimum;
• stabilité thermique : au moins ±5 parties par milliard (ppm) sur toute la gamme de températures de fonctionnement;
• erreur de temps : au plus 1 μs (microseconde) par 24 heures;
• sensibilité aux vibrations : moins de 0,3 ppm/g entre 10 Hz et 10 kHz; et,
• résistance aux chocs : 30 000 g.

Résultats souhaités

Les solutions proposées devraient tenir compte notamment des caractéristiques et considérations suivantes :

• système « prêt à l’emploi » interopérable avec les systèmes existants.
• poids de la trousse : moins de 20 g; volume : moins de 1000 mm3.
• consommation d’énergie en régime permanent : moins de 300 mW.
• résistance aux vibrations : au moins 70 g.
• Écart d’Allan : 10^-10 par s, pour convenir aux applications radar à faible bruit de phase.