Передача времени и частоты
Передача времени и частоты — это схема, в которой несколько сайтов используют точное опорное время или частоту. Этот метод обычно используется для создания и распространения стандартных шкал времени, таких как Международное атомное время (TAI).Передача времени решает такие проблемы, как астрономические обсерватории, сопоставляющие наблюдаемые вспышки или другие явления друг с другом, а также вышки сотовой связи, координирующие передачу обслуживания при перемещении телефона из одной соты в другую.
Было разработано множество методов, часто переносящих синхронизацию эталонных часов из одной точки в другую, часто на большие расстояния. Точность, приближающаяся к одной наносекунде во всем мире, экономически целесообразна для многих приложений. Радионавигационные системы часто используются в качестве систем передачи времени.
В некоторых случаях за определенный период времени проводятся несколько измерений, а точная временная синхронизация определяется ретроспективно. В частности, временная синхронизация была достигнута с помощью пар радиотелескопов для прослушивания пульсара , а передача времени осуществлялась путем сравнения временных смещений принятого сигнала пульсара.
Примеры
[ редактировать ]Примеры методов передачи времени и частоты включают в себя:
- Методы одновременного наблюдения:
- Одновременное несущей фазы наблюдение сигналов GNSS (например, GPS ) [1] [2]
- Перенос времени путем одновременного телепередач просмотра [3]
- Перенос времени при одновременном наблюдении радиоастрономических сигналов
- Двусторонние способы передачи:
- Сетевые методы:
В одну сторону
[ редактировать ]В односторонней системе передачи времени один конец передает свое текущее время по некоторому каналу связи одному или нескольким получателям. [4] : 116 Получатели при приеме декодируют сообщение и либо просто сообщают время, либо настраивают местные часы, которые могут предоставлять отчеты о времени ожидания между приемом сообщений. Преимущество односторонних систем состоит в том, что они могут быть технически простыми и обслуживать множество приемников, поскольку передатчик не знает о приемниках.
Принципиальным недостатком односторонней системы передачи времени является то, что задержки распространения канала связи остаются некомпенсируемыми, за исключением некоторых усовершенствованных систем. Примерами односторонней системы перевода времени являются часы на церкви или городском здании и звон колоколов, указывающих время; шары времени , сигналы радиочасов, такие как LORAN , DCF77 и MSF ; и, наконец, система глобального позиционирования , которая использует множественную одностороннюю передачу времени с разных спутников с информацией о местоположении и другими усовершенствованными средствами компенсации задержки, позволяющими приемнику компенсировать время и информацию о местоположении в реальном времени.
двусторонний
[ редактировать ]В системе двусторонней передачи времени два узла будут передавать и получать сообщения друг друга, таким образом выполняя две односторонние передачи времени для определения разницы между удаленными часами и локальными часами. [4] : 118 Сумма этих разностей времени представляет собой двустороннюю задержку между двумя узлами. Часто предполагается, что эта задержка равномерно распределяется между направлениями между узлами. Согласно этому предположению, половина задержки туда и обратно представляет собой задержку распространения, подлежащую компенсации. Недостатком является то, что задержку двустороннего распространения необходимо измерять и использовать для расчета поправки на задержку. Эта функция может быть реализована в эталонном источнике, и в этом случае емкость источника ограничивает количество клиентов, которые могут обслуживаться, или в программном обеспечении каждого клиента. NIST предоставляет пользователям компьютеров в Интернете службу привязки времени. [5] на основе Java-апплетов, загружаемых каждым клиентом. [6] Система двусторонней спутниковой передачи времени и частоты (TWSTFT), используемая для сравнения некоторых лабораторий времени, использует спутник для общей связи между лабораториями. Протокол сетевого времени использует пакетные сообщения по IP-сети.
Общий вид
[ редактировать ]Разница во времени между двумя часами может быть определена путем одновременного сравнения каждого часа с общим опорным сигналом, который может быть принят на обоих объектах. [7] Пока обе конечные станции одновременно принимают один и тот же спутниковый сигнал, точность источника сигнала не важна. Характер принимаемого сигнала не важен, хотя широко доступные системы синхронизации и навигации, такие как GPS или LORAN, удобны.
Точность передачи времени таким способом обычно составляет 1–10 нс. [8]
ГНСС
[ редактировать ]С появлением GPS и других спутниковых навигационных стали доступны для высокоточного и доступного измерения времени систем многие коммерческие приемники GNSS . Первоначальная конструкция системы предполагала, что общая точность синхронизации будет лучше, чем 340 наносекунд в низкосортном «грубом режиме» и 200 нс в точном режиме. [9] Приемник GPS работает путем точного измерения времени прохождения сигналов, полученных от нескольких спутников. Эти расстояния в сочетании с точной орбитальной информацией определяют местоположение приемника. Точное время имеет основополагающее значение для точного определения местоположения по GPS. Время атомных часов на борту каждого спутника кодируется в радиосигнал; получатель определяет, на сколько позже он получил сигнал, чем был отправлен. Для этого местные часы корректируются на время атомных часов GPS путем расчета трех измерений и времени на основе четырех или более спутниковых сигналов. [10] Улучшения в алгоритмах позволяют многим современным недорогим GPS-приемникам достигать точности выше 10 метров, что предполагает точность синхронизации около 30 нс. Лабораторные привязки времени на основе GPS обычно достигают точности 10 нс. [11]
См. также
[ редактировать ]- Международная служба вращения Земли и систем отсчета
- Протокол точного времени
- Синхронизация
- Метрология времени и частоты
- Сигнал времени
- Синхронизация времени в Северной Америке
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фаза несущей системы глобального позиционирования
- ^ Передача времени и частоты с использованием фазы несущей GPS.
- ^ Методы сравнения времени GPS и ТВ
- ^ Перейти обратно: а б Джонс, Т. (2000). Разделение второго . Институт физического издательства.
- ^ «Настройте часы вашего компьютера через Интернет с помощью средств, встроенных в операционную систему» . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 22 декабря 2012 г.
- ^ Новик, Эндрю Н.; и др. Распределение времени с использованием Всемирной паутины (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 03 марта 2016 г.
- ^ Аллан, Дэвид В.; Вайс, Марк А. (май 1980 г.), «Точная передача времени и частоты во время общего обзора спутника GPS» (PDF) , Материалы 34-го ежегодного симпозиума по управлению частотой USAERADCOM , Ft. Монмут, Нью-Джерси: 334–346.
- ^ Марк Вайс, Common View GPS Time Transfer , Отдел времени и частоты NIST, заархивировано из оригинала 28 октября 2012 г. , получено 22 ноября 2011 г.
- ^ Министерство обороны и Министерство транспорта (1994 г.). «Система глобального позиционирования USNO NAVSTAR» . Федеральный план радионавигации . ВМС США . Проверено 13 ноября 2008 г.
- ^ «Время глобальной системы позиционирования» . Навигационный центр береговой охраны США . Проверено 13 ноября 2008 г.
- ^ «Передача времени GPS и UTC» . РоялТек. Архивировано из оригинала 23 марта 2010 г. Проверено 18 декабря 2009 г.
