Единое время Проблема и роль единого времени Выполнил

Единое время. Проблема и роль единого времени Выполнил Студент группы 678 Капустин Артур

Обеспечение синхронизма временных шкал в разнесенных пунктах Местные шкалы времени, формируемые в разнесенных пунктах, как правило, имеют между собой некоторый сдвиг, для определения которого используются различные устройства. В основу построения таких устройств положен принцип равенства времени распространения радиосигналов в прямом и обратном направлении для двух разнесенных пунктов. Причем алгоритм работы устройств строится таким образом, что из процесса измерения сдвига шкал времени исключается измерение времени распространения сигналов.

Методы измерения дальности или разности дальностей

Проблема высокоточной синхронизации шкал времени является одной из актуальных проблем современной науки и техники. На сегодняшний день уже созданы и постоянно совершенствуются системы передачи времени на большие расстояния, обеспечивающие измерения, погрешность которых не превышаетнаносекунд. Если говорить о наносекундной погрешности, то можно указать на три основных метода передачи времени: 1) пассивные спутниковые методы (GPS, ГЛОНАСС) 2) активные методы, использующие геостационарные спутники 3) фазовые метеорные системы синхронизации

Все три метода имеют общий недостаток, связанный с необходимостью преодоления кратковременной нестабильности квантовых стандартов частоты и, соответственно, использования большого времени накопления результатов. И хотя результирующая точность измерений оказывается высокой, ее использование в реальном времени вызывает серьезные трудности, зачастую специфические для каждой системы. Менее всего разработан в техническом и коммерческом плане метеорный метод передачи времени.

Спутниковые навигационные системы. • Navstar (Navigation system with timing and ranging - навигационная система определения времени и дальности). • GPS-Global Positioning System. 28 спутников, с высотой 20350 км. Погрешность местоопределения 3 -5 м. • Режим дифференциальной коррекции DGPS-Differential GPS. Используются два приемника, один из которых стационарный. • ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система).

Спутниковая трилатерация Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно и мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него. Если мы знаем также расстояние и до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер. Третий спутник определяет две точки на окружности. Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако одна из точек всегда может быть отброшена, так как она имеет высокую скорость перемещения или находится на или под поверхностью Земли. Таким образом, зная расстояние до трёх спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.

Спутниковая дальнометрия Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника умноженным на скорость света. Для того, чтобы определить время распространения сигнала нам необходимо знать когда он покинул спутник. Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код* * - Каждый спутник GPS передаёт два радиосигнала: на частоте L 1=1575. 42 МГц и L 2=1227. 60 МГц. Сигнал L 1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L 2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с GPS системами. Некоторые приёмники Trimble геодезического класса работают с P -кодом.

Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние. Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или Pseudo. Random Number code).

Для синхронизации шкал времени различных спутников с необходимой точностью на борту навигационного космического аппарата используются цезиевые стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 10 -13. На наземном комплексе управления используется водородный стандарт с относительной нестабильностью 10 -14. Кроме того, в состав наземного комплекса управления входят средства коррекции шкал времени спутников относительно эталонной шкалы с погрешность 3— 5 нс. На земле определяются параметры движения спутников и прогнозируются значения этих параметров на заранее определенный промежуток времени. Параметры и их прогноз закладываются в навигационное сообщение, передаваемое спутником наряду с передачей навигационного сигнала. Сюда же входят частотно-временные поправки бортовой шкалы времени спутника относительно системного времени. Измерение и прогноз параметров движения навигационного космического аппарата производятся в Баллистическом центре системы по результатам траекторных измерений дальности до спутника и его радиальной скорости.

Точная временная привязка Вычисления напрямую зависят от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике Однако это слишком дорого, в одно и то же время. На спутниках чтобы устанавливать такие часы в установлены атомные часы имеющие каждый GPS приёмник, поэтому точность около одной наносекунды. измерения от четвёртого спутника используются для устранения ошибок хода часов приёмника. Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают если часы на спутнике и в приёмнике не синхронизированы.

Точная временная привязка Для наглядности, иллюстрации приведённые ниже рассматривают ситуацию на плоскости, так как только три спутника необходимо для вычисления местоположения объекта. Если часы на спутнике и в приёмнике имеют одинаковую точность хода, то точное местоположение может быть найдено по измерениям расстояния до двух спутников. Если получены измерения с трёх спутников и все часы точные, то круг описанный радиус-вектором от третьего спутника будет пересекаться как показано на рисунке.

Однако, если часы в приёмнике спешат на 1 секунду, то картина будет выглядеть следующим образом. Если сделать замер до третьего спутника, то полученный радиус - вектор не пересечётся с двумя другими как показано на рисунке. Когда GPS приёмник получает серию измерений которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приёмнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке. После этого вычисляется поправка и делается соответствующее уравнивание. Если вам требуется третье измерение, то необходим четвёртый спутник для устранения ошибок хода часов в приёмнике. Таким образом, при работе в поле вам необходимо иметь минимум четыре спутника, чтобы определить трёхмерные координаты объекта.

Метеорная синхронизация шкал единого времени Метеорный метод передачи времени использует встречную передачу запросных и ответных радиосигналов в канале с высокой степенью взаимности условий распространения. Измерения организованы так, что запросный сигнал привязан к шкале времени, а ответный сигнал несет информацию о сдвиге шкал. Имеющиеся на сегодняшний день теоретические оценки и экспериментальные результаты показывают, что метеорный радиоканал для целей синхронизации является весьма перспективным. Это связано с тем, что потенциальная точность одиночных измерений расхождения времени в метеорном радиоканале составляет доли наносекунды и эти измерения не требуют затрат времени на накопление результатов, как, например, в случае GPS/ГЛОНАСС. Перспективный современный метод, использующий измерения по фазе несущих в системе GPS, сходен с системой метеорной передачи времени, однако до настоящего времени находится в стадии технологического развития и в коммерческой эксплуатации не представлен.

Спасибо за внимание!