Методи і засоби відтворення часу в телекомунікаційних системах

Методи і засоби відтворення часу в телекомунікаційних системах Лекція 5

Шкала часу: всесвітній час (UT) Час - абстрактне поняття, що служить для упорядкування подій в деякій заданій системі відліку, званої шкалою часу. Існують три основні шкали часу: UT (Universal Time) - всесвітній час, прийнятий як місцевий середній час на Грінвичському меридіані. Це класичний астрономічний спосіб визначення точного цивільного, або Світового часу (UT), пов'язаний з вимірюванням часу повороту кута Гринвічського меридіанау відносно «сфери нерухомих зірок» . Існує кілька модифікацій шкал всесвітнього часу UT. Зі спостережень добового руху зірок отримують всесвітній час UT 0, який не утворює рівномірної шкали. Якщо врахувати поправку за миттєвим зміщенням полюса щодо його середнього положення, отримаємо більш рівномірну шкалу UT 1. Якщо взяти до уваги ще й сезонні варіації кутової швидкості обертання Землі, отримаємо більш рівномірну шкалу UT 2. Нарешті, облік дії припливних явищ дає шкалу UT 1 R. Нерівномірність добового обертання і орбітального руху Землі не дозволяє створити строго рівномірні шкали часу.

Похибки відліку часу за шкалою (UT) Графік часу (1), який вказує на різницю між середнім земним часом і істинним сонячним. Його складає сума двох синусоїд с річним періодом (2), обумовленим нерівномірним рухом Сонця по екліптиці, та з полурічним (3), викликаним нахилом екліптики до небесного екватору. Різниця часу стає рівною нулю приблизно 15 квітня, 14 липня, точно 1 вересня и 24 грудня. Максимальне відхилення сонячного часу від земного припадає на 11 лютого (+14 хвилин) і 2 листопада (– 16 хвилин). Цю різницю потрібно враховувати, зокрема, при побудові сонячних годинників.

Шкала часу: атомний час (UT) Принципово нові і більш точні методи вимірювання часу прийшли з радіоспектроскопії і квантової електроніки. Кожен атом або молекула вибірково поглинає або випромінює не тільки світло, але і радіохвилі певної довжини λ, або частоти f, які характеризуються неперевершеною постійністю. Це дозволило створити квантові стандарти частоти, а отже, і часу, і побудувати шкалу атомного часу AT. AT (Аtomic Time) - атомний час, що задається конкретним атомним або молекулярним еталоном. Шкала АТ практично зовсім рівномірна. У ній одиницею виміру служить атомна секунда - проміжок часу, протягом якого відбувається 9192631770 коливань, відповідних резонансної частоті енергетичного переходу між рівнями надтонкої структури основного стану атома цезію-133 (133 Cs), тобто, за одну атомну секунду відбувається 9192631770 періодів коливань цезієвого генератора. Крім цезієвого, як стандарти частоти використовують також рубідієвий і водневий генератори. Існує Міжнародний атомний час ТАI (від французької назви Temps Atomic International). Він встановлюється на основі показань атомних годинників на різних метрологічних установах відповідно до наведеного вище визначенням атомної секунди.

Шкала часу: всесвітній координований час (UTС) Атомна секунда лягла в основу TAI з 1 січня 1968 року. Незабаром, однак, з'ясувалося, що обертання Землі в 10 000 разів менш рівномірно, ніж атомний час. Більше того, виявилося уповільнення обертання планети, що дорівнює 1, 4 ⋅ 10 -3 с на добу. Протягом року накопичується різниця ( UT-TAI ) ≅ 1 с. За рекомендацією Пленарної асамблеї Міжнародного консультативного комітету з радіозв'язку (1970 р. ), після того як 1 січня 1972 різниця UT - TAI досягла значення 10 с, несумірність шкал UT і TAI компенсують позитивними погодженими секундними стрибками. Так виникла сучасна шкала часу: UTС (Universal Time Coordinated) - всесвітній координований час, як проміжна шкала між ТАІ і UT, що не узгоджуються між собою. Таким чином, UTС – це шкала часу, побудована на основі шкали атомного часу (ТАІ) з уведеними (раз на рік або на два роки) секундними вставками аби відповідати всесвітньому часу UT. Ця шкала визнана базовою у телекомунікаційних системах.

Узгодження шкал часу

Атомні стандарти частоти

Фізичний принцип

Генератор на цезієвих пучках

Функціонування цезієвого генератора

Водневий генератор

Функціонування водневого мазера

Рубідієвий стандарт частоти Принцип действия рубидиевого стандарта частоты основан на эффекте стабилизации частоты встроенного опорного кварцевого генератора 2 путем уменьшения частотной расстройки кварца по отношению к стабильной частоте, генерируемой при переходе атомов рубидия из одного энергетического состояния в другое. Высокая стабильность частоты выходного сигнала прибора определяется стабильностью частоты эталонного атомного перехода и малой шириной его спектральной линии поглощения, которая служит опорной частотой типичной системы фазовой автоподстройки, управляющей частотой кварцевого генератора.

. Рубідієвий стандарт частоти (фізичний модуль) Физический блок генератора содержит термостатированный цилиндр с внешним магнитным экраном. Внутренний объем цилиндра разделен стеклянным окном на две части. В одной, с температурой статирования (140± 0, 2)ºС, размещена лампа накачки, а в другой, с температурой статирования (85± 0, 3)ºС – рубидиевая ячейка.

Функціонування рубідієвого генератора

Порівняльна характеристика