Шкалы времени (ОП СРНС, лекция) — различия между версиями
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Астрономическое время) |
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Практика первого года) |
||
| (не показаны 9 промежуточных версий 1 участника) | |||
| Строка 21: | Строка 21: | ||
Часы, идеально реализующие абсолютную шкалу времени, никто ещё не изобрел, но потребность в ней огромна, т.к. именно ею оперируют математические модели наших законов. Различные шкалы времени, с одной стороны, пытаются приблизиться к ней в той или иной степени, а с другой - быть удобными для использования с определенным кругом моделей. Так, для повседневной жизни удобно пользоваться настенным календарем, определяемым сменой дня и ночи, а для проведения научных экспериментов на адронном коллайдере - атомным стандартом. | Часы, идеально реализующие абсолютную шкалу времени, никто ещё не изобрел, но потребность в ней огромна, т.к. именно ею оперируют математические модели наших законов. Различные шкалы времени, с одной стороны, пытаются приблизиться к ней в той или иной степени, а с другой - быть удобными для использования с определенным кругом моделей. Так, для повседневной жизни удобно пользоваться настенным календарем, определяемым сменой дня и ночи, а для проведения научных экспериментов на адронном коллайдере - атомным стандартом. | ||
| − | == | + | == Истинное солнечное время == |
Системы астрономического времени появились исторически первыми и основаны на суточном вращении Земли. | Системы астрономического времени появились исторически первыми и основаны на суточном вращении Земли. | ||
| Строка 28: | Строка 28: | ||
[[file:2013_gryrvr.jpg|График уравнения времени (разница истинного и среднего солнечного времени) и его составляющие|thumb]] | [[file:2013_gryrvr.jpg|График уравнения времени (разница истинного и среднего солнечного времени) и его составляющие|thumb]] | ||
'''Истинное местное солнечное время''' определяется реальным углом видимости Солнца из центра Земли в проекции на линии меридиан. Полдень определяется по прохождению Солнца в наивысшей точке. Истинное местное солнечное время - это то время, которое показывают солнечные часы. Возвращаясь к абстракции событий, в данной шкале времени событие 'Солнце в зените' определяет середину дня, а факт нахождения Солнца под определенным углом - соответствующий час, минуту и секунду. | '''Истинное местное солнечное время''' определяется реальным углом видимости Солнца из центра Земли в проекции на линии меридиан. Полдень определяется по прохождению Солнца в наивысшей точке. Истинное местное солнечное время - это то время, которое показывают солнечные часы. Возвращаясь к абстракции событий, в данной шкале времени событие 'Солнце в зените' определяет середину дня, а факт нахождения Солнца под определенным углом - соответствующий час, минуту и секунду. | ||
| + | |||
| + | == Среднее солнечное время == | ||
Движение Солнца по небосводу определяется набором вращений (Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца). Истинное местное солнечное время течет относительно абсолютного неравномерно - длительность суток варьируется на несколько десяток минут в зависимости от времени года. Связано это с: | Движение Солнца по небосводу определяется набором вращений (Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца). Истинное местное солнечное время течет относительно абсолютного неравномерно - длительность суток варьируется на несколько десяток минут в зависимости от времени года. Связано это с: | ||
| Строка 37: | Строка 39: | ||
Разница между средним и истинным солнечным временем называется '''уравнением времени'''. | Разница между средним и истинным солнечным временем называется '''уравнением времени'''. | ||
| − | '''Гринвичское среднее время (GMT)''' — это среднее солнечное время на начальном меридиане. | + | '''Гринвичское среднее время (GMT)''' — это среднее солнечное время на начальном меридиане. Долгие годы эта шкала времени лежала в основе показаний часов по всему миру. |
<!-- Уточнённое всемирное время отсчитывается при помощи атомных часов и называется UTC (Universal Time Coordinated, Всемирное координированное время). Это время принято одинаковым для всего земного шара. --> | <!-- Уточнённое всемирное время отсчитывается при помощи атомных часов и называется UTC (Universal Time Coordinated, Всемирное координированное время). Это время принято одинаковым для всего земного шара. --> | ||
| + | |||
| + | == Современные аппроксимации среднего солнечного времени == | ||
Изначально расчетом GMT занималась непосредственно обсерватория в Гринвиче, затем эту функцию расширили на ряд других обсерваторий. Но всё равно точный расчёт среднего солнечного времени непосредственно по наблюдениям за Солнцем - трудновыполнимая задача. Поэтому появился ряд шкал времени, называемых '''всемирным временем (UT)''' и аппроксимирующих GMT. | Изначально расчетом GMT занималась непосредственно обсерватория в Гринвиче, затем эту функцию расширили на ряд других обсерваторий. Но всё равно точный расчёт среднего солнечного времени непосредственно по наблюдениям за Солнцем - трудновыполнимая задача. Поэтому появился ряд шкал времени, называемых '''всемирным временем (UT)''' и аппроксимирующих GMT. | ||
| − | Всемирное время вычисляется по наблюдениям внегалактических источников радиоизлучения, и затем пересчитывается в несколько форм, | + | Всемирное время вычисляется по наблюдениям внегалактических источников радиоизлучения, и затем пересчитывается в несколько форм, например: |
*'''UT0''' - наблюдаемое время гринвичского меридиана для мгновенного положения земных полюсов, | *'''UT0''' - наблюдаемое время гринвичского меридиана для мгновенного положения земных полюсов, | ||
*'''UT1''' - UT0, скорректированное с учётом движения полюсов Земли, | *'''UT1''' - UT0, скорректированное с учётом движения полюсов Земли, | ||
| − | |||
| − | + | Шкала всемирного времени UT1 является неравномерной относительно абсолютного времени. Секунды в ней могут быть как более длительными, так и менее длительными секунд системы СИ. | |
| − | ''' | + | '''Требуется переработка текста''' В разделе про абсолютное время рассказать про атомное, тут уже ввести UTC на основе TAI. |
| − | + | C 1964 года ввели равномерно-переменную шкалу времени UTC — всемирного координированного времени, связывающую шкалу UT1 и шкалу строго равномерного Международного атомного времени '''TAI'''. | |
| − | + | ||
| − | ''' | + | |
| − | + | ||
| − | + | ||
<!-- Скопировано --> | <!-- Скопировано --> | ||
| − | Международное атомное время TAI было введено в июле 1955 г. в качестве основного временного стандарта. | + | Международное атомное время TAI было введено в июле 1955 г. в качестве основного временного стандарта. С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это число было выбрано для того, чтобы приблизить величину фундаментальной единицы времени в Международной системе научных единиц СИ к средней секунде астрономических систем времени. |
| − | + | ||
| − | С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это число было выбрано для того, чтобы приблизить величину фундаментальной единицы времени в Международной системе научных единиц СИ к средней секунде астрономических систем времени. | + | |
Время TAI вычисляется из группы атомных часов более чем 50 лабораторий научных центров разных стран. Это делает Международное бюро мер и весов (BIH), базирующееся в Севре, вблизи Парижа, для чего использует различные методы сравнения часов. Шкала времени TAI была совмещена со шкалой UT1 1 января 1958 г. | Время TAI вычисляется из группы атомных часов более чем 50 лабораторий научных центров разных стран. Это делает Международное бюро мер и весов (BIH), базирующееся в Севре, вблизи Парижа, для чего использует различные методы сравнения часов. Шкала времени TAI была совмещена со шкалой UT1 1 января 1958 г. | ||
Долговременная нестабильность атомных часов <math>\Delta\nu/\nu</math> (где <math>\Delta\nu</math> — отклонение частоты <math>\nu </math> часов за некоторый период времени) обычно лежит в пределах {{nobr|10<sup>−14</sup>—10<sup>−15</sup>}}, а в специальных конструкциях достигает 10<sup>−17</sup><ref name="record">{{cite web|url=http://www.membrana.ru/particle/3678|title=Поставлен новый рекорд точности атомных часов|date=5 февраля 2010|accessdate=2011-03-04|archiveurl=http://www.webcitation.org/65JoP77Ex|archivedate=2012-02-09}}</ref>, и является наилучшей среди всех существующих типов часов. | Долговременная нестабильность атомных часов <math>\Delta\nu/\nu</math> (где <math>\Delta\nu</math> — отклонение частоты <math>\nu </math> часов за некоторый период времени) обычно лежит в пределах {{nobr|10<sup>−14</sup>—10<sup>−15</sup>}}, а в специальных конструкциях достигает 10<sup>−17</sup><ref name="record">{{cite web|url=http://www.membrana.ru/particle/3678|title=Поставлен новый рекорд точности атомных часов|date=5 февраля 2010|accessdate=2011-03-04|archiveurl=http://www.webcitation.org/65JoP77Ex|archivedate=2012-02-09}}</ref>, и является наилучшей среди всех существующих типов часов. | ||
| + | |||
| + | Масштабы UTC и TAI равны, а смещение меняется скачком. Между UTC и UT1 накапливается расхождение, обусловленное, во-первых, неравномерностью шкалы UT1, а во-вторых, неравенством масштабов UT1 и TAI (1 атомная [[секунда]] не равна в точности 1 секунде UT1). При нарастании расхождения между UTC и UT1 до 0,9 с производится корректировка скачком на 1 с. | ||
| + | |||
| + | Дополнительная [[секунда]], называемая «[[секунда координации]]» или «високосная секунда», добавляется [[30 июня]] или [[31 декабря]] при необходимости. Теоретически, может потребоваться и вычитание секунды, но пока, начиная с первого изменения [[30 июня]] [[1972]] — все изменения были положительны, с добавлением секунды после секунды 23:59:59. Добавленная секунда обозначается 23:59:60. Добавление секунды определяется [[International Earth Rotation and Reference Systems Service]] (IERS), согласно их наблюдению за вращением Земли. | ||
| + | |||
| + | Сигналы точного времени передаются по [[радио]], [[телевидение|телевидению]] и через [[интернет|Интернет]] в системе UTC. | ||
| + | |||
| + | Разница между всемирным временем и всемирным координированным временем DUT1=UT1-UTC постоянно отслеживается и еженедельно публикуется на сайте [[International Earth Rotation and Reference Systems Service|IERS]] в Бюллетене А (Bulletin - A). | ||
| + | |||
| + | Местное среднее солнечное время зависит от долготы места, что неудобно в повседневном использовании. Выход из ситуации - использование '''поясного времени'''. Земной шар размечен на 24 часовых пояса, в пределах которых время считается одним и тем же, а с переходом в соседний часовой пояс меняется ровно на 1 час. | ||
| + | |||
| + | '''Декретное время''' — поясное время плюс один час. В 1930 году по декрету правительства на всей территории СССР время было переведено на 1 час вперед, таким образом, Москва, формально находясь во втором часовом поясе имело время, отличающееся от Гринвича на +3 часа. В течение многих лет это время являлось основным гражданским временем в СССР и России. Применялось с 16 июня 1930 года до 31 марта 1991 года в СССР, с 19 января 1992 года до 27 марта 2011 года в РФ, в настоящее время применяется в ряде стран СНГ. | ||
| + | |||
| + | Так исторически сложилось, что московское декретное время используется при расчете положения спутников на орбите по альманаху системы ГЛОНАСС, в котором время прохождения спутником восходящего узла задано именно в этой шкале. | ||
| + | |||
| + | '''Летнее время''' — сезонный перевод стрелок +1 час в последнее воскресенье марта и возврат в последнее воскресенье октября (с лета 2011 года установлено постоянным в России). | ||
== Системы динамического времени == | == Системы динамического времени == | ||
| Строка 70: | Строка 83: | ||
== Системная шкала времени, бортовая шкала времени == | == Системная шкала времени, бортовая шкала времени == | ||
| − | + | <!-- Взято из wiki, почти не переработано --> | |
| + | Спутниковые навигационные системы GPS и ГЛОНАСС функционируют в собственном системном времени. Все процессы измерений фиксируются в этой шкале времени. Необходимо, чтобы шкалы времени используемых спутников были согласованы между собой. Это достигается независимой привязкой каждой из шкал спутников к системному времени. | ||
| + | Системная шкала времени есть шкала атомного времени. Она задаётся сектором управления и контроля, где поддерживается с точностью более высокой, чем бортовые шкалы спутников. | ||
| − | + | '''Системное время ''GPS'' (''TGPS'')''' — это Всемирное координированное время (''UTC''), отнесённое к началу 1980 года. Поправки ''TGPS'' к ''UTC'' регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях. | |
| + | |||
| + | '''Системное время ГЛОНАСС''' также периодически подстраивается под Всемирное координированное время (используется Московское дискретное время на основе UTC(SU)). | ||
| + | |||
| + | В бортовую шкалу времени каждого из спутников вводится пересчётный коэффициент, зависящий от высоты орбиты и учитывающий релятивистские эффекты: движение спутника относительно наземных часов; разность гравитационных потенциалов на орбите и на поверхности Земли. Для системы ГЛОНАСС релятивистская поправка составляет 37,7 мкс в сутки. | ||
== Шкала времени приемника == | == Шкала времени приемника == | ||
| Строка 88: | Строка 107: | ||
== Ссылки == | == Ссылки == | ||
<references/> | <references/> | ||
| + | |||
| + | == Практика первого года == | ||
| + | |||
| + | Занятие начал с простой задачи: определить модуль вектора скорости своего тела в ECEF, ECI, ENU. Решалась коллективным разумом. Ответ - около 0, 1000 км/ч, 0. | ||
| + | |||
| + | Понятие события. Время как последовательность, счетчик событий. | ||
| + | Эпоха и интервал (забыл в этом году). | ||
| + | |||
| + | Понятие абсолютного времени Ньютона, как параметр физических моделей. О его относительности. | ||
| + | |||
| + | Идеальные абсолютные часы нам не создать, но как и всегда, есть эталон. Сейчас в качестве эталона времени системе СИ выступает атом цезия. Рассказ про устройство атомных стандартов. | ||
| + | |||
| + | Атомное время TAI (Temps Atomique International), его график время-время (т.к. абсолютное время относительно, то возможно множество параллельных переносов). У него есть свойство равномерности и непрерывности. Но оно не привязано к физическим явлениям, не синхронизируется с календарем. А человек живет от рассвета до заката. | ||
| + | |||
| + | Астрономические шкалы времени возникли раньше, именно они и ввели понятие секунды, переопределенное на современный манер. В астрономических системах солнце и прочие светила, их положение относительно Земли, и являются событиями, определяющими время. | ||
| + | |||
| + | Истинное солнечное время ST. Полдень, когда Солнце в зените. Понятная шкала времени привязанная к повседневной жизни, но вот только неравномерная. Весной и зимой сутки имеют разную длительность. График время-время для истинного солнечного времени. Объяснение причин неравномерности. Масштабы проблемы. | ||
| + | |||
| + | Разумный выход - провести среднюю линию в масштабах года. Получает среднее солнечное время LST. Разница - уравнение времени. | ||
| + | |||
| + | Истинное и среднее солнечное время своё на каждой долготе. GMT - это LST на нулевом меридиане. | ||
| + | |||
| + | Всё замечательно, этим временем и пользовались долгие годы, вот только точности измерений времени по Солнцу (кстати вопрос - а какая была точность?) уже не доставало. Более точно можно измерить ориентацию относительно квазаров, звезд и т.д., а затем ручками, на основании моделей, пересчитать в GMT. Так появляются UT0 (без учета движения полюсов) и UT1 (с учетом движения полюсов). Полноценное уже всемирное время, не привязано к измерениям именно в Британии. | ||
| + | |||
| + | Но эти шкалы времени все равно неравномерны по сравнению с TAI. Выход - совместить TAI и UT1. К TAI прибавлять целое число секунд, пока не получим разницу по модулю меньше 1 с. Так получается UTC. График время-время. Leap seconds. График расхождения UTC и UT1. Полученная шкала относительно равномерна, но не обладает свойством непрерывности. | ||
| + | |||
| + | Есть разновидности UTC, основанные на национальных стандартах частоты, которые хоть и привязаны TAI, но, естественно, неидеально. Отсюда UTC(SU), UTC(USNO), UTC(NIST), UTC(ESTEC). | ||
| + | |||
| + | Но это всё шкалы времени, привязанные к зениту Солнца над Гринвичем. А пользоваться часами нам нужно по всему земному шару. Вводить в каждом городе своё время - тоже не выход. Отсюда идея часовых поясов. | ||
| + | |||
| + | Декретное время. Причина дополнительного сдвига поясов в России на +1. | ||
| + | |||
| + | Летнее время, ещё сдвиг на +1, итого Москва от UTC и GMT отличается на +4. | ||
| + | |||
| + | Системная, бортовая и шкала времени приемника. Разные стандарты частоты в основе. | ||
| + | |||
| + | Системные шкалы времени привязаны к UTC соответствующей страны (уточнить точность, проставить ссылки). У нас - ВНИИФТРИ, у них - ?. | ||
| + | |||
| + | Системная шкала ГЛОНАСС - московское дискретное время на основании UTC(SU). Минусы - она не обладает свойством непрерывности, что очень неудобно при проведении расчетом. | ||
| + | |||
| + | Системная шкала в NAVSTAR GPS - GPS Time. Привязана к UTC 5 января 1980 года, с тех пор leap seconds они не учитывают. Основные единицы измерения - GPS Week, TimeOfWeek. Шкала непрерывная. Аналогичные используются в Galileo и COMPASS. Упрощается устройство аппаратуры, а необходимые поправки вносятся при выдаче пользователю. | ||
| + | |||
| + | Хранитель СШВ - подсистема контроля и управления. На спутниках используется атомный стандарт, но он всё равно уходит. Одна из функций подсистемы контроля и управления - оценивать этот уход и закладывать поправки в навигационное сообщение. Важный момент - шкала борта не дергается, просто закладываются поправки в сообщение. | ||
| + | |||
| + | Тут нужно (в этом году забыл) рассказать о релятивистских эффектах. О специальном смещении бортовой шкалы времени в СК, связанной со спутником. | ||
| + | |||
| + | У потребителя, как правило, дешевый кварцевый осциллятор. В основном встречаются двух типов - TCXO и OCXO. Приемник может иметь разную степень синхронизации с СШВ. Если он не принимает сигналы спутников, то точность его часов определяется уходом от прошлого сеанса связи. Если он видит несколько сигналов, но не решается, то по информации, заложенной в сигнал, может определиться с точностью в несколько мс (каждый сигнал - шкала времени одного борта). Если полноценно решается, то определяет не только координаты, но и точную поправку к своим часам. В итоге точность - порядка десятков наносекунд. | ||
| + | |||
| + | Диаграмма обмена с хостом: pps, TX, RX. Сообщения NMEA. | ||
| + | |||
| + | На последок, наглядная демонстрация того, как расходятся шкалы времени двух радиоприборов с собственными ОГ. Генератор и FSV в режиме анализатор сигналов. IQ. Демонстрация подстройки частоты. | ||
Текущая версия на 17:39, 4 октября 2013
[править] Шкала времени как временная система координат
На прошлом занятии рассматривались пространственные системы координат. На времени тоже можно ввести систему координат, но уже, соответственно, временную. Отсюда шкала времени - система, сопоставляющая каждому моменту времени число (строго говоря, следуя за Эйнштейном, лишь в данной пространственной системе координат).
[править] Событие, эпоха, интервал
Одни из основных понятий, используемых при работе со шкалами времени - это событие, эпоха и интервал.
Событие — факт изменения состояния мира. Нечто различается до и после события. Наличие событий и формирует время - последовательность событий.
Эпоха - аналог пространственных координат, определяет момент события в рассматриваемой шкале.
Интервал - расстояние между двумя эпохами; время, протекшее между двумя эпохами, измеренное в единицах соответствующей шкалы времени.
[править] Абсолютное время и реальные часы
Существует множество различных пространственных систем координат, аналогично - существует множество шкал времени, отличающихся началом отсчета, единицами измерений, непрерывностью и т.д.
Начиная с Ньютона, часто используется абстракция некоторого абсолютного времени - той или иной шкалы времени, эпохи которой используются как параметр в тех или иных физических законах - кинематики, электродинамики, квантовой механики и т.д.
Часы, идеально реализующие абсолютную шкалу времени, никто ещё не изобрел, но потребность в ней огромна, т.к. именно ею оперируют математические модели наших законов. Различные шкалы времени, с одной стороны, пытаются приблизиться к ней в той или иной степени, а с другой - быть удобными для использования с определенным кругом моделей. Так, для повседневной жизни удобно пользоваться настенным календарем, определяемым сменой дня и ночи, а для проведения научных экспериментов на адронном коллайдере - атомным стандартом.
[править] Истинное солнечное время
Системы астрономического времени появились исторически первыми и основаны на суточном вращении Земли.
Истинное местное солнечное время определяется реальным углом видимости Солнца из центра Земли в проекции на линии меридиан. Полдень определяется по прохождению Солнца в наивысшей точке. Истинное местное солнечное время - это то время, которое показывают солнечные часы. Возвращаясь к абстракции событий, в данной шкале времени событие 'Солнце в зените' определяет середину дня, а факт нахождения Солнца под определенным углом - соответствующий час, минуту и секунду.
[править] Среднее солнечное время
Движение Солнца по небосводу определяется набором вращений (Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца). Истинное местное солнечное время течет относительно абсолютного неравномерно - длительность суток варьируется на несколько десяток минут в зависимости от времени года. Связано это с:
- эллиптичностью земной орбиты (Земля движется быстрее в области перигелия и медленнее в области афелия)
- наклоном земной оси относительно плоскости эклиптики (в различное время года между ними различный угол, взаимные скорости вращения компенсируются различно).
Среднее местное солнечное время (LST, local mean solar time) — условное равномерно текущее время, совпадающее с солнечным в среднем.
Разница между средним и истинным солнечным временем называется уравнением времени.
Гринвичское среднее время (GMT) — это среднее солнечное время на начальном меридиане. Долгие годы эта шкала времени лежала в основе показаний часов по всему миру.
[править] Современные аппроксимации среднего солнечного времени
Изначально расчетом GMT занималась непосредственно обсерватория в Гринвиче, затем эту функцию расширили на ряд других обсерваторий. Но всё равно точный расчёт среднего солнечного времени непосредственно по наблюдениям за Солнцем - трудновыполнимая задача. Поэтому появился ряд шкал времени, называемых всемирным временем (UT) и аппроксимирующих GMT.
Всемирное время вычисляется по наблюдениям внегалактических источников радиоизлучения, и затем пересчитывается в несколько форм, например:
- UT0 - наблюдаемое время гринвичского меридиана для мгновенного положения земных полюсов,
- UT1 - UT0, скорректированное с учётом движения полюсов Земли,
Шкала всемирного времени UT1 является неравномерной относительно абсолютного времени. Секунды в ней могут быть как более длительными, так и менее длительными секунд системы СИ.
Требуется переработка текста В разделе про абсолютное время рассказать про атомное, тут уже ввести UTC на основе TAI.
C 1964 года ввели равномерно-переменную шкалу времени UTC — всемирного координированного времени, связывающую шкалу UT1 и шкалу строго равномерного Международного атомного времени TAI.
Международное атомное время TAI было введено в июле 1955 г. в качестве основного временного стандарта. С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это число было выбрано для того, чтобы приблизить величину фундаментальной единицы времени в Международной системе научных единиц СИ к средней секунде астрономических систем времени.
Время TAI вычисляется из группы атомных часов более чем 50 лабораторий научных центров разных стран. Это делает Международное бюро мер и весов (BIH), базирующееся в Севре, вблизи Парижа, для чего использует различные методы сравнения часов. Шкала времени TAI была совмещена со шкалой UT1 1 января 1958 г.
Долговременная нестабильность атомных часов 
(где 
— отклонение частоты 
часов за некоторый период времени) обычно лежит в пределах 10−14—10−15, а в специальных конструкциях достигает 10−17[1], и является наилучшей среди всех существующих типов часов.
Масштабы UTC и TAI равны, а смещение меняется скачком. Между UTC и UT1 накапливается расхождение, обусловленное, во-первых, неравномерностью шкалы UT1, а во-вторых, неравенством масштабов UT1 и TAI (1 атомная секунда не равна в точности 1 секунде UT1). При нарастании расхождения между UTC и UT1 до 0,9 с производится корректировка скачком на 1 с.
Дополнительная секунда, называемая «секунда координации» или «високосная секунда», добавляется 30 июня или 31 декабря при необходимости. Теоретически, может потребоваться и вычитание секунды, но пока, начиная с первого изменения 30 июня 1972 — все изменения были положительны, с добавлением секунды после секунды 23:59:59. Добавленная секунда обозначается 23:59:60. Добавление секунды определяется International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS), согласно их наблюдению за вращением Земли.
Сигналы точного времени передаются по радио, телевидению и через Интернет в системе UTC.
Разница между всемирным временем и всемирным координированным временем DUT1=UT1-UTC постоянно отслеживается и еженедельно публикуется на сайте IERS в Бюллетене А (Bulletin - A).
Местное среднее солнечное время зависит от долготы места, что неудобно в повседневном использовании. Выход из ситуации - использование поясного времени. Земной шар размечен на 24 часовых пояса, в пределах которых время считается одним и тем же, а с переходом в соседний часовой пояс меняется ровно на 1 час.
Декретное время — поясное время плюс один час. В 1930 году по декрету правительства на всей территории СССР время было переведено на 1 час вперед, таким образом, Москва, формально находясь во втором часовом поясе имело время, отличающееся от Гринвича на +3 часа. В течение многих лет это время являлось основным гражданским временем в СССР и России. Применялось с 16 июня 1930 года до 31 марта 1991 года в СССР, с 19 января 1992 года до 27 марта 2011 года в РФ, в настоящее время применяется в ряде стран СНГ.
Так исторически сложилось, что московское декретное время используется при расчете положения спутников на орбите по альманаху системы ГЛОНАСС, в котором время прохождения спутником восходящего узла задано именно в этой шкале.
Летнее время — сезонный перевод стрелок +1 час в последнее воскресенье марта и возврат в последнее воскресенье октября (с лета 2011 года установлено постоянным в России).
[править] Системы динамического времени
[править] Системная шкала времени, бортовая шкала времени
Спутниковые навигационные системы GPS и ГЛОНАСС функционируют в собственном системном времени. Все процессы измерений фиксируются в этой шкале времени. Необходимо, чтобы шкалы времени используемых спутников были согласованы между собой. Это достигается независимой привязкой каждой из шкал спутников к системному времени. Системная шкала времени есть шкала атомного времени. Она задаётся сектором управления и контроля, где поддерживается с точностью более высокой, чем бортовые шкалы спутников.
Системное время GPS (TGPS) — это Всемирное координированное время (UTC), отнесённое к началу 1980 года. Поправки TGPS к UTC регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях.
Системное время ГЛОНАСС также периодически подстраивается под Всемирное координированное время (используется Московское дискретное время на основе UTC(SU)).
В бортовую шкалу времени каждого из спутников вводится пересчётный коэффициент, зависящий от высоты орбиты и учитывающий релятивистские эффекты: движение спутника относительно наземных часов; разность гравитационных потенциалов на орбите и на поверхности Земли. Для системы ГЛОНАСС релятивистская поправка составляет 37,7 мкс в сутки.
[править] Шкала времени приемника
[править] Опорный генератор, его характеристики и накладываемые им ограничения
[править] НАП, как источник точного времени
[править] Точность, обеспечиваемая современными приемниками
[править] Сервер точного времени
[править] Ссылки
- ↑ Поставлен новый рекорд точности атомных часов (5 февраля 2010). Архивировано из первоисточника 9 февраля 2012. Проверено 4 марта 2011.
[править] Практика первого года
Занятие начал с простой задачи: определить модуль вектора скорости своего тела в ECEF, ECI, ENU. Решалась коллективным разумом. Ответ - около 0, 1000 км/ч, 0.
Понятие события. Время как последовательность, счетчик событий. Эпоха и интервал (забыл в этом году).
Понятие абсолютного времени Ньютона, как параметр физических моделей. О его относительности.
Идеальные абсолютные часы нам не создать, но как и всегда, есть эталон. Сейчас в качестве эталона времени системе СИ выступает атом цезия. Рассказ про устройство атомных стандартов.
Атомное время TAI (Temps Atomique International), его график время-время (т.к. абсолютное время относительно, то возможно множество параллельных переносов). У него есть свойство равномерности и непрерывности. Но оно не привязано к физическим явлениям, не синхронизируется с календарем. А человек живет от рассвета до заката.
Астрономические шкалы времени возникли раньше, именно они и ввели понятие секунды, переопределенное на современный манер. В астрономических системах солнце и прочие светила, их положение относительно Земли, и являются событиями, определяющими время.
Истинное солнечное время ST. Полдень, когда Солнце в зените. Понятная шкала времени привязанная к повседневной жизни, но вот только неравномерная. Весной и зимой сутки имеют разную длительность. График время-время для истинного солнечного времени. Объяснение причин неравномерности. Масштабы проблемы.
Разумный выход - провести среднюю линию в масштабах года. Получает среднее солнечное время LST. Разница - уравнение времени.
Истинное и среднее солнечное время своё на каждой долготе. GMT - это LST на нулевом меридиане.
Всё замечательно, этим временем и пользовались долгие годы, вот только точности измерений времени по Солнцу (кстати вопрос - а какая была точность?) уже не доставало. Более точно можно измерить ориентацию относительно квазаров, звезд и т.д., а затем ручками, на основании моделей, пересчитать в GMT. Так появляются UT0 (без учета движения полюсов) и UT1 (с учетом движения полюсов). Полноценное уже всемирное время, не привязано к измерениям именно в Британии.
Но эти шкалы времени все равно неравномерны по сравнению с TAI. Выход - совместить TAI и UT1. К TAI прибавлять целое число секунд, пока не получим разницу по модулю меньше 1 с. Так получается UTC. График время-время. Leap seconds. График расхождения UTC и UT1. Полученная шкала относительно равномерна, но не обладает свойством непрерывности.
Есть разновидности UTC, основанные на национальных стандартах частоты, которые хоть и привязаны TAI, но, естественно, неидеально. Отсюда UTC(SU), UTC(USNO), UTC(NIST), UTC(ESTEC).
Но это всё шкалы времени, привязанные к зениту Солнца над Гринвичем. А пользоваться часами нам нужно по всему земному шару. Вводить в каждом городе своё время - тоже не выход. Отсюда идея часовых поясов.
Декретное время. Причина дополнительного сдвига поясов в России на +1.
Летнее время, ещё сдвиг на +1, итого Москва от UTC и GMT отличается на +4.
Системная, бортовая и шкала времени приемника. Разные стандарты частоты в основе.
Системные шкалы времени привязаны к UTC соответствующей страны (уточнить точность, проставить ссылки). У нас - ВНИИФТРИ, у них - ?.
Системная шкала ГЛОНАСС - московское дискретное время на основании UTC(SU). Минусы - она не обладает свойством непрерывности, что очень неудобно при проведении расчетом.
Системная шкала в NAVSTAR GPS - GPS Time. Привязана к UTC 5 января 1980 года, с тех пор leap seconds они не учитывают. Основные единицы измерения - GPS Week, TimeOfWeek. Шкала непрерывная. Аналогичные используются в Galileo и COMPASS. Упрощается устройство аппаратуры, а необходимые поправки вносятся при выдаче пользователю.
Хранитель СШВ - подсистема контроля и управления. На спутниках используется атомный стандарт, но он всё равно уходит. Одна из функций подсистемы контроля и управления - оценивать этот уход и закладывать поправки в навигационное сообщение. Важный момент - шкала борта не дергается, просто закладываются поправки в сообщение.
Тут нужно (в этом году забыл) рассказать о релятивистских эффектах. О специальном смещении бортовой шкалы времени в СК, связанной со спутником.
У потребителя, как правило, дешевый кварцевый осциллятор. В основном встречаются двух типов - TCXO и OCXO. Приемник может иметь разную степень синхронизации с СШВ. Если он не принимает сигналы спутников, то точность его часов определяется уходом от прошлого сеанса связи. Если он видит несколько сигналов, но не решается, то по информации, заложенной в сигнал, может определиться с точностью в несколько мс (каждый сигнал - шкала времени одного борта). Если полноценно решается, то определяет не только координаты, но и точную поправку к своим часам. В итоге точность - порядка десятков наносекунд.
Диаграмма обмена с хостом: pps, TX, RX. Сообщения NMEA.
На последок, наглядная демонстрация того, как расходятся шкалы времени двух радиоприборов с собственными ОГ. Генератор и FSV в режиме анализатор сигналов. IQ. Демонстрация подстройки частоты.
