Tempo e transferência de frequência - Time and frequency transfer

A transferência de tempo e frequência é um esquema em que vários locais compartilham um tempo ou frequência de referência precisa. A técnica é comumente usada para criar e distribuir escalas de tempo padrão, como International Atomic Time (TAI). A transferência de tempo resolve problemas como observatórios astronômicos correlacionando flashes observados ou outros fenômenos uns com os outros, bem como torres de telefone celular coordenando transferências conforme um telefone se move de uma célula para outra.

Várias técnicas foram desenvolvidas, muitas vezes transferindo a sincronização do relógio de referência de um ponto para outro, geralmente em longas distâncias. A precisão de quase um nanossegundo em todo o mundo é economicamente prática para muitas aplicações. Os sistemas de navegação baseados em rádio são freqüentemente usados ​​como sistemas de transferência de tempo.

Em alguns casos, várias medições são feitas ao longo de um período de tempo e a sincronização de tempo exata é determinada retrospectivamente. Em particular, a sincronização de tempo foi realizada usando pares de radiotelescópios para ouvir um pulsar , com a transferência de tempo realizada comparando os deslocamentos de tempo do sinal de pulsar recebido.

Exemplos

Exemplos de técnicas de transferência de tempo e frequência incluem:

Mão única

Em um sistema de transferência de tempo unilateral, uma extremidade transmite seu tempo atual através de algum canal de comunicação para um ou mais receptores. Os receptores irão, na recepção, decodificar a mensagem, e apenas relatar a hora, ou ajustar um relógio local que pode fornecer relatórios de tempo de espera entre a recepção de mensagens. A vantagem dos sistemas unilaterais é que eles podem ser tecnicamente simples e servir a muitos receptores, já que o transmissor não tem conhecimento dos receptores.

A principal desvantagem do sistema de transferência de tempo unilateral é que os atrasos de propagação do canal de comunicação permanecem sem compensação, exceto em alguns sistemas avançados. Exemplos de um sistema de transferência de tempo unilateral são o relógio de uma igreja ou prédio da cidade e o toque de seus sinos de indicação de tempo; bolas de tempo , sinais de relógio de rádio como LORAN , DCF77 e MSF ; e, finalmente, o Sistema de Posicionamento Global, que usa várias transferências de tempo unilateral de diferentes satélites, com informações de posição e outros meios avançados de compensação de atraso para permitir a compensação de tempo e informação de posição do receptor em tempo real.

Mão dupla

Em um sistema de transferência de tempo bidirecional, os dois pontos irão transmitir e também receber as mensagens um do outro, realizando, assim, duas transferências de tempo unilateral para determinar a diferença entre o relógio remoto e o local. A soma dessas diferenças de tempo é o atraso de ida e volta entre os dois nós. Freqüentemente, presume-se que esse atraso é distribuído uniformemente entre as direções entre os pares. Sob essa suposição, metade do atraso de ida e volta é o atraso de propagação a ser compensado. Uma desvantagem é que o atraso de propagação bidirecional deve ser medido e usado para calcular uma correção de atraso. Essa função pode ser implementada na fonte de referência, caso em que a capacidade da fonte limita o número de clientes que podem ser atendidos, ou por software em cada cliente. O NIST fornece um serviço de referência de tempo para usuários de computador na Internet, baseado em miniaplicativos Java carregados por cada cliente. O sistema de transferência de frequência e tempo de satélite bidirecional (TWSTFT) sendo usado em comparação entre alguns laboratórios de tempo usa um satélite para uma ligação comum entre os laboratórios. O Network Time Protocol usa mensagens baseadas em pacotes em uma rede IP.

Visão comum

A diferença de tempo entre dois relógios pode ser determinada comparando simultaneamente cada relógio com um sinal de referência comum que pode ser recebido em ambos os locais. Desde que ambas as estações finais recebam o mesmo sinal de satélite ao mesmo tempo, a precisão da fonte do sinal não é importante. A natureza do sinal recebido não é importante, embora os sistemas de tempo e navegação amplamente disponíveis, como GPS ou LORAN, sejam convenientes.

A precisão do tempo transferido dessa forma é normalmente de 1–10 ns.

Tempo padrão

Desde o advento do GPS, a temporização altamente precisa, porém acessível, está disponível em muitos receptores GPS comerciais . Seu projeto de sistema inicial esperava uma precisão de tempo geral melhor do que 340 nanossegundos usando o "modo grosso" de baixo grau e 200 ns no modo de precisão. Um receptor GPS funciona medindo com precisão o tempo de trânsito dos sinais recebidos de vários satélites. Essas distâncias combinadas geometricamente com informações orbitais precisas identificam a localização do receptor. O tempo preciso é fundamental para uma localização GPS precisa. O tempo de um relógio atômico a bordo de cada satélite é codificado no sinal de rádio; o receptor determina quanto tempo depois recebeu o sinal do que foi enviado. Para fazer isso, um relógio local é corrigido para o tempo do relógio atômico do GPS, resolvendo para três dimensões e tempo com base em quatro ou mais sinais de satélite. As melhorias nos algoritmos levam muitos receptores GPS modernos de baixo custo a atingir uma precisão melhor do que 10 metros, o que implica uma precisão de tempo de cerca de 30 ns. As referências de tempo de laboratório baseadas em GPS rotineiramente alcançam uma precisão de 10 ns.

Veja também

Referências