ઇન્ટરનેટ વિના સમય સુમેળ

tcp/ip ઉપરાંત, સમયને સુમેળ કરવાની ઘણી રીતો છે. તેમાંના કેટલાકને માત્ર નિયમિત ટેલિફોનની જરૂર હોય છે, જ્યારે અન્યને ખર્ચાળ, દુર્લભ અને સંવેદનશીલ ઇલેક્ટ્રોનિક સાધનોની જરૂર હોય છે. સમય સુમેળ પ્રણાલીના વ્યાપક માળખામાં વેધશાળાઓ, સરકારી સંસ્થાઓ, રેડિયો સ્ટેશનો, ઉપગ્રહ નક્ષત્રો અને ઘણું બધું શામેલ છે.

આજે હું તમને કહીશ કે ઇન્ટરનેટ વિના સમય સિંક્રનાઇઝેશન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને તમારા પોતાના હાથથી "ઉપગ્રહ" એનટીપી સર્વર કેવી રીતે બનાવવું.

શોર્ટવેવ રેડિયો પ્રસારણ

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં, NIST ફોર્ટ કોલિન્સ, કોલોરાડોમાં WWVH થી 2.5, 5, 10, 15 અને 20 MHz રેડિયો તરંગો પર ચોક્કસ સમય અને આવર્તનનું પ્રસારણ કરે છે, અને 2.5, 5, 10 અને 15 MHz પર WWVH થી કાઉઈ રાજ્ય. . સમય કોડ 60 bps પર 1 સેકન્ડના અંતરાલ પર પ્રસારિત થાય છે. 100 Hz સબકેરિયર પર પલ્સ પહોળાઈ મોડ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને.

કેનેડાની નેશનલ રિસર્ચ કાઉન્સિલ (NRC) ઓટ્ટાવા, ઑન્ટારિયોમાં CHU તરફથી 3.33, 7.85 અને 14.67 MHz પર સમય અને આવર્તન માહિતીનું વિતરણ કરે છે.

બ્રોડકાસ્ટ ફોર્મેટ WWVH

શોર્ટવેવ સ્ટેશનોમાંથી સિગ્નલનો પ્રસાર સામાન્ય રીતે આયનોસ્ફિયરના ઉપરના સ્તરોમાંથી પ્રતિબિંબ દ્વારા થાય છે. સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન લાંબા અંતર પર પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, પરંતુ સમયની ચોકસાઈ એક મિલીસેકન્ડના ક્રમમાં છે.

વર્તમાન NTPv4 સ્ટાન્ડર્ડમાં WWV, WWVH અને CHU માટે ઑડિયો ડ્રાઇવરોનો સમાવેશ થાય છે.

લોંગવેવ રેડિયો પ્રસારણ

NIST પણ બોલ્ડર, કોલોરાડોના 60 kHz પર લોંગવેવ રેડિયો પર ચોક્કસ સમય અને આવર્તન પ્રસારિત કરે છે. લાંબા તરંગો પર સમય સંકેતો પ્રસારિત કરતા અન્ય સ્ટેશનો છે.

કૉલ ચિહ્નો અને સ્થાન
આવર્તન (kHz)
પાવર (kW)

WWVB ફોર્ટ કોલિન્સ, કોલોરાડો, યુએસએ
60
50

DCF77 Mainflingen, જર્મની
77.5
30

MSF રગ્બી, યુનાઇટેડ કિંગડમ
60>
50

HBG Prangins, સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડ
75
20

જેજેવાય ફુકુશિમા, જાપાન
40
50

જેજેવાય સાગા, જાપાન
60
50

ઓછી આવર્તન પ્રમાણભૂત સમય સ્ટેશનો

શોર્ટવેવ સ્ટેશનોની જેમ જ ટાઇમ કોડ 60 bps પર 1-સેકન્ડના અંતરાલોમાં પ્રસારિત થાય છે. ડેટા ટ્રાન્સમિશન ફોર્મેટ પણ બંને ધોરણો માટે સમાન છે. સિગ્નલ આયનોસ્ફિયરના નીચલા સ્તરો દ્વારા પ્રસારિત થાય છે, જે પ્રમાણમાં સ્થિર છે અને ઊંચાઈમાં અનુમાનિત દૈનિક ભિન્નતા ધરાવે છે. ભૌતિક વાતાવરણની આ આગાહીને કારણે, ચોકસાઈ વધીને 50 μs થાય છે.

WWVB બ્રોડકાસ્ટ ફોર્મેટ

જીઓસ્ટેશનરી ઓપરેશનલ પર્યાવરણીય ઉપગ્રહ

યુ.એસ.માં, NIST જીઓસ્ટેશનરી ઓપરેશનલ એન્વાયર્નમેન્ટલ સેટેલાઇટ્સ (GOES) માંથી આશરે 468 MHz પર ચોક્કસ સમય અને આવર્તન ડેટા પણ પ્રસારિત કરે છે. સમય કોડ રિમોટ સેન્સરને મતદાન કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સંદેશાઓ સાથે વૈકલ્પિક રીતે બદલાય છે. તેમાં 60 સેકન્ડના અંતરાલમાં પ્રસારિત 30 BCD નિબલ્સનો સમાવેશ થાય છે. સમય કોડ માહિતી પાર્થિવ સેવાઓ જેવી જ છે.

ગ્લોબલ પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ્સ

યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ ડિફેન્સ જમીન, સમુદ્ર અને હવામાં ચોક્કસ નેવિગેશન માટે જીપીએસનો ઉપયોગ કરે છે. સિસ્ટમ 24° પર 12-કલાકની ભ્રમણકક્ષામાં ઉપગ્રહોના નક્ષત્રનો ઉપયોગ કરીને વિશ્વનું 55-કલાક કવરેજ પ્રદાન કરે છે.

24 ઉપગ્રહોના મૂળ નક્ષત્રને વિજાતીય રૂપરેખાંકનમાં 31 ઉપગ્રહોમાં વિસ્તરણ કરવામાં આવ્યું હતું જેથી ઓછામાં ઓછા 6 ઉપગ્રહો હંમેશા દૃશ્યમાં હોય, અને 8 અથવા વધુ ઉપગ્રહો વિશ્વના મોટા ભાગના દૃશ્યમાં હોય.

GPS જેવી સેવાઓ અન્ય દેશો દ્વારા સંચાલિત અથવા આયોજન કરવામાં આવી રહી છે. રશિયન ગ્લોનાસ એક ડઝન વર્ષથી કાર્યરત છે, જો તમે 2 સપ્ટેમ્બર, 2010 થી ગણતરી કરો છો, જ્યારે ઉપગ્રહોની કુલ સંખ્યા વધીને 26 થઈ હતી - નક્ષત્ર પૃથ્વીને સંપૂર્ણપણે આવરી લેવા માટે સંપૂર્ણ રીતે તૈનાત કરવામાં આવ્યું હતું.

સમગ્ર વિશ્વમાં જીપીએસ ઉપગ્રહો.

યુરોપિયન યુનિયનની સેટેલાઇટ નેવિગેશન સિસ્ટમને ગેલિલિયો કહેવામાં આવે છે. એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવી હતી કે ગેલિલિયો 2014-2016 માં કાર્ય કરવાનું શરૂ કરશે, જ્યારે તમામ 30 આયોજિત ઉપગ્રહો ભ્રમણકક્ષામાં પ્રક્ષેપિત કરવામાં આવશે. પરંતુ 2018 સુધીમાં, ગેલિલિયો ઉપગ્રહ નક્ષત્ર જરૂરી સંખ્યામાં ઉપગ્રહો સુધી પહોંચ્યો ન હતો.

ત્યાં ચાઇનીઝ "બેઇડૌ" પણ છે, જેનો અર્થ થાય છે "વ્હેલ". 16 ડિસેમ્બર, 27 ના રોજ પ્રાદેશિક સ્થિતિ પ્રણાલી તરીકે 2012 ઉપગ્રહોના નક્ષત્રને વ્યવસાયિક કામગીરીમાં લોન્ચ કરવામાં આવ્યો હતો. 2020 સુધીમાં સિસ્ટમ પૂર્ણ ક્ષમતા સુધી પહોંચી જશે તેવું આયોજન છે. આજે જ, હું Habré પર બહાર આવ્યો લેખ, આ સિસ્ટમના ઉપગ્રહના સફળ પ્રક્ષેપણ વિશે.

SRNS નો ઉપયોગ કરીને કોઓર્ડિનેટ્સ નક્કી કરવાનું ગણિત

તમારા સ્માર્ટફોન પર GPS/GLONASS નેવિગેટર રેડિયો નેવિગેશન કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ (SRNS) નો ઉપયોગ કરીને આટલી ચોકસાઈ સાથે સ્થાન કેવી રીતે નક્કી કરે છે? ગણતરીના સિદ્ધાંતને સમજવા માટે, તમારે હાઇ સ્કૂલ અથવા ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ગણિતની શાળામાં સ્ટીરિયોમેટ્રી અને બીજગણિત યાદ રાખવાની જરૂર છે.

દરેક ઉપગ્રહ રીસીવરને ચોક્કસ સમય જણાવે છે. ઉપગ્રહમાં અણુ ઘડિયાળ છે અને તેથી તેના પર વિશ્વાસ કરી શકાય છે. પ્રકાશની ગતિ જાણીને, ઉપગ્રહ જે સપાટી પર સ્થિત છે તેના ગોળાની ત્રિજ્યા નક્કી કરવી મુશ્કેલ નથી. આ જ ગોળા, પૃથ્વીના સંપર્કમાં, એક વર્તુળ બનાવે છે જેના પર GPS / ગ્લોનાસ રીસીવર સ્થિત છે.

જ્યારે બે ઉપગ્રહોમાંથી સિગ્નલ આવે છે, ત્યારે આપણી પાસે પહેલાથી જ પૃથ્વી અને બે ગોળાઓનું આંતરછેદ હોય છે, જે વર્તુળ પર માત્ર બે બિંદુઓ આપે છે. ત્રીજા ઉપગ્રહનો ગોળો આદર્શ રીતે આ બે બિંદુઓમાંથી એકમાં આવવો જોઈએ, છેલ્લે રીસીવરના કોઓર્ડિનેટ્સ નક્કી કરે છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, બે ઉપગ્રહોમાંથી પણ, પરોક્ષ પુરાવાના આધારે, કોઈ સમજી શકે છે કે બેમાંથી કયો મુદ્દો સત્યની નજીક છે, અને આધુનિક નેવિગેશન સોફ્ટવેર અલ્ગોરિધમ્સ આ કાર્યનો સામનો કરી શકે છે. તો પછી આપણને ચોથા ઉપગ્રહની જરૂર કેમ છે?

ઉપગ્રહ નક્ષત્રનો ઉપયોગ કરીને સ્થાન નક્કી કરવું.

તે જોવાનું સરળ છે કે આ આદર્શ ચિત્રમાં ઘણી ઘોંઘાટ છે જેના પર ગણતરીઓની ચોકસાઈ આધાર રાખે છે. રીસીવર સમય કદાચ ભૂલનો સૌથી સ્પષ્ટ સ્ત્રોત છે. બધું જોઈએ તે પ્રમાણે કાર્ય કરવા માટે, GPS/ગ્લોનાસ રીસીવરનો સમય સેટેલાઇટ સમય સાથે સમન્વયિત હોવો આવશ્યક છે. આ વિના, ભૂલ ∓ 100 હજાર કિમી હશે.

ઝડપ, સમય અને અંતર S = v*t માટેના સૂત્રમાંથી આપણે SRNS સિગ્નલને પ્રસારિત કરવા માટે મૂળભૂત સમીકરણ મેળવીએ છીએ. ઉપગ્રહનું અંતર પ્રકાશની ઝડપ અને ઉપગ્રહ અને રીસીવર પરના સમયના તફાવતના ઉત્પાદન જેટલું છે.

આ મુખ્યત્વે એ હકીકતને કારણે છે કે તમામ સિંક્રનાઇઝેશન પછી પણ, અમે રીસીવર પરનો સમય tpr પૂરતી ચોકસાઈ સાથે જાણીએ છીએ. સાચા સમય અને tpr વચ્ચે હંમેશા Δt હશે, જેના કારણે ગણતરીની ભૂલ અસ્વીકાર્ય બની જાય છે. એટલા માટે તમારે જરૂર છે ચોથું ઉપગ્રહ

ચાર ઉપગ્રહોની જરૂરિયાત માટે સ્પષ્ટ ગાણિતિક સમર્થન માટે, અમે સમીકરણોની સિસ્ટમ બનાવીશું.

ચાર અજાણ્યા x, y, z અને Δt નક્કી કરવા માટે, અવલોકનોની સંખ્યા અજ્ઞાતની સંખ્યા જેટલી અથવા તેનાથી વધુ હોવી જોઈએ. આ એક આવશ્યક સ્થિતિ છે પરંતુ પર્યાપ્ત નથી. જો સામાન્ય સમીકરણોનું મેટ્રિક્સ એકવચન નીકળે, તો સમીકરણોની સિસ્ટમ પાસે કોઈ ઉકેલ નહીં હોય.

આપણે સ્પેશિયલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટી અને ગ્રાઉન્ડ ઘડિયાળોની તુલનામાં સેટેલાઇટ પરમાણુ ઘડિયાળો પર સમય વિસ્તરણ સાથેની સાપેક્ષ અસરો વિશે પણ ભૂલવું જોઈએ નહીં.

જો આપણે ધારીએ કે ઉપગ્રહ ભ્રમણકક્ષામાં 14 હજાર કિમી/કલાકની ઝડપે આગળ વધી રહ્યો છે, તો આપણને લગભગ 7 μs (માઈક્રોસેકન્ડ્સ)નો સમય વિસ્તરણ મળે છે. બીજી બાજુ, સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતની સાપેક્ષ અસરો કાર્ય કરે છે.

મુદ્દો આ છે: ભ્રમણકક્ષામાં ઉપગ્રહો પૃથ્વીથી ઘણા અંતરે છે, જ્યાં પૃથ્વીના સમૂહને કારણે અવકાશ-સમયના સાતત્યની વક્રતા પૃથ્વીની સપાટી કરતાં ઓછી છે. સામાન્ય સાપેક્ષતા અનુસાર, મોટા પદાર્થની નજીક સ્થિત ઘડિયાળો તેનાથી વધુ દૂર સ્થિત ઘડિયાળો કરતાં ધીમી દેખાશે.

• G ગુરુત્વાકર્ષણ સ્થિરાંક છે;
• M એ પદાર્થનો સમૂહ છે, આ કિસ્સામાં પૃથ્વી;
• r એ પૃથ્વીના કેન્દ્રથી ઉપગ્રહ સુધીનું અંતર છે;
• c એ પ્રકાશની ગતિ છે.

આ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી ઉપગ્રહ પર 45 μs નો સમય વિસ્તરણ આપે છે. કુલ -7μs +45μs = 38μs બેલેન્સ - STR અને GTR ની અસરો.

SRNS પોઝિશનિંગ એપ્લિકેશન્સમાં, આયનોસ્ફેરિક અને ટ્રોપોસ્ફેરિક વિલંબને પણ ધ્યાનમાં લેવો જોઈએ. વધુમાં, 46 ns સુધારા GPS ઉપગ્રહોની ભ્રમણકક્ષાની 0.02 વિલક્ષણતાને કારણે છે.

ચાર કરતાં વધુ GPS / GLONASS ઉપગ્રહોમાંથી એકસાથે સિગ્નલ પ્રાપ્ત કરવાની ક્ષમતા તમને રીસીવરના કોઓર્ડિનેટ્સ નક્કી કરવાની ચોકસાઈને વધુ વધારવા માટે પરવાનગી આપે છે. આ એ હકીકતને કારણે પ્રાપ્ત થાય છે કે નેવિગેટર ચાર અજ્ઞાત સાથે ચાર સમીકરણોની સિસ્ટમ ઉકેલે છે. ગણિતના આંકડાઓના નિયમો અનુસાર અંતિમ અંદાજની સચોટતામાં વધારો કરીને ગણો અને સરેરાશ મૂલ્ય લે છે.

સેટેલાઇટ કનેક્શન દ્વારા NTP સર્વર સ્ટ્રેટમ 1 ને કેવી રીતે ગોઠવવું

ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સમય સર્વર સેટ કરવા માટે, તમારે ફક્ત GPSD, NTP અને 1PPS (એક પલ્સ પ્રતિ સેકન્ડ) આઉટપુટ સાથે GPS રીસીવરની જરૂર છે.

1. gpsd અને ntpd, અથવા gpsd અને chronyd ઇન્સ્ટોલ કરો. GPSD સંસ્કરણ ≥ 3.20 હોવું આવશ્યક છે

(1:1109)$ sudo emerge -av gpsd chrony

Local copy of remote index is up-to-date and will be used.

Calculating dependencies... done!

[binary  N     ] net-misc/pps-tools-0.0.20120407::gentoo  31 KiB

[binary  N     ] net-misc/chrony-3.5-r2::gentoo  USE="adns caps cmdmon ipv6 ntp phc readline refclock rtc seccomp (-html) -libedit -pps (-selinux)" 246 KiB

[binary  N     ] sci-geosciences/gpsd-3.17-r3:0/23::gentoo  USE="X bluetooth cxx dbus ipv6 ncurses python shm sockets udev usb -debug -latency-timing -ntp -qt5 -static -test" GPSD_PROTOCOLS="aivdm ashtech earthmate evermore fv18 garmin garmintxt gpsclock isync itrax mtk3301 navcom ntrip oceanserver oncore rtcm104v2 rtcm104v3 sirf skytraq superstar2 tnt tripmate tsip ublox -fury -geostar -nmea0183 -nmea2000 -passthrough" PYTHON_TARGETS="python2_7" 999 KiB

Total: 3 packages (3 new, 3 binaries), Size of downloads: 1275 KiB

Would you like to merge these packages? [Yes/No]

2. RS232 સીરીયલ અથવા USB પોર્ટ સાથે PPS સપોર્ટ સાથે GPS રીસીવરને જોડો.

નિયમિત સસ્તા જીપીએસ રીસીવર કામ કરશે નહિ; યોગ્ય શોધવા માટે તમારે થોડી શોધ કરવી પડશે.

3. ખાતરી કરો કે ઉપકરણ ખરેખર PPS ઇશ્યૂ કરે છે; આ કરવા માટે, gpsmon ઉપયોગિતા સાથે પોર્ટ તપાસો.

4. /etc/conf.d/gpsd ફાઈલ ખોલો અને નીચેની લીટીમાં ફેરફાર કરો.

બદલો

GPSD_OPTIONS=""

જેથી તે બને

GPSD_OPTIONS="-n"

આ ફેરફાર જરૂરી છે જેથી gpsd સ્ટાર્ટઅપ પર તરત જ SRNS સ્ત્રોતો શોધવાનું શરૂ કરે.

5. જીપીએસડી શરૂ અથવા પુનઃપ્રારંભ કરો.

(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart

systemd સાથે વિતરણો માટે, યોગ્ય systemctl આદેશનો ઉપયોગ કરો.

6. cgps આદેશનું કન્સોલ આઉટપુટ તપાસો.

તમારે ખાતરી કરવાની જરૂર છે કે ઉપગ્રહોમાંથી ડેટા યોગ્ય રીતે પ્રાપ્ત થયો છે. કન્સોલમાં ચિત્ર જેવું કંઈક હોવું જોઈએ.

cgps કન્સોલ આદેશનું આઉટપુટ.

7. /etc/ntp.conf ફાઇલમાં ફેરફાર કરવાનો સમય આવી ગયો છે.

# GPS Serial data reference (NTP0)
server 127.127.28.0
fudge 127.127.28.0 time1 0.9999 refid GPS

# GPS PPS reference (NTP1)
server 127.127.28.1 prefer
fudge 127.127.28.1 refid PPS

ટોચની NTP0 એન્ટ્રી લગભગ તમામ GPS ઉપકરણો પર ઉપલબ્ધ સાર્વત્રિક સમય સ્ત્રોત સૂચવે છે. નીચેની NTP1 એન્ટ્રી વધુ સચોટ PPS સ્ત્રોતને વ્યાખ્યાયિત કરે છે.

8. ntpd પુનઃપ્રારંભ કરો.

(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart

systemd સાથે વિતરણો માટે, systemctl આદેશનો ઉપયોગ કરો.
$ sudo systemctl પુનઃપ્રારંભ ntp

વપરાયેલી સામગ્રી

• જીયોડીસીમાં સેટેલાઇટ રેડિયો નેવિગેશન સિસ્ટમનો ઉપયોગ
• સેટેલાઇટ રેડિયો નેવિગેશન સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને હલનચલન કરતી વસ્તુઓના કોઓર્ડિનેટ્સ અને ઝડપ નક્કી કરવા માટેની પદ્ધતિઓ
• GPSD સમય સેવા HOWTO
• તમારું GPS ઉપકરણ કેવી રીતે જાણે છે કે તમે ક્યાં છો?
• ડેવિડ એલ મિલ્સ પૃથ્વી અને અવકાશમાં નેટવર્ક ટાઈમ પ્રોટોકોલ,બીજી આવૃત્તિ.

સોર્સ: www.habr.com