Papildus tcp/ip ir daudz veidu, kÄ sinhronizÄt laiku. Dažiem no tiem ir nepiecieÅ”ams tikai parasts tÄlrunis, savukÄrt citiem ir nepiecieÅ”ams dÄrgs, rets un jutÄ«gs elektroniskais aprÄ«kojums. PlaÅ”Ä laika sinhronizÄcijas sistÄmu infrastruktÅ«ra ietver observatorijas, valsts iestÄdes, radiostacijas, satelÄ«tu zvaigznÄjus un daudz ko citu.
Å odien es jums pastÄstÄ«Å”u, kÄ laika sinhronizÄcija darbojas bez interneta un kÄ ar savÄm rokÄm izveidot āsatelÄ«taā NTP serveri.
ÄŖsviļÅu radio apraide
Amerikas SavienotajÄs ValstÄ«s NIST pÄrraida precÄ«zu laiku un frekvenci 2.5, 5, 10, 15 un 20 MHz radioviļÅos no WWVH FortkolinsÄ, KolorÄdo, un 2.5, 5, 10 un 15 MHz no WWVH Kauai Å”tatÄ. Havaju Å”tats . Laika kods tiek pÄrraidÄ«ts ar 60 sekunžu intervÄlu ar Ätrumu 1 bps. izmantojot impulsa platuma modulÄciju uz 100 Hz apakÅ”nesÄja.
KanÄdas NacionÄlÄ pÄtniecÄ«bas padome (NRC) izplata informÄciju par laiku un frekvenci 3.33, 7.85 un 14.67 MHz no CHU OtavÄ, Ontario.
Apraides formÄts WWVH
SignÄla izplatÄ«Å”anÄs no Ä«sviļÅu stacijÄm parasti notiek, atstarojot no jonosfÄras augÅ”Äjiem slÄÅiem. SignÄlu pÄrraidi var uztvert lielos attÄlumos, bet laika precizitÄte ir viena milisekunde.
PaÅ”reizÄjais NTPv4 standarts ietver audio draiverus WWV, WWVH un CHU.
Garo viļÅu radio apraide
NIST arÄ« pÄrraida precÄ«zu laiku un frekvenci, izmantojot garo viļÅu radio 60 kHz no Boulder, KolorÄdo. Ir arÄ« citas stacijas, kas raida laika signÄlus garos viļÅos.
Zvanu zÄ«mes un atraÅ”anÄs vieta
Frekvence (kHz)
Jauda (kW)
WWVB Fortkolinsa, KolorÄdo, ASV
60
50
DCF77 Mainflingena, VÄcija
77.5
30
MSF regbijs, ApvienotÄ Karaliste
60>
50
HBG Prangins, Å veice
75
20
JJY FukuÅ”ima, JapÄna
40
50
JJY Saga, JapÄna
60
50
Zemas frekvences standarta laika stacijas
Laika kods tiek pÄrraidÄ«ts 60 sekunžu intervÄlos ar Ätrumu 1 bps, tÄpat kÄ Ä«sviļÅu stacijas. ArÄ« datu pÄrraides formÄti abiem standartiem ir lÄ«dzÄ«gi. SignÄls izplatÄs pa zemÄkajiem jonosfÄras slÄÅiem, kas ir salÄ«dzinoÅ”i stabili un kuriem ir paredzamas ikdienas augstuma svÄrstÄ«bas. Pateicoties Å”ai fiziskÄs vides paredzamÄ«bai, precizitÄte palielinÄs lÄ«dz 50 Ī¼s.
WWVB apraides formÄts
Ä¢eostacionÄrs operatÄ«vais vides satelÄ«ts
ASV NIST arÄ« pÄrraida precÄ«zus laika un frekvences datus aptuveni 468 MHz no Ä£eostacionÄrajiem operatÄ«vajiem vides satelÄ«tiem (GOES). Laika kods mijas ar ziÅojumiem, ko izmanto tÄlvadÄ«bas sensoru aptaujai. Tas sastÄv no 60 BCD kniblÄm, kas tiek pÄrraidÄ«tas ar 30 s intervÄlu. Laika koda informÄcija ir lÄ«dzÄ«ga virszemes pakalpojumiem.
GlobÄlÄs pozicionÄÅ”anas sistÄmas
ASV AizsardzÄ«bas ministrija izmanto GPS precÄ«zai navigÄcijai uz sauszemes, jÅ«rÄ un gaisÄ. SistÄma nodroÅ”ina zemeslodes pÄrklÄjumu 24 stundu garumÄ, izmantojot satelÄ«tu konstelÄciju 12 stundu orbÄ«tÄ, kas ir slÄ«pi 55Ā°.
SÄkotnÄjÄ 24 satelÄ«tu konstelÄcija tika paplaÅ”inÄta lÄ«dz 31 satelÄ«tam neviendabÄ«gÄ konfigurÄcijÄ, lai vienmÄr bÅ«tu redzami vismaz 6 satelÄ«ti un 8 vai vairÄk satelÄ«ti bÅ«tu redzami lielÄkajÄ daÄ¼Ä pasaules.
Pakalpojumi, kas ir lÄ«dzÄ«gi GPS, tiek sniegti vai plÄnoti citÄs valstÄ«s. Krievu GLONASS darbojas jau duci gadu, ja skaita no 2. gada 2010. septembra, kad kopÄjais satelÄ«tu skaits tika palielinÄts lÄ«dz 26 - zvaigznÄjs tika pilnÄ«bÄ izvietots, lai pilnÄ«bÄ nosegtu Zemi.
GPS satelÄ«ti visÄ pasaulÄ.
Eiropas SavienÄ«bas satelÄ«tu navigÄcijas sistÄmu sauc Galileo. Bija paredzÄts, ka Galileo sÄks darboties 2014.-2016.gadÄ, kad orbÄ«tÄ tiks palaisti visi 30 plÄnotie satelÄ«ti.TaÄu uz 2018.gadu Galileo satelÄ«tu konstelÄcija nebija sasniegusi vajadzÄ«go satelÄ«tu skaitu.
Ir arÄ« Ä·Ä«nieÅ”u "Beidou", kas nozÄ«mÄ "valis". 16 satelÄ«tu konstelÄcija tika uzsÄkta komerciÄlÄ darbÄ«bÄ 27. gada 2012. decembrÄ« kÄ reÄ£ionÄlÄ pozicionÄÅ”anas sistÄma. PlÄnots, ka sistÄma pilnu jaudu sasniegs lÄ«dz 2020. gadam. TieÅ”i Å”odien es iznÄcu HabrÄ , par veiksmÄ«gu Ŕīs sistÄmas satelÄ«ta palaiÅ”anu.
MatemÄtika koordinÄtu noteikÅ”anai, izmantojot SRNS
KÄ GPS/GLONASS navigators jÅ«su viedtÄlrunÄ« ar Å”Ädu precizitÄti nosaka atraÅ”anÄs vietu, izmantojot radionavigÄcijas sakaru sistÄmu (SRNS)? Lai saprastu aprÄÄ·inu principu, ir jÄatceras stereometrija un algebra vidusskolÄ vai fizikas un matemÄtikas skolÄ.
Katrs satelÄ«ts uztvÄrÄjam norÄda precÄ«zu laiku. SatelÄ«tam ir atompulkstenis, un tÄpÄc tam var uzticÄties. Zinot gaismas Ätrumu, nav grÅ«ti noteikt sfÄras rÄdiusu, uz kuras virsmas atrodas satelÄ«ts. Å Ä« pati sfÄra, saskaroties ar Zemi, veido apli, uz kura atrodas GPS/Glonass uztvÄrÄjs.
Kad signÄls pienÄk no diviem satelÄ«tiem, mums jau ir Zemes un divu sfÄru krustpunkts, kas dod tikai divus punktus uz apļa. TreÅ”Ä satelÄ«ta sfÄrai ideÄlÄ gadÄ«jumÄ jÄiekrÄ«t vienÄ no Å”iem diviem punktiem, beidzot nosakot uztvÄrÄja koordinÄtas.
PrincipÄ pat no diviem satelÄ«tiem, pamatojoties uz netieÅ”iem pierÄdÄ«jumiem, var saprast, kurÅ” no diviem punktiem ir tuvÄk patiesÄ«bai, un mÅ«sdienu navigÄcijas programmatÅ«ras algoritmi var tikt galÄ ar Å”o uzdevumu. KÄpÄc tad mums ir vajadzÄ«gs ceturtais satelÄ«ts?
AtraÅ”anÄs vietas noteikÅ”ana, izmantojot satelÄ«ta konstelÄciju.
Ir viegli redzÄt, ka Å”ajÄ idealizÄtajÄ attÄlÄ ir daudzas nianses, no kurÄm ir atkarÄ«ga aprÄÄ·inu precizitÄte. UztvÄrÄja laiks, iespÄjams, ir visredzamÄkais kļūdu avots. Lai viss darbotos kÄ nÄkas, GPS/Glonass uztvÄrÄja laiks ir jÄsinhronizÄ ar satelÄ«ta laiku. Bez tÄ kļūda bÅ«tu ā 100 tÅ«kstoÅ”i km.
No formulas Ätrumam, laikam un attÄlumam S = v*t iegÅ«stam pamata vienÄdojumu SRNS signÄla pÄrraidÄ«Å”anai. AttÄlums lÄ«dz satelÄ«tam ir vienÄds ar gaismas Ätruma un satelÄ«ta un uztvÄrÄja laika starpÄ«bas reizinÄjumu.
Tas galvenokÄrt ir saistÄ«ts ar faktu, ka pat pÄc visÄm sinhronizÄcijÄm mÄs zinÄm laiku tpr uztvÄrÄjÄ ar pietiekamu precizitÄtes pakÄpi. Starp patieso laiku un tpr vienmÄr bÅ«s Īt, kÄ dÄļ aprÄÄ·ina kļūda kļūst nepieÅemama. TÄpÄc jums ir nepiecieÅ”ams ceturtais satelÄ«ts.
Lai iegÅ«tu skaidrÄku matemÄtisku pamatojumu Äetru satelÄ«tu nepiecieÅ”amÄ«bai, mÄs izveidosim vienÄdojumu sistÄmu.
Lai noteiktu Äetrus nezinÄmos x, y, z un Īt, novÄrojumu skaitam jÄbÅ«t vienÄdam ar nezinÄmo skaitu vai lielÄkam par to. Tas ir nepiecieÅ”ams, bet nepietiekams nosacÄ«jums. Ja normÄlo vienÄdojumu matrica izrÄdÄ«sies vienskaitlÄ«, tad vienÄdojumu sistÄmai nebÅ«s risinÄjuma.
MÄs nedrÄ«kstam aizmirst arÄ« par Ä«paÅ”o relativitÄtes teoriju un relatÄ«vistiskajiem efektiem ar laika dilatÄciju uz satelÄ«ta atompulksteÅiem attiecÄ«bÄ pret zemes pulksteÅiem.
Ja pieÅemam, ka satelÄ«ts orbÄ«tÄ pÄrvietojas ar Ätrumu 14 tÅ«kstoÅ”i km/h, tad iegÅ«stam aptuveni 7 Ī¼s (mikrosekundes) lielu laika dilatÄciju. No otras puses, darbojas vispÄrÄjÄs relativitÄtes teorijas relativistiskie efekti.
Lieta ir Å”Äda: satelÄ«ti orbÄ«tÄ atrodas lielÄ attÄlumÄ no Zemes, kur telpas-laika kontinuuma izliekums ir mazÄks nekÄ uz Zemes virsmas Zemes masas dÄļ. SaskaÅÄ ar vispÄrÄjo relativitÄti pulksteÅi, kas atrodas tuvÄk masÄ«vam objektam, parÄdÄ«sies lÄnÄk nekÄ tie, kas atrodas tÄlÄk no tÄ.
- G ir gravitÄcijas konstante;
- M ir objekta, Å”ajÄ gadÄ«jumÄ Zemes, masa;
- r ir attÄlums no Zemes centra lÄ«dz satelÄ«tam;
- c ir gaismas Ätrums.
AprÄÄ·ins, izmantojot Å”o formulu, nodroÅ”ina satelÄ«ta laika paplaÅ”inÄÅ”anos par 45 Ī¼s. KopÄ -7Ī¼s +45Ī¼s = 38Ī¼s bilance - STR un GTR ietekme.
SRNS pozicionÄÅ”anas lietojumos jÄÅem vÄrÄ arÄ« jonosfÄras un troposfÄras kavÄÅ”anÄs. TurklÄt 46 ns korekcijas ir saistÄ«tas ar GPS satelÄ«tu orbÄ«tas ekscentriskumu 0.02.
IespÄja vienlaikus saÅemt signÄlus no vairÄk nekÄ Äetriem GPS / GLONASS satelÄ«tiem ļauj vÄl vairÄk palielinÄt uztvÄrÄja koordinÄtu noteikÅ”anas precizitÄti. Tas tiek panÄkts, pateicoties tam, ka navigators atrisina Äetru vienÄdojumu sistÄmu ar Äetriem nezinÄmajiem reižu skaitu un Åem vidÄjo vÄrtÄ«bu, palielinot gala novÄrtÄjuma precizitÄti saskaÅÄ ar matemÄtiskÄs statistikas likumiem.
KÄ konfigurÄt NTP serveri Stratum 1, izmantojot satelÄ«ta savienojumu
Lai iestatÄ«tu augstas kvalitÄtes laika serveri, jums ir nepiecieÅ”ams tikai GPSD, NTP un GPS uztvÄrÄjs ar 1PPS (viens impulss sekundÄ) izvadi.
1. InstalÄjiet gpsd un ntpd vai gpsd un chronyd. GPSD versijai jÄbÅ«t ā„ 3.20
(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. Pievienojiet GPS uztvÄrÄju ar PPS atbalstu RS232 seriÄlajam vai USB portam.
Parasts lÄts GPS uztvÄrÄjs nedarbosies; IespÄjams, jums bÅ«s nedaudz jÄmeklÄ, lai atrastu Ä«sto.
3. PÄrliecinieties, vai ierÄ«ce patieÅ”Äm izdod PPS; lai to izdarÄ«tu, pÄrbaudiet portu ar gpsmon utilÄ«tu.
4. Atveriet /etc/conf.d/gpsd failu un rediÄ£Äjiet Å”o rindiÅu.
Nomainīt
GPSD_OPTIONS=""lai tÄ kļūtu
GPSD_OPTIONS="-n"Å Ä«s izmaiÅas ir nepiecieÅ”amas, lai gpsd startÄÅ”anas laikÄ nekavÄjoties sÄktu meklÄt SRNS avotus.
5. SÄciet vai restartÄjiet gpsd.
(1:110)$ sudo /etc/init.d/gpsd start
(1:111)$ sudo /etc/init.d/gpsd restart
Izplatījumiem ar systemd izmantojiet atbilstoŔo komandu systemctl.
6. PÄrbaudiet komandas cgps konsoles izvadi.
Jums jÄpÄrliecinÄs, ka dati no satelÄ«tiem tiek saÅemti pareizi. Konsolei vajadzÄtu bÅ«t kaut kam lÄ«dzÄ«gam attÄlÄ redzamajam.
Cgps konsoles komandas izvade.
7. Ir pienÄcis laiks rediÄ£Ät /etc/ntp.conf failu.
# 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
AugÅ”Äjais NTP0 ieraksts norÄda uz universÄlu laika avotu, kas pieejams gandrÄ«z visÄs GPS ierÄ«cÄs. ApakÅ”Äjais NTP1 ieraksts definÄ daudz precÄ«zÄku PPS avotu.
8. RestartÄjiet ntpd.
(1:112)$ sudo /etc/init.d/ntpd restart
Izplatījumiem ar systemd izmantojiet komandu systemctl.
$ sudo systemctl restartÄjiet ntp
Izmantotie materiÄli
- Deivids L Mills TÄ«kla laika protokols uz Zemes un kosmosÄ,Otrais izdevums.
Avots: www.habr.com