Detalles del servicio de cronometraje por satélite Beidou (sistema de cronometraje del servidor de tiempo de red ntp)
Detalles del servicio de cronometraje por satélite Beidou (sistema de cronometraje del servidor de tiempo de red ntp)
La mayoría de estos servicios prestados por el sistema Beidou son muy fáciles de entender. Algunos de ustedes se preguntarán qué es la temporización.
El cronometraje es simplemente la transmisión de la hora estándar.
De hecho, la necesidad de medir el tiempo existe desde hace mucho tiempo. Podemos ver edificios como torres de reloj en muchas ciudades del país.
Una torre de reloj es la herramienta que transmite la hora de una ciudad. Todo el mundo sabe qué hora es cuando oye la campana y puede ir a hacer las cosas en consecuencia.
Sabemos que la hora estándar internacional actual se denomina Tiempo Universal Coordinado (UTC), que se basa en la longitud del segundo en el tiempo atómico combinada con el momento en el Tiempo Universal. Cuando la diferencia entre ambos se acumula año tras año y alcanza los 0,9 segundos, el error se compensa con más o menos un segundo bisiesto, manteniendo al mismo tiempo una escala de tiempo uniforme.
El servicio de cronometraje del sistema Beidou consiste en difundir la hora estándar china desde el Centro Nacional de Cronometraje de la Academia China de Ciencias a aplicaciones de diversas industrias a través de servicios por satélite para garantizar la sincronización y precisión horarias.
Escaparate detallado
Cómo localizar por satélite
Los satélites envían señales al exterior a intervalos regulares y nuestros receptores de señal localizan la posición recibiendo señales de los satélites.
Supongamos que ahora hay dos satélites, cada uno con su propio reloj. Supongamos que cada satélite envía una señal cada segundo. Al mismo tiempo, el receptor mantiene su propio reloj, por lo que puede calcular la distancia entre él y los dos satélites determinando la hora de llegada de la señal.
Hay que tener en cuenta que antes hemos supuesto que el receptor tiene su propio reloj preciso. Más adelante responderemos con detalle a esta pregunta.
Arriba hemos dibujado un esquema bidimensional. Si en un entorno tridimensional, el número correspondiente de satélites debe aumentarse en uno.
Bien, he aquí la pregunta, ¿es posible precisar nuestra posición conociendo la distancia de dos satélites con respecto a nosotros?
La respuesta es no, porque no sabemos dónde están situados los satélites.
01
Efemérides y posiciones de los satélites
¿Cómo puedo localizar un satélite?
Ya en 1617, el gran dios Johannes Kepler fue capaz de localizar la órbita de un satélite utilizando siete elementos en un modelo idealizado.
Por supuesto, este modelo idealizado tiene algunas limitaciones: la órbita se ciñe al plano 2D y es siempre elíptica. A continuación, puedes describir esta órbita fija con precisión utilizando los siguientes elementos:
La media de los ejes largo y corto de una elipse (en efecto: el área de la elipse, A).
Relación entre los ejes largo y corto de una elipse (e).
Tres parámetros que describen la orientación del plano orbital: la inclinación (i0), la
la longitud del nodo ascendente (Ω0).
Punto cercano al arco (ω)
A qué distancia de la elipse se encuentra el satélite en T = 0 (ángulo de perihelio medio M0)
Momento T = 0 (t0e)
Aunque el modelo de Kepler es bastante perfecto, no basta porque la Tierra en sí no es una esfera perfecta y el campo gravitatorio no es completamente uniforme. Si se utilizara directamente este modelo, las posiciones de los satélites podrían ser inexactas en kilómetros.
Para resolver este problema, los dioses que diseñaron el GPS en 1970 añadieron seis parámetros más al modelo kepleriano.
La siguiente figura muestra los parámetros de posicionamiento utilizados por el GPS y el sistema europeo de satélites Galileo:
No voy a entrar en los detalles de lo que eso significa, así que los interesados pueden explorar por su cuenta.
El sistema de satélites BeiDou también sigue los parámetros de posicionamiento por satélite del diseño GPS.
Tomando como ejemplo el satélite Beidou con el número C06@0, veamos la información de la señal que proporciona al mundo exterior:
Si sumamos las posiciones actuales de los satélites y las previsibles después, generamos una efeméride.
Arriba se muestra la carta de efemérides del satélite BeiDou para el 24 de junio de 2020.
02
El reloj desconocido
Con la posición del satélite y la distancia al satélite, podemos calcular nuestra posición. Pero aquí hay un requisito previo, y es que el reloj del satélite sea preciso y el del receptor también.
Se trata de dos cuestiones: la precisión del reloj del satélite y la precisión del reloj del receptor.
Veamos primero la cuestión de la precisión del reloj del receptor.
Si la señal viaja a la velocidad de la luz, la distancia de error de un nanosegundo es de 30 centímetros.
Mantener un reloj con precisión de nanosegundos es básicamente imposible para los equipos receptores ordinarios, así que ¿cómo pueden los equipos receptores ordinarios también ser capaces de localizar con precisión?
La respuesta es añadir otro satélite.
El equipo receptor recibe tres señales al mismo tiempo, y las señales al mismo tiempo deben recogerse en el punto donde está la posición real del receptor, entonces el receptor puede corregir el reloj local para que se recojan varias señales de satélite en un punto, realizando así la corrección del reloj local y la posición precisa del posicionamiento. Dos pájaros de un tiro.
Si es en tres dimensiones, necesitas al menos cuatro satélites.
03
Relojes precisos
Hemos resuelto el problema del receptor, ¿cómo resolvemos el del emisor?
Cada satélite también necesita un reloj preciso para enviar señales.
Sabemos que la hora más precisa del mundo se produce en un entorno de laboratorio, pero los satélites se encuentran en entornos en los que no es posible lograr ese tipo de precisión en un laboratorio.
Podemos controlar los relojes en el aire desde tierra, compararlos con la hora exacta en el entorno del laboratorio y enviar un mensaje de calibración al satélite.
Hay tres correcciones principales:
- Desviación del reloj af0 nanosegundos
- Velocidad de desfase del reloj af1 ns/seg
- Aceleración del desfase del reloj af2 ns/seg/seg
Por lo general, el satélite no ajusta su propio reloj tras recibir la información de corrección, sino que envía el elemento de corrección junto con el reloj original al receptor, que lo gestionará por sí mismo.
Corrección de errores ionosféricos
Bueno, todos los problemas parecen resueltos, pero hay uno más. Es la ionosfera.
La transmisión de la señal en la ionosfera se ve afectada, lo que provoca un retraso.
¿Cómo resolver este problema de retraso de la señal?
Esto se debe a que el retardo producido por la ionosfera es proporcional a la frecuencia de la señal. Por tanto, podemos utilizar señales de múltiples frecuencias y obtener así el retardo total generado y eliminarlo por la diferencia de tiempos de llegada entre las distintas bandas de frecuencia.
Esto elimina más del 99,9% de los errores introducidos por la atmósfera sin necesidad de realizar más modelizaciones.
Como mencionamos anteriormente al presentar el sistema BeiDou, éste utiliza tres señales de banda de frecuencia, B1, B2 y B3, y el uso de tres señales de banda de frecuencia puede eliminar mejor el error de la ionosfera.
Se dice que el GPS es de 2 bandas.
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