UTC для GPS-коррекции времени

Замечание о масштабах времени и конверсиях GNSS

TAI (международное атомное время)

Международное атомное время (TAI, от французского названия Temps atomique international) представляет собой высокоточный атомный координатный временной стандарт, основанный на условном прохождении собственного времени на геоидах Земли. Он является основой для скоординированного всеобщего времени (UTC), который используется для гражданского хронометража по всей поверхности Земли и для наземного времени, который используется для астрономических расчетов. Начиная с 31 декабря 2016 года, когда был добавлен последний прыжок, TAI был на 37 секунд раньше UTC. 37 секунд были результатом начального разницы в 10 секунд в начале 1972 года, плюс 27 скачков в UTC с 1972 года.

Временные координаты на шкалах TAI обычно определяются с использованием традиционных средств определения дней, перенесенных из неравномерных временных стандартов, основанных на вращении Земли. В частности, используются как юлианские даты, так и григорианский календарь. TAI в этой форме было синхронизировано с Universal Time в начале 1958 года, и эти двое дрейфовали с тех пор, из-за изменения движения Земли.

TAI как шкала времени является средневзвешенным временем, которое хранится более чем 200 атомными часами в более чем 50 национальных лабораториях по всему миру. Часы сравниваются с использованием сигналов GPS и двухстороннего спутникового времени и передачи частоты. Из-за усреднения он намного более стабилен, чем любые часы были бы одни (см. Усреднение сигнала для обсуждения). Большинство часов - цезивые часы; определение SI второе записывается в терминах цезия

Wikipedia - International Atomic Time

U.S. Naval Observatory - Systems of Time

UTC (скоординированное всеобщее время)

Скоординированное универсальное время (UTC) является основным стандартом времени, с помощью которого мир регулирует часы и время. Это один из нескольких близких преемников к среднему времени по Гринвичу (GMT). Для большинства целей UTC является синонимом GMT, но GMT больше не определяется научным сообществом

UTC был официально оформлен в 1963 году Международным консультативным радиосвязи в Рекомендации 374, который был инициирован несколькими национальными лабораториями времени. Система была отрегулирована несколько раз до тех пор, пока в 1972 году не были приняты прыжковые секунды для упрощения будущих корректировок. Был внесен ряд предложений, чтобы заменить UTC новой системой, которая устранила бы прыжки секунд, но консенсуса пока не достигнуто.

Текущая версия UTC определяется Рекомендацией Международного союза электросвязи (МСЭ-R TF.460-6), Стандартными и частотными сигналами. и основано на Международном атомном времени (TAI) с секундомерами, добавляемыми с нерегулярными интервалами для компенсации замедления вращения Земли. Секундные секунды сохраняют UTC в течение 0.9 секунды после UT1. За 46 лет до 2017 года включительно было добавлено 27 скачкообразных секунд; самое последнее было добавлено 31 декабря 2016 года.

Если высокая точность не требуется, можно использовать общий термин Universal Time (UT). Термин «среднее время по Гринвичу» (GMT) не имеет точного определения на уровне второстепенного уровня, но часто считается эквивалентным UTC или UT1. Говорить «GMT» часто подразумевает либо UTC, либо UT1 при использовании в неформальных или случайных контекстах. В технических контекстах избегается использование «GMT»; недвусмысленная терминология «UTC» или «UT1» является предпочтительной.

Wikipedia - Coordinated Universal Time

Прыжки секунд и объявление

Прыжки секунд - это односекундная корректировка, которая иногда применяется к координированному универсальному времени (UTC), чтобы сохранить свое время дня близко к среднему солнечному времени. Последний прыжок был вставлен 31 декабря 2016 года в 23:59:60 UTC.

Стандарт времени UTC, который широко используется для международного хронометража и как ссылка на гражданское время в большинстве стран, использует определение международной системы (СИ) второго, основанного на атомных часах. Как и большинство стандартов времени, UTC определяет группировку секунд в минуты, часы, дни, месяцы и годы. Однако продолжительность одного среднего солнечного дня немного больше, чем 24 часа (86400 секунд СИ). Поэтому, если день UTC был определен как точно 86400 секунд SI, время UTC понемногу дрейфовало бы отдельно от стандартов на солнечной основе, таких как среднее время по Гринвичу (GMT) и его преемник UT1. Цель прыжковой секунды - компенсировать этот дрейф, иногда планируя некоторые дни UTC с 86401 или 86399 секунд SI.

В частности, положительная секундная скачка вставлена между вторыми 23:59:59 выбранной календарной даты UTC (последний день месяца, обычно 30 июня или 31 декабря) и второй 00:00:00 следующей даты. Эта дополнительная секунда отображается в часах UTC как 23:59:60. В часах, отображающих местное время, привязанных к UTC, секунда скачка может быть вставлена в конце некоторого другого часа (или полчаса) в зависимости от местного часового пояса.

Отрицательный прыжок секунд подавил бы секунду 23:59:59 последнего дня выбранного месяца, так что секунда 23:59:58 с этой даты будет немедленно после второго 00:00:00 следующей даты. Однако, поскольку стандарт UTC был установлен, отрицательные прыжки секунд никогда не нужны.

Поскольку скорость вращения Земли изменяется в зависимости от климатических и геологических событий, прыжки секунды  в UTC нерегулярно разнесены и непредсказуемы. Вставка каждой секунды перехода по стандарту UTC обычно определяется примерно за шесть месяцев Международной службой вращения и опорных систем Земли (IERS), когда необходимо, чтобы разница между показаниями UTC и UT1 никогда не превышала 0,9 секунды. Между их принятием в 1972 и декабре 2016 года было запланировано 27 скачкообразных секунд, все положительные.

Wikipedia - Leap second

U.S. Naval Observatory - Leap Seconds

Будущее прыжков

Запущенный вопросником о скоординированном универсальном времени (UTC), распространенном IERS в 1999 году, ученые во всем мире начали обсуждать использование секунд прыжка. Аргумент вращается вокруг вопроса: «Должны ли мы настраивать наши часы на замедление вращения Земли или должны ли атомные часы отвечать за измерение времени?»

Научное сообщество до сих пор не смогло достичь соглашения по этой теме. Всемирная конференция радиосвязи МСЭ (ВКР-15) на сессии в Женеве в ноябре 2015 года решила, что необходимы дальнейшие исследования в отношении воздействия и применения будущего эталонного временного масштаба, включая изменение UTC и подавление так называемых «прыжок второй». Доклад будет рассмотрен Всемирной конференцией радиосвязи в 2023 году. До тех пор, UTC будет продолжать применяться, как описано в Recommendation ITU -R TF.460 -6 и в соответствии с Международным бюро мер и весов (BIPM)

ITU WRC-15 - Press Release

Time and Date - The Future of Leap Seconds

Время GPS (глобальная система определения местоположения)

Глобальная система определения местоположения (GPS) - это космическая спутниковая навигационная система, которая обеспечивает информацию о местоположении и времени в любых погодных условиях в любом месте на Земле или вблизи нее, где имеется беспрепятственная линия видимости для четырех или более спутников GPS. Система предоставляет критически важные возможности военным, гражданским и коммерческим пользователям по всему миру. Он поддерживается правительством Соединенных Штатов и свободно доступен для всех, у кого есть GPS-приемник.

Проект GPS был разработан в 1973 году, чтобы преодолеть ограничения предыдущих навигационных систем, объединив идеи от нескольких предшественников, включая ряд классифицированных инженерных проектных исследований 1960-х годов. GPS был создан и реализован Министерством обороны США (DoD) и первоначально был запущен с 24 спутниками. Он стал полностью функционировать в 1994 году. Брэдфорд Паркинсон, Роджер Л. Истон и Иван А. Получение приписывают его изобретательству.

Достижения в области технологий и новые требования к существующей системе теперь привели к усилиям по модернизации системы GPS и внедрению следующего поколения спутников GPS III и оперативной системы управления следующего поколения (OCX). Анонсы вице-президента и Белого дома в 1998 году инициировали эти изменения. В 2000 году Конгресс США санкционировал усилия по модернизации, GPS III.

В дополнение к GPS, другие системы используются или разрабатываются. Российская глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) была разработана одновременно с GPS, но пострадала от неполного охвата земного шара до середины 2000-х годов. Есть также планируемая система позиционирования Европейского союза Galileo, система навигации китайского компаса и индийская региональная навигационная спутниковая система.

Хотя большинство часов получают свое время от скоординированного всеобщего времени (UTC), атомные часы на спутниках устанавливаются на время GPS (GPST, см. Страницу Военно-морской обсерватории Соединенных Штатов). Разница в том, что время GPS не корректируется в соответствии с вращением Земли, поэтому оно не содержит секунд прыжка или других поправок, которые периодически добавляются в UTC. Время GPS было установлено в соответствии с UTC в 1980 году, но с тех пор расходится. Отсутствие поправок означает, что время GPS остается постоянным смещением с Международным атомным временем (TAI) (TAI - GPS = 19 секунд). Периодические поправки выполняются на бортовые часы, чтобы синхронизировать их с наземными часами.

GPS-навигационное сообщение содержит разницу между временем GPS и UTC. По состоянию на январь 2017 года время GPS на 18 секунд превышает UTC из-за второго прыжка, добавленного в UTC 31 декабря 2016 года. Получатели вычитают это смещение от времени GPS для вычисления UTC и значений конкретного часового пояса. Новые GPS-устройства могут не показывать правильное время UTC до получения сообщения UTC offset. Поле смещения GPS-UTC может вмещать 255 секунд (восемь бит).

Время GPS теоретически точно до 14 наносекунд. Однако большинство получателей теряют точность в интерпретации сигналов и только точны до 100 наносекунд.

В отличие от формата года, месяца и дня в григорианском календаре, дата GPS выражается как номер недели и число секунд в неделю. Номер недели передается в виде десятибитового поля в навигационных сообщениях C / A и P (Y), и поэтому он становится равным нулю каждые 1024 недели (19,6 года). Начальная нота GPS началась в 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI) 6 января 1980 года, а номер недели снова стал нулевым в 23:59:47 UTC 21 августа 1999 года (00 : 00: 19 TAI от 22 августа 1999 года). Чтобы определить текущую григорианскую дату, GPS-приемник должен быть снабжен приблизительной датой (до 3584 дней) для правильного перевода сигнала даты GPS. Для решения этой проблемы модернизированное навигационное навигационное сообщение использует 13-битное поле, которое повторяется только каждые 8 192 недели (157 лет), таким образом, продолжающееся до 2137 года (157 лет после нулевой недели GPS).

Wikipedia - GPS time 

Таблица перевода времени UTC в GPS 

Ограничения срока действия (на 0часов UTC)TAI - UTC (сек)GPS - UTC (сек)
1972-01-01 - 1972-07-01

0


1972-07-01 - 1973-01-0111

1973-01-01 - 1974-01-01

12

1974-01-01 - 1975-01-01

13

1975-01-01 - 1976-01-01

14

1976-01-01 - 1977-01-01

15

1977-01-01 - 1978-01-01

16

1978-01-01 - 1979-01-01

17

1979-01-01 - 1980-01-01

18

1980-01-01 - 1981-07-01

190

1981-07-01 - 1982-07-01

201

1982-07-01 - 1983-07-01

212

1983-07-01 - 1985-07-01

223

1985-07-01 - 1988-01-01

234

1988-01-01 - 1990-01-01

245

1990-01-01 - 1991-01-01

256

1991-01-01 - 1992-07-01

267

1992-07-01 - 1993-07-01

278

1993-07-01 - 1994-07-01

289

1994-07-01 - 1996-01-01

2910

1996-01-01 - 1997-07-01

3011

1997-07-01 - 1999-01-01

3112

1999-01-01 - 2006-01-01

3213

2006-01-01 - 2009-01-01

3314

2009-01-01 - 2012-07-01

3415

2012-07-01 - 2015-07-01

3516
 2015-07-01 - 2017-01-013617
2017-01-01 - ????-??-??3718

Последний IERS Бюллютень C

From: IERS EOP Product Center

Subject: Bulletin C number 54  

Sent: 6 July 2017

                          INFORMATION ON UTC - TAI
 
 NO leap second will be introduced at the end of December 2017.
 The difference between Coordinated Universal Time UTC and the
 International Atomic Time TAI is :
 
     from 2017 January 1, 0h UTC, until further notice : UTC-TAI = -37 s
 
 Leap seconds can be introduced in UTC at the end of the months of December
 or June,  depending on the evolution of UT1-TAI. Bulletin C is mailed every
 six months, either to announce a time step in UTC, or to confirm that there
 will be no time step at the next possible date.

Observatoire de Paris - Latest Bulletin C

IERS > Publications > IERS Bulletins

Источники

Name Version Published
IERS_Leap_Seconds.pdf 1 2013-07-12 09:55
UTC_to_retain_leap_second.pdf 1 2015-11-19 16:32