Transfert de temps et de fréquence - Time and frequency transfer

Le transfert de temps et de fréquence est un schéma dans lequel plusieurs sites partagent un temps ou une fréquence de référence précis. La technique est couramment utilisée pour créer et distribuer des échelles de temps standard telles que le temps atomique international (TAI). Le transfert de temps résout des problèmes tels que les observatoires astronomiques corrélant les flashs observés ou d'autres phénomènes les uns avec les autres, ainsi que les tours de téléphonie cellulaire coordonnant les transferts lorsqu'un téléphone passe d'une cellule à une autre.

De multiples techniques ont été développées, transférant souvent la synchronisation d' horloge de référence d'un point à un autre, souvent sur de longues distances. Une précision approchant la nanoseconde dans le monde est économiquement pratique pour de nombreuses applications. Les systèmes de navigation radio sont fréquemment utilisés comme systèmes de transfert de temps.

Dans certains cas, plusieurs mesures sont effectuées sur une période de temps et la synchronisation temporelle exacte est déterminée rétrospectivement. En particulier, la synchronisation temporelle a été réalisée en utilisant des paires de radiotélescopes pour écouter un pulsar , le transfert de temps étant réalisé en comparant les décalages temporels du signal de pulsar reçu.

Exemples

Voici des exemples de techniques de transfert de temps et de fréquence :

Une manière

Dans un système de transfert de temps unidirectionnel, une extrémité transmet son heure actuelle sur un canal de communication à un ou plusieurs récepteurs. Les récepteurs, à la réception, décoderont le message et indiqueront simplement l'heure ou ajusteront une horloge locale qui peut fournir des rapports de temps d'attente entre la réception des messages. L'avantage des systèmes unidirectionnels est qu'ils peuvent être techniquement simples et desservir de nombreux récepteurs, car l'émetteur ne connaît pas les récepteurs.

Le principal inconvénient du système de transfert de temps unidirectionnel est que les délais de propagation du canal de communication restent non compensés, sauf dans certains systèmes avancés. Des exemples d'un système de transfert de temps à sens unique sont l'horloge d'une église ou d'un bâtiment municipal et la sonnerie de leurs cloches d'indication de l'heure ; boules de temps , signaux d' horloge radio tels que LORAN , DCF77 et MSF ; et enfin le système de positionnement global qui utilise plusieurs transferts de temps unidirectionnels à partir de différents satellites, avec des informations de position et d'autres moyens avancés de compensation de retard pour permettre au récepteur de compenser les informations de temps et de position en temps réel.

bidirectionnel

Dans un système de transfert de temps bidirectionnel, les deux pairs transmettront et recevront également les messages de l'autre, effectuant ainsi deux transferts de temps unidirectionnels pour déterminer la différence entre l'horloge distante et l'horloge locale. La somme de ces différences de temps est le délai d'aller-retour entre les deux nœuds. On suppose souvent que ce retard est uniformément réparti entre les directions entre les pairs. Dans cette hypothèse, la moitié du délai aller-retour est le délai de propagation à compenser. Un inconvénient est que le délai de propagation dans les deux sens doit être mesuré et utilisé pour calculer une correction de délai. Cette fonction peut être implémentée dans la source de référence, auquel cas la capacité de la source limite le nombre de clients pouvant être servis, ou par logiciel dans chaque client. Le NIST fournit un service de référence temporelle aux utilisateurs d'ordinateurs sur Internet, basé sur des applets Java chargées par chaque client. Le système de transfert de temps et de fréquence par satellite bidirectionnel (TWSTFT) utilisé en comparaison parmi certains laboratoires de temps utilise un satellite pour une liaison commune entre les laboratoires. Le Network Time Protocol utilise des messages basés sur des paquets sur un réseau IP.

Vue commune

La différence de temps entre deux horloges peut être déterminée en comparant simultanément chaque horloge à un signal de référence commun qui peut être reçu sur les deux sites. Tant que les deux stations d'extrémité reçoivent le même signal satellite en même temps, la précision de la source du signal n'est pas importante. La nature du signal reçu n'est pas importante, bien que des systèmes de synchronisation et de navigation largement disponibles tels que le GPS ou le LORAN soient pratiques.

La précision du temps transféré de cette manière est généralement de 1 à 10 ns.

Norme de temps

Depuis l'avènement du GPS, une synchronisation très précise, mais abordable, est disponible à partir de nombreux récepteurs GPS commerciaux . Sa conception initiale du système prévoyait une précision de synchronisation générale supérieure à 340 nanosecondes en utilisant un "mode grossier" de faible qualité et 200 ns en mode de précision. Un récepteur GPS fonctionne en mesurant avec précision le temps de transit des signaux reçus de plusieurs satellites. Ces distances combinées géométriquement avec des informations orbitales précises identifient l'emplacement du récepteur. Une synchronisation précise est fondamentale pour une localisation GPS précise. L'heure d'une horloge atomique à bord de chaque satellite est codée dans le signal radio ; le récepteur détermine combien de temps il a reçu le signal plus tard qu'il n'a été envoyé. Pour ce faire, une horloge locale est corrigée à l'heure de l'horloge atomique GPS en résolvant trois dimensions et l'heure sur la base de quatre signaux satellites ou plus. Les améliorations des algorithmes conduisent de nombreux récepteurs GPS modernes à bas prix à atteindre une précision supérieure à 10 mètres, ce qui implique une précision de synchronisation d'environ 30 ns. Les références de temps de laboratoire basées sur le GPS atteignent régulièrement une précision de 10 ns.

Voir également

Les références