Wie konvertiere ich GPS-Zeit in TAI-Zeit in UTC-Zeit?

Ich hatte naiv angenommen, dass GPS-Zeit und TAI dasselbe sind, bis ich diese Antwort sah: https://space.stackexchange.com/a/22244/12508

Ich weiß, dass es Unterschiede zwischen Terrestrial Time (TT) und TAI von ~ 32,184 Sekunden gibt, aber das ist meiner Meinung nach nur auf die Millisekunde genau. Die Unterschiede zwischen TAI und UTC sind die üblichen Schaltsekunden [zB siehe Franz und Harper , 2002], aber ist das auf die Nanosekunde genau?

Angenommen, ich bekomme GPS-Zeiten und muss diese in UTC umwandeln und auf die Nanosekunde genau sein. Kann ich einfach den in Davids Antwort erwähnten Unterschied von ~ 19 Sekunden verwenden, um in TAI zu konvertieren, und dann Schaltsekunden hinzufügen, um UTC zu erhalten?

Muss ich nachgeben und gezwungen werden, die SPICE-Software von JPL zu lernen?

Andere relevante, aber nicht direkt verwandte Fragen:

Verweise

  1. Franz, M. und D. Harper "Heliosphärenkoordinatensysteme", Planet. Weltraumwissenschaft. 50 , S. 217–233, doi: 10.1016/S0032-0633(01)00119-2 , 2002.
Die Antwort auf Ihre Frage finden Sie hier: en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#Leap_seconds (TAI - GPS = 19 Sekunden)
@Uwe - Nein, das glaube ich nicht. Das ist nur auf die Millisekunde genau, oder? Mir ist klar, dass GPS intrinsische Unsicherheiten von 10 ns hat, aber wenn ich eine Zeit mit mindestens dieser Genauigkeit kennen muss, reichen die 19 Sekunden als Korrektur aus oder sind sie nur gut für etwa Millisekunden?
Sowohl die TAI- als auch die GPS-Zeit sind extrem präzise Uhren. Beide Zeitskalen verwenden keine Schaltsekunden. Gab es also 1980 einen konstanten Versatz von 19 Sekunden, beträgt der Versatz heute noch 19 Sekunden. Wenn der Offset heute anders wäre, wäre mindestens eine Zeitskala ungenau. Die Genauigkeit beträgt etwa 1E-13 Sekunden, eine Nanosekunde 1E-9 Sekunden, eine Pikosekunde 1e-12.
@Uwe - Nein, das verstehe ich alles. Ich frage, ob der Offset tatsächlich 19 Sekunden bis auf eine Nanosekunde beträgt.

Antworten (1)

Laut Seite 47 des Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac betrug TT – TAI per Definition zum Zeitpunkt 00:00:00 Uhr TAI am 1. Januar 1977 genau 32,184 Sekunden. Seitdem gab es Abweichungen von diesem exakten Wert aufgrund von Hardwarebeschränkungen in den Atomuhren. In der Ergänzung heißt es, dass zwischen 1977 und 1990 (als sie geschrieben wurde) "die Abweichung wahrscheinlich innerhalb der ungefähren Grenzen von ± 10 Mikrosekunden blieb". Seitdem hat sich die Taktqualität erheblich verbessert, sodass die Abweichung jetzt viel kleiner ist; Eine Fußnote in der Dokumentation „ Time Scale and Calendar Tools “ der IAU Standards Of Fundamental Astronomy besagt: „Die GPS-Zeit bleibt für immer 19 Sekunden hinter TAI zurück, mit einer Genauigkeit von unter einer Mikrosekunde.“

Das US Naval Observatory sagt, dass die GPS-Zeit „in den letzten Jahren innerhalb weniger hundert Nanosekunden“ von UTC (USNO) lag, während UTC (USNO) „im vergangenen Jahr innerhalb von 26 Nanosekunden von UTC [BIPM] gehalten wurde“. Der GPS-Leistungsstandard für die Genauigkeit der Zeitübertragung beträgt in 95 % der Fälle weniger als 40 Nanosekunden, aber in der Tech Note 36 des International Earth Rotation Service heißt es: „Da die Exzentrizität e für GPS-Orbits kann bis zu 0,02 erreichen, folglich kann die Amplitude [der zusätzlichen relativistischen Korrektur, die über die bereits in die Borduhren eingebaute benötigt wird] bis zu 46 ns erreichen." (Seite 154).

Dies zeigt, dass Sie, wenn Sie wirklich Nanosekunden-Timing-Präzision benötigen, genauer definieren müssen, was Sie wollen, denn die Unsicherheit beim Vergleich jeder dieser Zeitskalen mit sich selbst ist größer als das! Und das ist, bevor Sie versuchen, die ionosphärische Ausbreitungsverzögerung zu berücksichtigen , die Hunderte von Nanosekunden Fehler bei GPS-Frequenzen und andere ähnliche Effekte verursachen kann. Ich empfehle dringend, den Umgang mit Software wie SOFA oder SPICE zu lernen, anstatt zu versuchen, es selbst zu schreiben, es sei denn, Sie tun es nur als Lernübung, um herauszufinden, wie schwierig es ist, all diese Details richtig hinzubekommen. :)

Ich habe tatsächlich meine eigene Ephemeriden-Software geschrieben, um zwischen verschiedenen heliosphärischen Koordinatensystemen zu konvertieren, nur um das Erlernen von SPICE zu vermeiden (und weil ich stur bin und keine "Black Boxes" verwende). Während dieser mehrmonatigen Tortur gewann ich ein großes Verständnis für die Nuancen und Schwierigkeiten bei der Konvertierung zwischen verschiedenen Zeitstempeln und die Grenzen ihrer Genauigkeit. Also ja, ich stimme zu, nichts davon ist einfach.
@honeste_vivere Die Tortur ist gut für dich, und es ist wichtig zu verstehen, was in Black Boxes vor sich geht, auch wenn du es nicht direkt sehen kannst. Sobald Sie das haben, ist es jedoch normalerweise am besten, mit einer Box zu arbeiten, die viele Beta-Tests von anderen Benutzern als Ihnen hatte, damit Sie alle Fehler nutzen können, die sie gemeldet und die jemand anderes behoben hat. Außerdem verteilen SPICE und SOFA beide den Quellcode, sodass diese Kästchen nicht wirklich schwarz sind.
Oh, ich stimme zu, Entschuldigung, ich wollte andeuten, dass Dinge, die ich nicht verstehe, in der Blackbox-Beschreibung enthalten sind. Wenn ich alles verstehen würde, was in den Bereich des SPICE-Kernels fällt, wäre es keine Black Box mehr, da stimme ich zu. Wie auch immer, wenn ich GPS-Zeit bekomme und in UTC konvertieren muss, gibt es dafür außer SPICE und SOFA Open-Source-Ressourcen oder sind das die einzigen da draußen? Ich weiß, dass die US Navy und Air Force Ressourcen haben, aber es gibt steile Paywalls, nicht wahr?
@honeste_vivere Ah, jetzt verstehe ich, danke. Die Tools der US-Regierung sind hauptsächlich nur für den offiziellen Gebrauch bestimmt; Sie kosten kein Geld, aber es ist ein sehr langer Prozess, die Erlaubnis zu ihrer Verwendung zu erhalten, selbst wenn Sie eine andere US-Regierungsbehörde sind. Einige der Inhalte der Air Force wurden kürzlich öffentlich zugänglich gemacht. Die Ressourcen, für die Sie Tonnen von Geld bezahlen, sind zwei kommerzielle Produkte (die auch viele Kopien an die US-Regierung verkaufen). Es gibt ein paar andere kostenlose Softwareoptionen, aber die Qualität ist sehr unterschiedlich. Ich werde die Antwort gleich bearbeiten, um Links zu einer Reihe dieser Dinge hinzuzufügen.
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