NIST和海军的测试表明电信网络可以备份GPS时间信号。

出版时间:星期五,9月9日,2016—14:38 在里面地球与气候

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美国国家标准与技术研究院博尔德实验室的数学家马克·韦斯控制着商业电信网络时间转移的实验演示。在实验中,这个房间里的设备锁定在NIST官方版本的国际时间上,在美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国海军天文台(US Naval Observatory)之间来回传输时间信号,时间信号位于科罗拉多州斯普林斯市。测量系统时间传递精度。
Paul Trantow/NIST高空艺术

通过全球定位系统(GPS)发送的精确时间信号使手机通话同步,时间戳金融交易,支持飞机安全飞行,船,火车和汽车。如果GPS下降怎么办?国家标准技术研究所(NIST)和美国海军天文台(USNO)在美国运营民用和军用时间标准,分别曾与两家公司合作过——门罗,位于路易斯安那州的Centurylink,还有Aliso Viejo,加利福尼亚的Microsemi——确定一种实用的备份可能性:商业光纤通信网络。

在GPS系统中,无线电干扰或太空天气会无意中干扰传输,例如。各种类型的故意干扰也是可能的。联邦机构早就认识到需要支持GPS,自20世纪70年代以来为用户提供时间和位置信息的几十颗卫星的集合。

为了探索使用商业电信网络作为时间服务备份的可能性,正在进行的实验将NIST时间尺度在Boulder,科罗拉多,利用Centurylink的光纤电缆,在科罗拉多州斯普林斯的施里弗空军基地使用USNO替代时间刻度。两个联邦时间尺度,相隔150公里,是产生时间国际标准版本的时钟组合,协调世界时(称为UTC)实时。

在这个实验中,时间信号在两个地点之间的两个方向定期发送。研究人员测量了远程(传输)和本地时间之间的差异。

结果,刚刚在一家会议,显示UTC可以以低于100纳秒(ns,或者十亿分之一秒——因此,只要这种联系没有中断,就可以达到项目最初的目标。稳定性是指远程和本地时钟保持同步的程度。因为信号是由不同的设备沿着每条路径转发的,他们在两个不同的方向上经历了显著的不平等延迟。这降低了整体性能,导致精度达不到规定目标1微秒(百万分之一秒)。*GPS可用于校准(从而纠正)不均匀延迟,研究表明,如果GPS“消失”,时间转移可以在100 ns内完成校准。

“100ns的稳定水平足以满足新的电信标准,”主要作者MarcWeiss说,NIST的数学物理学家。“我们将继续努力达到1微秒的精度水平,这是电力行业等关键基础设施所需要的。”

会议文件指出,如果光纤网络或其电源故障,必须重新建立,然后需要GPS或其他替代时间基准来重新校准光纤电路。作者建议,光纤网络可以作为GPS的部分备份,GPS可用于校正定时延迟。或者,为GPS提供更可靠的备份,可以使用两条独立的电信网络路径。

在实验中,从NIST和USNO到其各自附近的Centurylink办公室的光纤电缆,信号以专用波长多路传输到网络中,而不是与任何其他客户共享。实验开始于2014年4月,将持续到2016年底。

“看来至少有一种商业运输机制可以在100ns的水平上支持GPS进行时间传输,”论文总结道。“我们确信,如果这项技术在全国范围内被用作一项服务,类似的结果也会适用。”

随着GPS的重要性,对精确定时备份的需求也在增加。根据政府问责办公室2013年的一项研究,“GPS对美国来说至关重要。国家安全是经济增长的关键组成部分,安全性,以及国家关键基础设施部门,“无力缓解全球定位系统中断可能导致数十亿美元的经济损失,研究发现。

来源:国家标准技术研究所(NIST)

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