Fakulta elektrotechnická
|
|
- Luboš Filip Šimek
- před 8 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Udržování přesného času v rozlehlých měřících systémech Václav Ehrlich Vedoucí práce: Doc.Ing. Jaroslav Roztočil, CSc. Studijní obor: Kybernetika a měření Červen 2009
2 i
3 Poděkování Chtěl bych na úvod této práce poděkovat panu Doc. Ing. Jaroslavu Roztočilovi, CSc., který mě vedl v práci a vymýšlel pro ni stále nové možnosti, panu RNDr. Ing. Vladimíru Smotlachovi, Ph.D, který mi pomohl s ovladačikměřící kartě apřátelům, kteříměv cílové rovince mé dráhy na akademické půdě povzbuzovali a podporovali. ii
4 iii
5 Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji diplomovou práci vypracoval samostatně apoužil pouze podklady, uvedenévpřiloženém seznamu. Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu 60 Zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorskýmaozměně některých zákonů (autorský zákon) V Praze iv
6 v
7 Abstrakt Ve své bakalářské práci jsem se poprvé setkal s měřením přesného času v rámci identifikace událostí v rozlehlých měřících systémech. Tato práce měla za úkol s přesností řádu nanosekund zaznamenávat jednotlivé události, které byly do systému přivedeny. Vtéto diplomové práci jsem prohloubil znalosti přesného měřeníčasu, doplnil ji o matematický model a zdokonalil algoritmy pro měření. Nyní jsem schopen generovat časové pulzy nezávisle na zdroji přesné sekundy s danou přesností a rozlišením. Abstract For the first time I worked with accurate time in my bachelor project in the identification of events in extensive measurement systems. The issue of the bachelor project was logging incoming events with a nanosecond accuracy. Now I improved knowledge of accurate timing including math model to perfect algorithm of measurement. In the result I m able to generate pulses in nanosecond resolution which are independent of an external precious timer. vi
8 Obsah 1 Úvod Přesný čas UTC Atomové hodiny Distribuce času Používané technologie distribuce času Rádiový signál pozemních vysílačů NTP protokol GPS Teorie měřeníčasu Allanova odchylka Přímá metoda Přímá metoda s dělením kmitočtu Metoda dvojího směšování Další matematický aparát Použité technologie Zdroj přesné sekundy Zpoždění dat T-RAIM algoritmus Přesný čítač-časovač Měřící karta Tedia PCT Nanokernel Návrh programu 34 5 Vlastní program Vlákna, časování Zpracování dotazu Zpracování PPS a inkrementace systémového času Výpočet sekundy vii
9 6 Zprovoznění Konfigurace linuxového jádra Modul pro měřící kartu Tedia PCT Konfigurace programu Kompilace Test funkčnosti Naměřené výsledky 45 8 Závěr 49 viii
10 1 Úvod Jednou ze základních fyzikálních veličin je právěčas, kterým se měří vzdálenost mezi událostmi na první souřadnici v časoprostoru. Je také definován jako neprostorové lineární kontinuum v němž jednotlivé události nastávají v nevratném pořadí. Tuto veličinu, kterou si dovedeme velmi obtížně až nemožně představit, potřebujeme vkaždodenním životě. O její měření se lidé pokoušejí již celá tisíciletí aděje se tak ve dvou úrovních. Pro delší intervaly (roky, měsíce a dny) v kalendáři a pro kratší intervaly na hodinách. Pro kalendářní měřeníčasu se nejdříve používalo viditelných fází Měsíce, později i zdánlivý pohyb Slunce. Z doby mladší doby kamenné jsou známy stavby pro stanovení doby slunovratu a rovnodennosti. Pro určování denní doby a krátkých časových intervalů se využíval denní pohyb Slunce, měřený délkou stínu např. slunečních hodin. Vyspělejší kultury používaly vodních a přesýpacích hodin pro měření kratších intervalů. S vyspělostí šla v ruku v ruce i přesnost měření času a začaly se objevovat hodiny mechanické. Ty se skládaly z oscilátoru, zdroje energie a indikačního zařízení. Na konci osmnáctého století bylomožno s mechanickými hodinami měřit nerovnoměrnost v pohybu Země. Ve dvacátem století sezačaly používat i jiné oscilátory. Mezi nejrozšířenější patří piezoelektrický a krystalový oscilátor. Pro nejpřesnějšíměřeníčasu se využívá atomových hodin. Nepřesnost (variace chodu) prodělala od prvních mechanických hodin velký pokrok a to ze 100 s/den na sekundu za milion let. Měření času a kmitočtu dnes patřík nejpřesnějším měřením vůbec.[8] 1.1 Přesný čas Pro měření a následné modelování průběhu získaných dat je vhodné, aby měřené veličiny byly získány v přesně definovanou dobu. Lze také požadovat, aby odchylka 1
11 doby měření odčasu UTC byla minimální. K tomu lze dospět použitím zdroje přesné sekundy přesných vnitřních hodin zpětné vazby pro korekci offsetu v jednom systému. Na výslednou časovou značku (Time Stamp) jsou všeobecně kladeny nároky: přesnosti (odchylka od času UTC nesmí převýšit přípustnou hodnotu) rozlišení (tj. perioda hodin, které generujíčasová razítka musí být dostatečně krátká, aby žádné dvěnásledující události nedostaly stejnou hodnotu času) Zdroj sekundy a přesné hodiny tak budou sloužitkzískání požadované délky sekundy a jejího rozlišení, zatímco zpětná vazba pro korekci offsetu bude zaručovat minimální odchylku od UTC UTC UTC je standardizovanáčasová stupnice, založená na Mezinárodním atomovém čase (TAI) měřeném atomovými hodinami. Na rozdíl od TAI počítá UTCspřestupnou sekundou vyrovnávající rozdíl, který vzniká zpomalováním rotace planety Země. UTC tak sleduje Universálníčas (UT1), který jeměřen podle rotace planety Země. Tato přestupná sekunda je přičtena (odečtena), pokud rozdíl mezi UT1 a UTC přesáhne 0,9 sekundy (a to nejbližšího 30. června nebo 31. prosince) Atomové hodiny Pro měřenípřesného času TAI se používají cesiové atomové hodiny. Vycházejí z definice sekundy podle soustavy SI: Sekunda je doba trvání period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133. Princip získání přesného času z atomových hodin spočívá v nastavení frekvence oscilátoru budícího mikrovlnné elektromagnetické pole pomocí energie přechodu elektronu v atomovém obalu atomu ze stavu s nižší energií do stavu s energií vyšší. Využívá 2
12 se toho, že díky kvantovým vlastnostem probíhá vyzařování a pohlcování elektromagnetického záření pouze v kvantech s přesně danou energií E, která souvisí s frekvencí f tohoto záření vztahem E = h f (kde h je tzv. Planckova konstanta). Přechod elektronu z jednoho stavu do vybuzeného stavu s o trochu vyšší energií je tak možný jedině pomocí elektromagnetického záření s velice přesně danou frekvencí odpovídající požadované změně energie. S výhodou je možno využít také toho, ževkaždémztěchto dvou stavů má atom jiný moment hybnosti (spin), a tedy i jiný magnetický moment. V jednom je tedy slabším a v druhém silnějším magnetem. Atomové hodiny obsahují elektrický oscilátor, který v dutinovém rezonátoru budí elektromagnetické pole s danou frekvencí, vnašem případě v mikrovlnné oblasti. Pro nastavení a kontrolu frekvence se využívá například atomů cesia nebo rubidia. U izotopu 133Cs je použit přechod vyvolávaný zářením s frekvencí Hz. Dalšídůležitou součástí hodin je tedy zdroj par cesia. Atomy ze zdroje prochází magnetickým polem, které oddělí slabé magnety od silnějších. Do dutiny rezonátoru, která je vyplněná elektromagnetickým polem s danou frekvencí, pošle jen atomy, u kterých je elektron ve stavu s nižší energií. Pokud je frekvence oscilátoru budícího pole správná, přejdou elektrony v atomech pohlcením fotonů s odpovídající energií do stavu svyšší energií. Za rezonátorem je opět magnet, který oddělí atomyvrůzném stavu a ty ve stavu s vyšší energií pošle na detektor. Pokud je frekvence správná, dopadá na detektor intenzivní tok atomů cesia. Pokud ne, není na detektoru signálajetřeba měnit frekvenci oscilátoru tak, abychom dostali signál co největší. Udržuje se tak velmi stabilní přesná frekvence a počítáním kmitů dostáváme velmi přesnýčasový údaj. Ještě lze připomenout, že frekvence přechodu elektronu v atomu cesia je tak přesně určena, že se využívá k definici sekundy. V současné době je u nejlepších atomových hodin nejistota v určeníčasu o něco málo většínež 0,1 ns na 24 hodin. Relativní přesnost tak dosahuje hodnoty téměř Jinak řečeno, za zhruba 15 miliónů let by se takové hodiny rozcházely nejvýše o jednu sekundu. Dosahovaná přesnost je závislá na tom, jak se u jednotlivých atomů liší energie (frekvence), které jsou potřebné k vybuzení elektronu z jednoho stavu do druhého. Jejich rozdíly jsou způsobeny dvěma fyzikálními jevy. 3
13 První vznikátím, že se každý atom náhodně pohybuje a u každého tak vzniká jinávelikost Dopplerova posuvu u jím pohlcovaného fotonu. Tepelný pohyb atomůjenáhodný a rozdělení rychlostí závisí na teplotě plynu. Čím je vyšší teplota, tím jsou vyššíi rychlosti pohybu atomů. Dostáváme tak rozmazání hodnot frekvencí oscilátoru, které jsou potřebné pro excitaci atomů. Maximální počet vybuzených atomů dopadajících do detektoru dostáváme pro určité rozpětí frekvencí, které tak určuje i časovou nepřesnost hodin. Vliv tohoto rozmazání lze silně omezit co největším snížením teploty pracovního plynu. Proto je u nejpřesnějších atomových hodin snaha dosáhnout co nejnižší teploty tohoto plynu. Druhý jev je kvantové povahy.některé veličiny nelze určovat s libovolnou přesností současně. Takovými veličinami jsou také energie a čas. Excitovaný stav, do kterého se atom dostane, není stabilní. Elektron přechází ponějaké době do stavu s nižší energií za současného vyzáření fotonu s energií, která se jeho přechodem uvolnila. Pravděpodobnost toho přechodu je přesně dána. I když tedy u jednotlivého atomu nelze říci, kdy u něj k přechodu dojde, u velkého souboru těchto atomů můžeme přesně říci, za jak dlouho přejde polovina z původního počtu vybuzených atomů do stavu s nižší energií. Tato doba se označuje jako poločas vybíjení daného stavu. Čím menší je poločas vybíjení, tím méně přesně je definována energie vybuzeného stavu. Součin poločasu a neurčitosti energie je úměrný Planckově konstantě, která senám v článku už objevila. Popisovaná zákonitost se označuje jako Heisenbergův princip neurčitosti. I tento jev vede k rozmazání hodnoty frekvence oscilátoru, která dokáže vybudit atomy. Doba života vybuzeného stavu a rozmazání velikosti jeho energie jsou však pro definovaný přechod daného druhu atomu přesně určeny a nelze je změnit. Musíme začít používat jiný přechod, případně i jiný druhu atomu. A to takový, u kterého má vybuzený stav delší poločas vybíjení atím i menší neurčitost v energii. Proto se v současnosti hledají nejvhodnějšípřechody v různých atomech. Pracuje se například se rtutíči yterbiem. Vypracovávají se metody co největšího ochlazení souboru použitých atomů. Díky tomu by se mělo v nejbližší době dosáhnout až takové přesnosti atomových hodin, která by připustila za dobu rovnající se zhruba stářívesmíru neurčitost ne většínež jednu sekundu.[7] 4
14 1.1.3 Distribuce času Přesnýčas je od zdroje času přenášen různými cestami. Ve většině případů jepřenos jednosměrný, kdy dochází pouze k příjmu synchronizačního pulzu. Naproti tomu u použití synchronizace pomocí NTP serveru dochází kpřenosu v obou směrech. PC, které semá synchronizovat, pošle pakety NTP serverům a čeká poté na odpovědi. Přenos signálu je spojen s použitou technologií pro získáváníčasu, proto volíme takový způsob, aby zpoždění signálu bylo co nejkratší, popřípadě aby již sama použitá technologie používala korekci zpoždění. 1.2 Používané technologie distribuce času Vpředchozí kapitole jsem zmínil, že systém, který má udržovat přesnou časovou stupnici, musí obsahovat zdroj přesné sekundy, přesné vnitřníchhodinavezpětné vazbě musí korigovat rozdíl sekundy od UTC. Pro zdroj přesné sekundy máme obecně na výběr ze synchronizace pomocí NTP protokolu, GPS signálu, či korekci radiovým signálem z pozemních radiostanic Rádiový signál pozemních vysílačů Historie První bezdrátovéčasové signály se začaly vysílat v USA a v Kanadě již roku Roku 1910 jako první v Evropě začalo vysílat Německo a Francie. Tato vysílání však nebyla koordinovaná, proto byla roku 1912 svolaná dopaříže mezinárodníčasová konference, na které byl jednotně upraven program vysílání radiotelegrafických časových signálů. Dnes tyto telekomunikační služby řídí nebo koordinuje více organizací, například Mezinárodní úřad pro váhy a míry (BIPM), Mezinárodní služba pro rotaci Země (IERS), Mezinárodní telekomunikační společnost (ITU), Mezinárodní společnost pro geodézii a geofyziku (IUGG), Mezinárodní astronomická unie (IAU) a jiné. Časové signály ve své nejjednodušší formě, určené na běžné používání v občanském životě, jsou všeobecně známé. Rozhlas a televize vysílá 4bodové zvukové časové značky (tři kratší a jedna výraznější, do roku 1999 se vysílalo šest značek). Přesné okamžiky 5
15 udává začátek časových značek, přičemž začátek poslední značky udává konec poslední minuty ve čtvrthodině. Šířeníčasových signálů včeské Republice Významným podnětem rozvoje časových signálů byl Mezinárodní geofyzikální rok 1957/58. Pokusné vysílání přesného kmitočtu a časového signálu z hodin vyvinutých v ÚRE AV ČRunás začalo rokem 1955, kolektivní stanicí OK1KAA na frekvenci 3,5 MHz, a dále pokračovalo vysíláním krátkovlnných stanic OMA 2,5 MHz a OLB5 3,170 MHz. Dlouhovlnné vysílání začalo 17. května 1957 stanicí OLP 48,6 khz a vyústilo v dubnu 1958 vysíláním stanice OMA 50 na výhodném okrouhlém kmitočtu 50 khz. Tato stanice šířila svou normálovou frekvenci a časové signály vysílačem OMA 50 z Liblic u Českého Brodu výkonem 50 kw do T antény. Byla tehdy první stanicí šířící časové signály na dlouhých vlnáchnasvětě. Po definování Pražského koordinovaného času UTC(TP) (TP znamená Tempus Pragense) v lednu 1969 vysílala OMA 50 tento čas v mikrosekundové shodě sesvětovým koordinovaným časem UTC odvozovaným z cesiových atomových hodin v ÚRE. Od roku 1974 bylo zavedeno kódování v BCD tvořeném klíčováním fáze nosné o 180, což byl technicky vyspělejší systém, než používal v té době vysílač DCF77 (vysílající teprve od září roku 1970, tj. 12 let po OMA 50). Tehdejšívýrobci časoměrné techniky ale neodhadli vývoj v oboru a neuvedli na trh výrobky řízené tímto signálem pro širšíveřejnost. Nevýhodou bylo i to, že si provozovatel vysílače vyhradil jednodenní údržbovou přestávku měsíčně. Navíc bylo vysílání občas vypínáno na dobu i několik měsíců při údržbě ostatních anténních systémů provozovatele. Po tuto dobu bylo náhradní vysílání prováděno vysílačem Poděbrady, který měl výkon pouze 5 kw. A tak zájem o vysílání vysílače OMA 50 stále klesal, až bylo financování jeho provozu neúnosné a vysílač byl na jaře roku 1995 vypnut. Zánikem sdělování přesného času a kmitočtu pomocí dlouhovlnného vysílače u nás ale chronometrie nezanikla. Koordinovanýčas UTC(TP), Tempus Pragense, platný od ledna 1969 je i nadále udržován v mikrosekundové shodě sesvětovým koordinovaným časem UTC pracovníky časové laboratoře ÚRE AV ČR v Praze-Kobylisích, kde jsou umístěny dva základní cesiové etalony, hlavní hodiny udržujícíčas UTC(TP) a 6
16 měřicí technika GPS. Dosažená přesnost je , k dispozici jsou výstupy na 10 MHz, 5 MHz a 100 khz. Další dva cesiové normály jsou v budově ÚTB SPT Telecom v Praze na Žižkově. Pro koordinaci UTC(TP) s UTC bylo zpočátku používáno unikátníčeskoslovenské televizní metody, poté bylo využíváno navigačního systému LORAN-C a od září 1991 je využíván družicový navigační systém GPS, přičemž koordinace systémem LORAN-C zůstávala jako doplňková metoda a od televizních měření bylo upuštěno. Od kmitočtového normálu ÚRE AV ČR jsou se submikrosekundovou přesností odvozovány řádkové a snímkové synchronizační impulzy programu ČT 1 a ČT 2. Dále nosné kmitočty některých středovlnných vysílačů, které jsou provozovány Českými radiokomunikacemi, jsou dnes odvozovány od signálu vysílače DCF77. S ÚRE úzce spolupracuje Astronomický ústav AV ČR (AsÚ), který na ondřejovské observatoři fotografickým zenitteleskopem určuje vztah mezi UT1 a UTC(TP). Časové signály Nosná vlna je modulována amplitudově sekundovými znaky. Na začátku každé sekundy (s výjimkou 59. sekundy každé minuty) je amplituda nosné snížena na dobu 0,1 s nebo 0,2 s asi o 25%. Začátek snížení nosné je přesný začátek sekundy (dříve to byl okamžik dosažení 70% plné amplitudy). Nesnížení amplitudy u 59. sekundy oznamuje následující minutový znak. Sekundové znaky jsou fázově synchronní s nosnou. Přenosem je časová odchylka, se kterou mohou být body sekundových znaků přijímány většínežuřízených atomových hodin. Příčinou toho je nepatrnášířka pásma vysílací antény, vlivy prostorových vln a možné interference. Přesto jsou při příjmu sekundových znaků ve vzdálenosti několika stovek kilometrů od vysílacího místa dosažitelné odchylky nižšínež 0,1 ms. Telefonníčasová služba PTB Od roku 1995 poskytuje PTB telefonníčasovou službu. Pomocí této služby lze počítačem s telefonním modemem získat časovou informaci z atomových hodin v PTB 1 přes veřejnou telefonní sít. Pro přenos časového protokolu je použito ASCII kódu, který používá většina modemů apočítačů. Přenášeny jsou následující informace: zákonný čas a datum včetně čísla dne v týdnu, týdnu v roce a dne v roce, koordinovaný světový 1 Spolkový fyzikálně-technický ústav PTB Braunschweig 7
17 čas UTC, datum přechodu ze středoevropského času SEČ nastředoevropský letní čas SELČ azpět, datum vložení přestupné sekundy, diferenci DUT1 (rozdíl mezi UT1 a UTC) a dále astronomický čas UT1. Telefonní časová služba je schopna změřit dobu zpoždění šíření kódované časové informace telefonní linkou. Na straně přijímače je příchozí signál vysílán zpět vysílací straně. Za předpokladu, že je linka reciproká může systém podělením změřeného času dvěma korigovat vzniklé zpoždění přenášené časové informace. Touto technikou lze docílit nepřesnosti časového údaje v řádu několika milisekund. Komunikační parametry jsou následující: modem CCITT-V.22, 1200 baud, 8bitová data ASCII, jeden stop bit, žádná parita. Změna z CR (carriage return) na LF (line feed) indikuje začátek každé přenášené sekundy. Informace přenesená před touto časovou značkou (náběžná hrana start bitu LF) odpovídá následující sekundě.[5] NTP protokol NTP (Network Time Protocol) je protokol pro synchronizaci vnitřních hodin počítačů po paketovésíti 2 s proměnným zpožděním. Jinými slovy: zajišt uje, že všechny počítače vsíti budou mít stejný apřesnýčas. Byl speciálně navržen tak, aby odolával následku proměnlivého zpoždění v doručování paketů. Obrázek 1: Komunikace pomocí protokolu NTP 2 Paket je základní jednotkou informačního přenosu ve všech moderních počítačových sítích 8
18 NTP klient používá algoritmus pro stanoveníčasu z nepatrně selišících odpovědí časových serverů. Používá sečas UTC se speciálními příznaky pro přestupné sekundy. NTP verze 4 obvykle dovede po internetu udržovat čas s chybou pod 10 milisekund (1/100 s), v lokální síti může při ideálních podmínkách dosáhnout přesnosti až 200 mikrosekund. Počítač, který chce synchronizovat své hodiny, pošle pár dotazů několika NTP serverům atymuvodpovědi pošlou svůj přesnýčas. Klient z odpovědí nejprve vyloučí servery se zřejmě nesmyslným časem (s odchylkou 1000 sekund a více). Poté ponechá skupinu serverů s největším společným průnikem. Běžně sejím dosahuje přesnosti hodin v řádu milisekund. Jak lze vidět na obrázku 1, klient vyšle v čase T1 svůj požadavek. Server v čase T3 odešle odpověd, která obsahuje jak čas odeslání T1, tak čas přijetí T2ačas odeslání T3. Klient v čase T4 přijme odpověd a z dat pak může vypočítat zpoždění mezi klientem a serverem, způsobené zpožděním na přenosové cestě jako δ =(T 4 T 1 ) (T 3 T 2 ), a dále zpoždění hodin serveru a klienta jako θ =((T 2 T 1 ) (T 3 T 4 ))/2. NTP je jeden z nejstarších dosud používaných TCP/IP protokolů. NTP původně navrhl David Mills z univerzity v Delaware a stále jej, spolu se skupinou dobrovolníků, udržuje. NTP démon je uživatelský proces, který na stroji běží trvale. Většina protokolu a inteligence je implementována v tomto procesu. Pro dosažení nejlepšího výkonu je důležité, aby jádro operačního systému umělo řídit čas fázovým závěsem 3,místo aby přesnýčas do systémových hodin dosazoval NTP démon přímo. Všechny dnešní verze Linuxu fázový závěs implementují. 3 Byl vyvinut pro potřeby synchronizace dvou kmitočtů. Základní princip spočívá v tom, že mají-li dva harmonické signály konstantní rozdíl fáze vzhledem k času, musí být jejich kmitočty shodné. 9
19 NTP používá hierarchický systém strata hodin, kde systémy se Stratem 1 jsou synchronizoványspřesnými externími hodinami jako třeba GPS či pulsy z atomových hodin. NTP systémy strata 2 odvozují svůj čas od jednoho nebo více systémů se stratem 1, a tak dále. To zabraňuje vzniku cyklu v grafu synchronizujících se strojů. Stratum systému leží v rozsahu 1 až 14; stratum 0 mají samotné referenční hodinypřipojené k nejpřesnějšímu serveru; stratum 15 má počítač, který sevdůsledku výpadku sítě nemůže synchronizovat se zdrojem času, nebo se synchronizuje po výpadku spojení. Obrázek 2: Hierarchie systému NTP NTP udržuje a značkuje čas v UTC ve formě čísla s pevnou desetinnou čárkou: 32 bitů načást sekund + 32 bitů desetinnáčást sekund. To NTP dáváškálu 232 sekund s teoretickým rozlišením2až 32 sekundy. Ačkoliv NTP škála přetéká každých 232 sekund, implementace by měla odstranit nejednoznačnost z jiných zdrojů. Protože k tomu stačíčas přesný naněkolik desetiletí, pro běžné použití to není problém. Jednodušší forma NTP je známá jako Simple Network Time Protocol nebo SNTP. SNTP klient neuvažuje zpoždění paketů vsíti a nepamatuje si stav předchozí komunikace. Synchronizace pomocí NTP serveru má tuvýhodu, že již nepotřebuje další komponenty, pokud je PC osazeno sít ovou kartou, což je v dnešní době standard, a pokud má systém programové vybavení pro tento druh synchronizace. Nevýhodou zůstává přesnost pouze v řádech milisekund až mikrosekund.[3] 10
20 1.2.3 GPS Global Positioning System (GPS) je soustava družic patřící Spojeným státům, která celosvětově poskytuje 24 hodin denně vysoce přesné informace pro zjišt ování polohy. Děje se tak pomocí dvaceti čtyř družic NAVSTAR GPS, které se pohybují naoběžné dráze km nad zemí a vysílají nepřetržitě údaje o přesném časeaosvé poloze ve vesmíru. Přijímač GPS na zemi (nebo nad ní) sleduje tři až dvanáct družic a registruje vysílané informace. Z těchto údajů pak určípřesně svoji vlastní polohu a zároveň i to, jakým směrem a jakou rychlostí sepřijímač pohybuje. Obrázek 3: Hierarchie GPS Družice GPS zná svoji polohu ve vesmíru a přijímač může stanovit svoji vzdálenost od družice změřením času, potřebného pro to, aby dorazil radiový signál z družice k přijímači. Po výpočtu relativní polohy k minimálně třem ažčtyřem měřeným družicím může zahájit přijímač GPS triangulaci. Družice GPS mají na paluběčtvery velmi přesné atomové hodiny a jsou na nich zároveň umístěny databáze stávajícíchaočekávaných poloh ostatních satelitů, které jsou průběžně vzájemně aktualizovány. To umožňuje přijímači GPS po zaměření jedné družice získat všechny potřebné informace pro rychlé vyhledání dalších. Aby hodiny v GPS přijímači dosáhly stejné přesnosti, je z přijímaného 11
21 signálu vypočítáván tzv. clock offset, který v kombinaci s velmi přesnými časovými značkami vysílanými z družic umožňuje přijímači zobrazovat čas s chybou menšínež 1 mikrosekunda. Výkonný mikropočítač v GPS přijímači potom na základě srovnání vzdáleností odněkolika (min. tří) družic dokáže vypočítat polohu a zobrazit ji v různých formátech. GPS byl původně vojenským systémem vyvíjeným a budovaným od roku 1973 Ministerstvem obrany Spojených států. V průběhu let se systém dále vyvíjel, rozšiřoval azačátkem 90. let se stal plně funkčním a dostupným po celém světě. Potenciál a možnosti systému GPS ukázaly na rozšíření využití systému v mnoha oborech lidské činnosti. Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře. Celý systém GPS se skládá z kosmického, uživatelského a řídícího segmentu. Kosmický segment V současné době jetvořen dvacetičtyřmi družicemi, z čehož tři slouží jako záložní. Ty krouží kolem Země vevýšce přibližně km na šesti oběžných drahách skloněných vždy o 60 stupňů. Každá družice je vybavena přijímačem, vysílačem, atomovými hodinami a řadou přístrojů, které slouží pro navigaci nebo jiné speciální úkoly. Družice přijímá, zpracovává a uchovává informace předávané z pozemního řídícího centra, na základě kterých koriguje svoji dráhu raketovými motorky, dále sleduje stav vlastních systémů apodává otěchto skutečnostech informace zpět do řídícího centra. Pro případné problémy je každá družice vybavena záložními zdroji, palubní baterie jsou dobíjeny dvěma slunečními panely. Samotný princip určování polohy systémem GPS je následující: družice vysílá signály pro uživatele v podobě složitého signálu. Každá družice vysílá zprávyosvé poloze apřibližné polohy ostatních družic systému. K určení aktuální polohy Váš přijímač počítá tzv. pseudovzdálenosti, což jsou vzdálenosti mezi vaším přijímačem a viditelnými družicemi (nad obzorem). Výpočet pseudovzdálenosti vychází ze znalosti rychlosti šíření družicového signálu a rozdílu času mezi vysláním a příjmem signálu. Termín pseudovzdálenost se zavádí proto, že je nutné zavádět další doplňující výpočty, které určení výsledné polohy dále zpřesňují. Pro určení dvojrozměrné polohy (nejčastěji 12
22 zeměpisná délka a šířka) postačípříjem signálu z min. tří družic (výpočet tří pseudovzdáleností), pro určení trojrozměrné polohy (navíc výška) minimálně zečtyř družic. Příjem z menšího počtu družic znemožňuje výpočet polohy, vyššípočet družic naopak určení polohy dále zpřesňuje. Uživatelský segment Tvoří jej uživatelské přijímače GPS. V dnešní době existuje mnoho typů, které lze dělit podle následujících hledisek: podle počtu přijímacích frekvencí jednofrekvenční dvoufrekvenční podle počtu kanálů jednokanálové -všechny družice jsou přijímány na jednom kanálu vícekanálové - pro každou družici je rezervován jeden kanál. Tento způsob řešení je modernější variantou podle schopnosti využívat kódová měření kódové - jsou schopny generovat PRN kódyaměřit pseudovzdálenost bez kódu - jsou schopny pouze obnovit původní nosnou vlnu a měřit fázi přijímaného signálu Řídící segment Monitoruje funkce družic a získané údaje předává zpět družicím. Řídící podsystém tvoří hlavnířídící stanice v Colorado Springs, pět monitorovacích stanic a tři pozemní řídící stanice, které spolupracují s hlavnířídící stanicí. Cílem celého řídícího podsystému je monitoring funkcí každé družice, sledování a výpočet dráhy družice, komunikace a zajištění přesného chodu atomových hodin na družicích. Jakákoliv závada na družici musí být co nejrychleji operativněřešena. V současné době existuje několik nezávislých monitorovacích sítí, které umožňují další přesnějšíurčování polohy, především pro velmi přesné aplikace (geodézie, geodynamika). Tyto sítě se nepodílejí nařízení ačinnosti systému GPS. 13
23 Přesnost GPS Pro omezení zneužitelnosti systému na minimální úroveň a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací bylo až do 1.května 2000 provozováno několik opatření, m.j. - selektivní dostupnost (Selected Availibility) - záměrné zhoršování přesnosti určení polohy nebo zavedení tzv. přesného P/Y - kódu, kterým je šířen signál pouze pro vojenské aplikace. V současné době jejižzáměrné zhoršování polohy vypnuté. Díky tomu se pro civilní uživatele téměř desetinásobně zvýšila přesnost určení polohy. Při zaměření dostatečného počtu satelitů bývá v praxi menší, než deset metrů. Jako v jiných navigačních systémech i zde je dosahována určitá míra přesnosti ve stanovení polohy a rychlosti vlivem působení jistých chyb systému GPS. Ty jsou složeny z chyby měření vzdálenosti (pseudorange error) násobené hodnotou geometrické odchylky od přesnosti (GDOP-Geometric Dilution of Precision) - ta vyjadřuje vliv geometrického rozložení družic nad obzorem v okamžiku měření. Dosažitelná minimální hodnota GDOP je rovna jedné. O velikosti obou chyb nebo výsledné velikosti jsme přijímačem trvale na displeji informováni. Chyba měření vzdálenosti má statistický (pravděpodobnostní) charakter a tedy i udávané hodnoty přesnosti stanovení polohy jsou vlastně statistické odhady s danou pravděpodobností. Na velikosti chyby měřenísepodílí ionosférickézpoždění (asi do dvaceti metrů ve dne ašest v noci) a troposférické zpoždění signálu (do 30m), chyba v efemeridách družic (menšínežtři metry) a chyba družicových hodin (menšínežtři metry). Signál z družice prochází na cestě kuživateli ionosférou, ve které dochází k ionosférické refrakci. Signál pak jde po delší cestě než skutečně má.[4] Refrakce se dá potlačit několika způsoby: zavedením modelu ionosférické refrakce přímo do přístroje měřením dvoukmitočtovou metodou - družice vysílá 2 signály na 2 frekvencích (řešením soustavy rovnic získáme požadované výsledky) diferenčním měřením 14
24 Další chyba nastává při odrazu signálu od okolních předmětů - signál se šíří delší cestou. Omezit mnohocestnéšíření signálu lze: vhodnou anténou (choke ring - odraznáči stínící deska) v moderních přístrojích je kvalitní anténa doplněna zvláštním uspořádáním korelátoru přístroje 15
25 2 Teorie měření času Při generování sekundového pulzu se k výslednému sekundovému tiku váže chyba nepřesnosti referenčních hodin, chyba vzniklázpožděním PPS pulsu při přenosu signálu od vysílače k přijímači a následně do PC a nakonec chyba vnitřních přesných hodin PC. Obrázek 4: Zpoždění PPS vůči UTC Nejistota referenčních hodin Nejistotou referenčních hodin rozumíme nejistotu hodin atomových, které nese každá GPS družice. Ta je poměrně nízká, udává se 0,1 ns na dvacetčtyři hodin a vzhledem k následujícím nejistotám ji můžeme zanedbat. GPS přijímač ale žádné atomové hodiny neobsahuje a zpracování signálu se uvádí s určitou nejistotou. U použitého GPS přijímače Motorola Oncore M12+ je garantovaný PPS s přesností menšínež 500ns. Zpoždění signálu přenosovou cestou Ke zpoždění signálu dochází u GPS např. průchodem signálu atmosférou Země nebo dalšími vlivy, podrobněji rozebranýmivpředchozí kapitole. Nejdůležitějšíovšem je, že toto zpoždění lze změřit a pomocí funkcí, které podporuje GPS přijímač, sním dále pracovat. 16
26 Nejistota vnitřních hodin VnitřníhodinyPCmají nejistotu vlastního oscilátoru, která ovlivňuje stav čítače hodin po uplynutí jedné sekundy. Jedná se o chybu metody, kterou lze ošetřit matematickým aparátem - Allanovou odchylkou. V běžných osobních počítačích je čas (TOD) udržován pomocí nekompenzovaného quartz krystalu a čítače, který generuje impuls každou 1. až 10. milisekundu. Každý takový pulz má zanásledek přerušeníčasovače, které navyšuje proměnnou hodin o fixní hodnotu tiku v mikrosekundách nebo nanosekundách. V unixových systémech je TOD reprezentováno 32-bitovým slovem v sekundách a Obrázek 5: Teplotní závislost frekvenční stability mikrosekundách (nanosekundách), které seodvíjí odčasu UTC, tj. od půlnoci 1.ledna 1970 a nemá ošetření pro přestupnou sekundu. Ačkoliv čtení tohoto času je limitované na interval tiku, mnoho systémů umožňuje použití pomocného čítačespřesností mikrosekundy nebo méně, který může být využit k interpolaci mezi přerušeními časovače. Typické hodiny PC jsou nepřesné, protože krystal je závislý na teplotě (viz obr.5), napájení nebo mechanické stabilitě. Pro opravu skutečné chyby frekvence musí být korekce prováděny v intervalech, které závisí napřesnosti a požadavcích. Pro typickou periodu hodin 10 ms a toleranci frekvence 500 PPM musí funkce pro TOD přičíst nebo odečíst 5 μs při každém přerušeníčasovače 17
27 a dokončit celkovou 500 μss korekci během korekčního intervalu trvajícího jednu sekundu. Tím vzniká residuální chyba, která má pilový charakter s maximální amplitudou 500 μss a může být redukována pouze redukcí skutečné chyby frekvence nebo korekčního intervalu. Je možné použít externí čítač s kompenzovaných krystalem, který bude zastávat funkci vnitřních hodin PC. Tak se několikanásobně zvýší stabilita vnitřních hodin celého systému. 2.1 Allanova odchylka Primární charakteristikou ovlivňující přesnost hodin je stabilita oscilátoru. Obvykle se rozlišuje krátkodobá a dlouhodobá stabilita podle délky intervalu, za který je kmitočet sledován (přitom o dlouhodobé stabilitě hovoříme pokud se jedná očasy mnohem delšínež jedna sekunda). Při uvádění konkrétních hodnot však pouhé rozlišení na krátkodobou a dlouhodobou stabilitu nestačí. Vedle údaje o stabilitě je velmi důležité vždy uvést údaj o času pozorování, aby bylo zřejmé v jakých intervalech byl údaj o kmitočtu získáván. Střední kvadratická odchylka byla vhodné měřítko stability, dokud D. W. Allan nezjistil, že mezi náhodnými procesy, které odpovídají za nestabilitu oscilátorů jsou takové, pro které není střední kvadratická odchylka adekvátní. Při výskytu jiného než bílého šumu střední kvadratická odchylka s přibývajícím počtem měření nekonverguje ke konečné hodnotě, ale jde k nekonečnu. Allan upravil vzorec pro střední kvadratickou odchylku tak, aby za všech okolností byla zajištěna konvergence. U střední kvadratické odchylky jsou sečteny druhé mocniny rozdílu jednotlivých naměřených hodnot od střední hodnoty. Allan toto nahrazuje sčítáním druhých mocnin rozdílů po sobě následujících naměřených hodnot. Měření je prováděno v řadě bez prodlev mezi měřeními (viz obr. 6). Mějme posloupnost měření diferencí mezi hodinami počítače a nějakým externím standardem (GPS, přesný oscilátor, NTP). At x k je k-té měření aτ k je délka intervalu 18
28 Obrázek 6: Měření v časové oblasti od posledního měření. Definujme pak dílčí frekvenci která je bezrozměrná. y k = x k x k 1 τ k, Nyní mějme sekvenci N nezávislých vzorků dílčích frekvencí. y k (k =0, 1,..., N 1). Pokud je interval τ mezi měřeními stejný jako průměrovací interval, je Allanův rozptyl definován jako σ 2 y(τ) (y k y k 1 ) 2 = N 1 1 x 2 2(N 2)τ 2 k 2x k x k 1 + x 2 k 2. a Allanova odchylka je pak druhá odmocnina tohoto rozptylu. k= Přímá metoda Nejjednoduššízpůsob měření stability je takzvaná přímá metoda (viz obrázek 7). Je zapotřebí referenční oscilátor. Sinusový signál je přeměněn na obdélníkovýajepřiveden na vstup čítače. V tomto uspořádání bude tedy měřena vzájemná fáze průchodu nulou obou oscilátorů. Protože kmitočet je časově odvozen od fáze, existuje také formulace pro výpočet Allanovy odchylky, která není založena na po sobě následujícím měření kmitočtu, ale na po sobě následujícím měření fáze. Přesnost měřeníčítače je však závislá na jeho časové základně aměření by tedy bylo ovlivněno třetím oscilátorem. Proto se 19
29 referenční oscilátor použije i jako časovázákladna pro čítač. Každýčasový interval mezi průchody nulou z měřeného a referenčního oscilátoru, který touto metodou měříme je vždy současně závislý na obou oscilátorech, protože první dává start a druhý stop signál. Toto uspořádání nedává informaci o tom, jestli bylo kolísání způsobeno na začátku, na konci nebo na obou koncích časového intervalu. U tohoto uspořádání není tedy jednoznačné jaká hodnota Allanovy odchylky je přidružená k jednotlivému oscilátoru. Výsledek měření je tak vždy součtem nestability obou oscilátorů (součet v uvozovkách protože nestability nelze přímo algebraicky sčítat). Proto je třeba zvolit referenční oscilátor takový, aby jeho stabilita byla mnohem lepšínež stabilita měřeného oscilátoru. Potom je příspěvek nestability reference zanedbatelný. Přímáměřící metoda Obrázek 7: Přímá metoda má rozhodující nevýhodu: Rozsah měření fází je omezen kvůli periodicitě vstupního signálu na délku periody signálu. Pokud budou průchody nulou od sebe vzdáleny více než je délka periody, obdržíme víceznačné výsledky Přímá metoda s dělením kmitočtu Zde signál probíhářetězcem digitálních děliček, který dodává navýstupu impulsy v sekundových intervalech (1 PPS). Řetězec děliček je tvořen synchronními čítači. V synchronním děliči kmitočtu jsou všechny čítače řízeny z jediného hodinového vs- 20
30 tupu. To znamená, že výstupy všech čítačů mají přesné typické zpoždění signálu. 1PPS signál na výstupu děličů má tedy přesné typické zpoždění proti hodinovému signálu. Další problém při měření délky časového intervalu představuje rozlišení čítače, které Obrázek 8: Přímá metoda s dělením kmitočtu je omezené. To se promítne do výpočtu Allanovy odchylky a je tedy nutné stanovit práh přesnosti měření. Například při rozlišení 1 ns je hladina šumu (Noise-Floor) 10e 9 při τ =1s a klesá o mocninu deseti na dekádu τ. Vσ τ diagramu je to přímka se stoupáním 1, jejíž počátek je v bodě X =1aY =10e 9. Allanova odchylka, která leží pod touto čarou, nemůže být s takovýmto rozlišením změřena Metoda dvojího směšování Utéto metody se používají kromě měřeného zdroje signálu ještě dva další oscilátory a dva směšovače (viz obr. 9). V tomto uspořádání jsou oba signály oscilátorůsměšovány ve dvou směšovačích s frekvencí třetího Transfer-oscilátoru, který má např. 10Hz kmitočtový offset proti oběma oscilátorům. Signály se směšují ve dvojitě vyvážených směšovačích. Na výstupu směšovače se objeví v ideálním případě jen součet a rozdíl signálů. Zde pracujeme s rozdílovým signálem. Zbytek uspořádání je stejný jako v předchozím případě. Řetězec děliček dělí kmitočet signálu například deseti. Jestliže se frekvence měřeného zdroje signálu změní o 1Hz, tak se také dolů směšovaný kmitočet změní o 1Hz. Tento 1Hz představuje 1/10e 6 způvodní frekvence (zde předpokládáme 10MHz). U rozdílové 21
31 frekvence 10Hz tento 1Hz představuje 1/10, což užsedá snadno detekovat. U tohoto měřícího systému je také snadné určit práh měření (Noise Floor). Na oba vstupy se přivede signál z jediného oscilátoru a provede se měření. Signál je nynínaobouměřících vstupech identický, tudíž nestabilita musí být způsobena samotnou měřící aparaturou. Utéto metody se předpokládá, že se díky diferenčnímu měření vyruší vliv nestability Obrázek 9: Metoda dvojího směšování (Dual Mixer Time Difference System). transfer-oscilátoru. Chyba způsobená transfer-oscilátorem se skutečně vyruší, pokud se děje na obou měřících vstupech vztahují ke stejnému časovému okamžiku. Když se oba oscilátory směšují dolů na frekvenci 10Hz, mohou být průchody nulou obou 10Hz signálů od sebe vzdáleny až 50ms. V těchto 50ms však transfer-oscilátor udělá úplných oscilací. Pro vyrušení jeho vlivu se předpokládá, že pokud jde o jeho chyby v kmitočtu a fázi, nachází sevpřesně stejném stavu jako o 50ms dříve. Toto samozřejmě nelze zaručit. Je možné předpokládat, že se vlastnosti transfer-oscilátoru za tuto dobu příliš nezmění, a že se jeho vliv na měření skutečně vyruší.[6] Další matematický aparát Nyní uvedu postupy pro výpočet aritmetickéhoaváženého průměru a střední hodnoty. Nejedná se o metody spadající výhradně do teorie měřeníčasu, budeme je ale využívat a myslím, že není naškodu věnovat jim pár řádek. 22
32 Aritmetický průměr Aritmetický průměr je statistická veličina, která v jistém smyslu vyjadřuje typickou hodnotu popisující soubor mnoha hodnot. Definice aritmetického průměru je x = 1 n (x 1 + x x n )= 1 n n x i, i=1 tzn. součet všech hodnot vydělený jejich počtem. Vážený průměr Váženýprůměr zobecňuje aritmetickýprůměr a poskytuje charakteristiku statistického souboru v případě, že hodnoty v tomto souboru mají různou důležitost, různou váhu. Používá se zejména při počítání celkového aritmetického průměru souboru složeného z více podsouborů. Pro výpočet váženého průměru potřebujeme jednak hodnoty, jejichž průměr chceme spočítat, a zároveň jejich váhy. Máme-li soubor n hodnot a k nim odpovídající váhy X = {x 1,...,x n } je vážený průměr dán vzorcem W = {w 1,...,w n }, x = n i=1 w ix i n i=1 w i či x = w 1x 1 + w 2 x 2 + w 3 x w n x n w 1 + w 2 + w w n Pokud jsou všechny váhy stejné, je vážený průměr totožný s aritmetickým průměrem. 23
33 Střední hodnota Střední hodnota je parametr rozdělení náhodné veličiny, který je definován jako vážený průměr daného rozdělení. V řeči teorie míry se jedná o hodnotu E X = xdp (x), R kde P je pravděpodobnostní míra určující rozdělení náhodné veličiny X. Pokud výraz na pravé straně nekonverguje absolutně, pak říkáme, že střední hodnota neexistuje. Má-li náhodná veličina X spojité rozdělení s hustotou rozdělení f(x), pak E X = xf(x)dx. R Má-li náhodná veličina X diskrétní rozdělení kde P [X = si] =pi pro i I nejvýše spočetnou množinu různých výsledků, pak E X = I s i p i 24
34 3 Použité technologie Jak již bylo rozebráno v kapitole 1.1, je pro zdroj přesného času důležité, aby obsahoval: zdroj přesné sekundy přesné vnitřní hodiny zpětnou vazbu pro korekci offsetu 3.1 Zdroj přesné sekundy Jako referenční zdroj sekundového tiku jsem vybral z možných technologií synchronizaci pomocí GPS. Dal jsem tak přednost před použitím NTP protokolu z důvodů menší odchylky od UTC a před řízením rádiovým vysíláním z pozemních vysílačů, protože s tímto druhem synchronizace nemám velké zkušenosti. Technologie GPS je stále se rozvíjející, vznikají novéuživatelsky příjemné zařízení s programovou podporou. Jako GPS přijímač bude v této práci použit přijímač firmy Motorola s označením Oncore M12+. Veškerá komunikace s tímto přijímačem bude provozovánavbinárním módu. Zařízení podporuje dále i NMEA 4 zprávy, které pro malou podporu uživatelských příkazů a nastavení nebudou použity. Přijímač Motorola Oncore M12+ lze s výhodou použít jako stanici přesného času. Má implementovaný T-RAIM algoritmus 5, který využívá redundantních měření ze satelitů pro výpočet času. Výsledný, zjednodušeně zprůměrovaný, údajjepřesnějšípři použití více satelitů, než pouze nezbytně nutného počtu. Navíc jsou vyloučeny satelity se zjevnou chybou údaje času. Aby se stanice mohla zabývat pouze časem, bude navíc příjímač zapnut v módu s pevnou pozicí vůči zeměpisnéšířce a výšce. Pro tyto účely jsem vytvořil knihovnu pro komunikaci s přijímačem Motorola M12+, kde v binárním módu komunikuje s GPS program pomocí zpráv, které jsou vždy v tomto formátu : všechny zprávy začínají (0x40 0x40 HEX) 4 NMEA je specifikace pro navigační zařízení jako sonary, gyrokompasy, GPS. Používá ASCII znaky a komunikuje po sériovém protokolu 5 Time Receiver Autonomous Integrity Monitoring (T-RAIM) 25
35 Obrázek 10: Blokové schéma přijímače Motorola M12+ následuje zpráva (posloupnost znaků), která nastavuje přijímač nebo se dotazuje. Zpráva začínal identifikačním kódem zprávy, který obsahuje dva ASCII znaky. ihned po zprávě je byte, který je kontrolním součtem těla zprávy (XOR bytů zprávy) zpráva končí znaky CR LF (0x0D 0x0A HEX) Přijímač obsahuje buffer velký 800bytů, ze kterého jednou za sekundu čte požadavky, které uživatel poslal. Neplatné zprávy (bez počáteční sekvence se špatným kontrolním součtem, bez koncové sekvence CR/LF) nezpracovává. Provede výpočty, nastaví sedopožadovaného módu a od další sekundy začne pracovat tak, jak uživatel požaduje. Doba zpracování dotazu Příkazy uživatele poslané dopřijímače Motorola M12+ jsou umístěny ve vstupním bufferu a zpracovány jednou za sekundu. Čas odpovědi zprávy je potom čas od doby 26
36 vyslání prvního bytu do doby přijetí posledního bytu z přijímače. Doba zpracování dotazu je závislá na zpracování vstupního bufferu. Pro nejlepšípřípad by měl dotaz dorazit přesně před tím, než bude vstupní buffer zpracován a odpověd by měla být hned první (nebo jediná) vyslána na výstup přijímače M12+. Nejhorším případem je pak situace, kdy dotaz dorazí přesně po vykonání příkazů ze vstupního bufferu a odpověd je vyslána jako poslední navýstup přijímače. Předpokládejme, že přenos 1 bytu bude trvat 1ms, doba zpracování příkazu bude 50ms. (viz obrázek 12) Nejlepšípřípad časové korekce vůči UTC nejkratšípříkaz + zpracování dotazu + nejkratší odpověd = 10 ms +50 ms +10 ms =70ms Typický případ časové korekce vůči UTC vstup kdykoliv během sekundového časového intervalu + zpracování dotazu + odpověd kdekoliv v přijatých datech = 0.5s+0.05s+0.475s = s Nejhoršípřípad časové korekce vůči UTC: příkaz na vstupu na začátku sekundového intervalu + zpracování dotazu + odpověd na konci sekundového intervalu = 1 s+1 s =2s Zpoždění dat Přijímač Motorola M12+ může zapisovat polohu, rychlost a čas na sériový port jednou za sekundu. Počátek zápisu dat je časován tak, aby co nejblíže korespondoval s měřícím intervalem přijímače. Tímto intervalem (měřenou epochou) rozumíme dobu, kdy přijímač provádí měření dosažitelnosti satelitů pro účely výpočtu pozice. První byte vyslaný posériové lince je vyslán 0 až 50ms po posledním měření. Necht T k je poslední interval měření. Přijímači trvá přibližně jednu sekundu spočítat data z měření satelitů. Následkem toho jsou data poslaná z přijímače 0 až 50 ms po 27
37 Obrázek 11: Zpoždění výstupní zprávy T k reprezentují nejlepší odhad pozice, rychlosti a času získané včase T k 1. Data pozice (zeměpisnášířka, zeměpisná délka a výška) jsou počítány z poslední měřené epochy a jsou poslánynavýstup ihned po následujícím čase měření. Ten nastane 1 až 1.05 sekundy po původním měření. Zpoždění signálu je ukázán na obrázku 11 a průběh signálů na obrázku T-RAIM algoritmus Tento algoritmus, implementovaný dopřijímače GPS, dokáže najít chyby v měření pseudovzdálenosti. Pokud je zapotřebí přepnout přijímač do stavu s pevnou polohou, další naměřené pseudovzdálenosti by měly korespondovat s vypočítanou pozicí. Naměřené pseudovzdálenosti, které se vysoce liší, mohou značit chybu v satelitu, který signál vyslal, nebo nějakou dalšímožnou chybu, která vznikla přenosem signálu (např. ionosferická disperze). Tradiční RAIM algoritmus pouze odhaloval možné chybné měření, 28
38 Obrázek 12: Průběh signálů přijímače Motorola M12+ nové verze již dál měří, aniž by došlo k celkovému selhání GPS přijímače.[10] RAIM algoritmus se prování autonomně, bez pomoci jakýchkoliv vnějších signálů. Proto je třeba vždy provést více měření pseudovzdálenosti. Pro zachování 3D pozice je zapotřebí alespoňčtyř měření. Ke zjištění chyby je pak zapotřebí 5měření a k izolování a vyloučení chyby nejméněšest satelitů. [9] 3.2 Přesný čítač-časovač Tak jako vetšina hodin, je i čas v PC založen na třech částech zdroji frekvence (např. krystalový oscilátor) způsob akumulace časových událostí (přerušení hodin a hodiny implementované v softwaru) způsob zobrazeníčasu (programový interface, popř. systémové rutiny, pro čtení času) Implementace PC hodin v operačním systému a použité API je rozdílné podle operačního systému a hardwarové platformy. Obecně jealetéměř vždy jako základní zdroj času použit nekompenzovaný krystalový oscilátor, který jezávislý na teplotě a 29
39 napájecím napětí. Operační systém může být schopný kompenzovat vzniklé chyby a nebo dovoluje aplikacím, aby samy korigovaly vzniklé rozdíly. Rozlišení hodin PC je obvykle odvozené z frekvence přerušení hodin a obvykle se pohybuje v rozmezí 100Hz až 1kHz, což nám dává rozlišení od 10ms do 1ms. Znamená to, že nemůžeme určit doby mezi těmito intervaly. Moderní systémy sice dovolují pomocí interpolace zvýšit rozlišení, ale i tak nejsou doby intervalů krátké tak, aby splnily požadavky na délku v řádech nanosekund. Dále rozdíl oproti UTC, který mohou takové hodinypři svém provozu dosáhnout, se pohybuje v rozmezí sekund až minut za týden. Je proto důležité, pokud chceme v PC uchovávat přesnýčas, rozšířit konfiguraci o přesnýčítač-časovač, který nám zajistí funkci vysokého rozlišení hodin Měřící karta Tedia PCT-7424 Jak jsem již rozebral v předchozí kapitole, je nutné pro použití PC jako přesného zdroje PPS rozšířit jeho základní konfiguraci o přesnýčítač-časovač. K tomuto účelu byla použita karta firmy Tedia s označením PCT-7424, která byla rozšířena speciálně pro firmu Cesnet, která mimo jiné poskytuje přesnýčas pomocí NTP. Tato karta obsahuje 24 čítačů. Každý z nich má rozlišení 32 bitů. Uvnitř FPGA jsou tři dvoubitové registry umožňující povolení nastavení příznaku přerušení (XIRQCfgReg; umožní nastavení příznaku, ne však jeho nulování), nulování příznaku přerušení (XIRQClrReg; není registrem, nuluje po dobu PCI instrukce) a registr s příznakem vyvolaného přerušení (XIRQStatusReg). Druhý stupeň jeřešen klopným obvodem řízeným třemi jednobitovými registry (IRQCfgReg, IRQClrReg a IRQStatusReg; funkce je analogická registrům popsaným v předešlém odstavci. Třetím stupněm je registr pro řízení INT sběrnice PCI ovládaný jediným registrem pro povolení i nulování. Tento registr musí být řízen ISR, obsluha předešlých registrů může být přenesena do vyšších vrstev software. Zobrazený blok je v FPGA realizován 8 krát - všechny bloky jsou řízeny společnými registry, avšak každý blok má přidělen jeden bit v registru (jsou indexovány0až 7). [11] 30
40 Obrázek 13: Blok měření zpoždění karty Tedia PCT-7424 Obrázek 14: Obvody přerušení karty Tedia PCT-7424 Signály na sběrnici: RUN/CLR - registr; je-li bit v L, čítač je nulován, je-li v H, čítač běží; přetečení čítače generuje náběžnou hranu na výstupu overflow a přenese H na výstup D- registru 31
41 Obrázek 15: Blok generátorů karty Tedia PCT-7424 WR-DATA - zapíše předvolbu děličky do 16bitového registru SET - není registr, úrovní H nastaví klopný obvoddoh RESET - není registr; úrovní H nastaví klopný obvoddol MUX registr; volí aktivní úroveň; je-li v L, pak se klidová úroveň L změní po přetečení doh STATUS - umožňuje zpětnéčtení výstupu Poznámka: Není registr znamená signál, který je aktivní pouze po dobu probíhající zápisové instrukce PCI sběrnice. 3.3 Nanokernel Na práci s časem v PC jsem využil Nanokernel. Jedná se o programové rozšíření standardního jádra. V současné době je pouze pro verze jádra 2.4.x ve verzi
42 Toto rozšíření obsahuje: možnost udávat systémovýčas v řádu nanosekund místo klasických mikrosekund rozšíření a opravy chyb rutiny adjtimex() 6 pro nastavení hodnoty tickadj.standardně je to 500/Hz. Toto rozšíření jeužitečné, pokud adjtime() nepracuje jak má, nebo je pomalé. nový interface pro podporu synchronizace pomocí PPS PPL (fázová smyčka) implementována do jádra 6 zobrazuje nebo nastavuje proměnné času jádra 33
Principy GPS mapování
Principy GPS mapování Irena Smolová GPS GPS = globální družicový navigační systém určení polohy kdekoliv na zemském povrchu, bez ohledu na počasí a na dobu, kdy se provádí měření Vývoj systému GPS původně
VíceGeoinformační technologie
Geoinformační technologie Globáln lní navigační a polohové družicov icové systémy Výukový materiál pro gymnázia a ostatní střední školy Gymnázium, Praha 6, Nad Alejí 1952 Vytvořeno v rámci projektu SIPVZ
VíceZdroje dat GIS. Digitální formy tištěných map. Vstup dat do GISu:
Zdroje dat GIS Primární Sekundární Geodetická měření GPS DPZ (RS), fotogrametrie Digitální formy tištěných map Kartografické podklady (vlastní nákresy a měření) Vstup dat do GISu: Data přímo ve potřebném
VíceEXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2 Přednáška 5 - Chyby a nejistoty měření. Jan Krystek
EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2 Přednáška 5 - Chyby a nejistoty měření Jan Krystek 9. května 2019 CHYBY A NEJISTOTY MĚŘENÍ Každé měření je zatíženo určitou nepřesností způsobenou nejrůznějšími negativními vlivy,
Více2012, Brno Ing.Tomáš Mikita, Ph.D. Geodézie a pozemková evidence
2012, Brno Ing.Tomáš Mikita, Ph.D. Geodézie a pozemková evidence Přednáška č.10 GNSS GNSS Globální navigační satelitní systémy slouží k určení polohy libovolného počtu uživatelů i objektů v reálném čase
VícePozorování dalekohledy. Umožňují pozorovat vzdálenější a méně jasné objekty (až stonásobně více než pouhým okem). Dají se použít jakékoli dalekohledy
Vesmírná komunikace Pozorování Za nejběžnější vesmírnou komunikaci lze označit pozorování vesmíru pouhým okem (možno vidět okolo 7000 objektů- hvězdy, planety ).Je to i nejstarší a nejběžnější prostředek.
VíceBednář Vladislav Bambuch
Úvod Úvod... 1 Historie Oma... 1 DCF... 1 Koordinovaný čas UTC v naší republice... 2 Počítače a jejich časové sesynchroniziování... 2 Počítač a několik možností synchronizace časových údajů.... 3 PTB -
VíceṀikroprocesory v přístroj. technice. Ohm-metr ... Petr Česák
Ṁikroprocesory v přístroj. technice Ohm-metr.......... Petr Česák Letní semestr 2001/2002 . Ohm-metr 2. úloha ZADÁNÍ Sestavte mikroprocesorem I8031 řízený přístroj pro měření odporu v rozsahu 0 až 40 kohm.
VíceSEKVENČNÍ LOGICKÉ OBVODY
Sekvenční logický obvod je elektronický obvod složený z logických členů. Sekvenční obvod se skládá ze dvou částí kombinační a paměťové. Abychom mohli určit hodnotu výstupní proměnné, je potřeba u sekvenčních
VíceModul GPS přijímače ublox LEA6-T
Modul GPS přijímače ublox LEA6-T Vlastnosti přijímače LEA6-T GPS přijímač LEA6-T do firmy ublox je určený primárně na aplikace s přesným časem. Tomu jsou také přizpůsobeny jeho vstupy a výstupy. Celý přijímač
VíceGPS. Uživatelský segment. Global Positioning System
GPS Uživatelský segment Global Positioning System Trocha 3D geometrie nikoho nezabije opakování Souřadnice pravoúhlé a sférické- opakování Souřadnice sférické- opakování Pro výpočet délky vektoru v rovině
VíceVypracoval: Ing. Antonín POPELKA. Datum: 30. června 2005. Revize 01
Popis systému Revize 01 Založeno 1990 Vypracoval: Ing. Antonín POPELKA Datum: 30. června 2005 SYSTÉM FÁZOROVÝCH MĚŘENÍ FOTEL Systém FOTEL byl vyvinut pro zjišťování fázových poměrů mezi libovolnými body
Více18A - PRINCIPY ČÍSLICOVÝCH MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ Voltmetry, A/D převodníky - principy, vlastnosti, Kmitoměry, čítače, fázoměry, Q- metry
18A - PRINCIPY ČÍSLICOVÝCH MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ Voltmetry, A/D převodníky - principy, vlastnosti, Kmitoměry, čítače, fázoměry, Q- metry Digitální voltmetry Základním obvodem digitálních voltmetrů je A/D
Více9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST
9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST Modulace tvoří základ bezdrátového přenosu informací na velkou vzdálenost. V minulosti se ji využívalo v telekomunikacích při vícenásobném využití přenosových
VíceFVZ K13138-TACR-V004-G-TRIGGER_BOX
TriggerBox Souhrn hlavních funkcí Synchronizace přes Ethernetový protokol IEEE 1588 v2 PTP Automatické určení možnosti, zda SyncCore zastává roli PTP master nebo PTP slave dle mechanizmů standardu PTP
Více14. Elektronická navigace od lodní přes leteckou po GPS principy, vlastnosti, technické prostředky
Specializovaný kurs U3V Současný stav a výhledy digitálních komunikací 14. Elektronická navigace od lodní přes leteckou po GPS principy, vlastnosti, technické prostředky 5.5.2016 Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky
VíceRelativistické jevy při synchronizaci nové generace atomových hodin. Jan Geršl Český metrologický institut
Relativistické jevy při synchronizaci nové generace atomových hodin Jan Geršl Český metrologický institut Objasnění některých pojmů Prostoročas Vlastní čas fyzikálního objektu Souřadnicový čas bodů v prostoročase
VíceVY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory
Číslo projektu Číslo materiálu CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory Název školy Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Autor Ing. Miroslav Krýdl Tematická
Více6c. Techniky kosmické geodézie VLBI Aleš Bezděk
6c. Techniky kosmické geodézie VLBI Aleš Bezděk Teoretická geodézie 4 FSV ČVUT 2017/2018 LS 1 Radiointerferometrie z velmi dlouhých základen Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Jediná metoda kosmické
VíceProjektová dokumentace ANUI
Projektová dokumentace NUI MULTI CONTROL s.r.o., Mírová 97/4, 703 00 Ostrava-Vítkovice, tel/fax: 596 614 436, mobil: +40-777-316190 http://www.multicontrol.cz/ e-mail: info@multicontrol.cz ROZŠÍŘENĚ MĚŘENÍ
Více7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice
7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice Statistika nuda je, má však cenné údaje, neklesejte na mysli, ona nám to vyčíslí Jednou z úloh statistiky je odhad (výpočet) hodnot statistického znaku x i,
VíceHlavní parametry rádiových přijímačů
Hlavní parametry rádiových přijímačů Zpracoval: Ing. Jiří Sehnal Pro posouzení základních vlastností rádiových přijímačů jsou zavedena normalizovaná kritéria parametry, podle kterých se rádiové přijímače
VíceÚvod do mobilní robotiky AIL028
md at robotika.cz http://robotika.cz/guide/umor07/cs 14. listopadu 2007 1 Diferenciální 2 Motivace Linearizace Metoda Matematický model Global Positioning System - Diferenciální 24 navigačních satelitů
VíceGPS - Global Positioning System
Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava 20. února 2011 GPS Družicový pasivní dálkoměrný systém. Tvoří sít družic, kroužících na přesně specifikovaných oběžných drahách. Pasivní znamená pouze
VíceZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ
ZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ Komunikační kanál (přenosová cesta) vždy negativně ovlivňuje přenášený signál (elektrický, světelný, rádiový). Nejčastěji způsobuje: útlum zeslabení, tedy zmenšení amplitudy
VíceČASOMÍRA ROTAČNÍ ČASY FYZIKÁLNĚ DEFINOVANÉ ČASY JULIÁNSKÉ DATUM
ČASOMÍRA ROTAČNÍ ČASY FYZIKÁLNĚ DEFINOVANÉ ČASY JULIÁNSKÉ DATUM Hynčicová Tereza, H2IGE1 2014 ČAS Jedna ze základních fyzikálních veličin Využívá se k určení časových údajů sledovaných jevů Časovou škálu
Vícepopsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu
9. Čidla napětí a proudu Čas ke studiu: 15 minut Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu Výklad
VíceMatematické modelování dopravního proudu
Matematické modelování dopravního proudu Ondřej Lanč, Alena Girglová, Kateřina Papežová, Lucie Obšilová Gymnázium Otokara Březiny a SOŠ Telč lancondrej@centrum.cz Abstrakt: Cílem projektu bylo seznámení
Více1. Základy teorie přenosu informací
1. Základy teorie přenosu informací Úvodem citát o pojmu informace Informace je název pro obsah toho, co se vymění s vnějším světem, když se mu přizpůsobujeme a působíme na něj svým přizpůsobováním. N.
VíceLaboratorní cvičení z předmětu Elektrická měření 2. ročník KMT
MĚŘENÍ S LOGICKÝM ANALYZÁTOREM Jména: Jiří Paar, Zdeněk Nepraš Datum: 2. 1. 2008 Pracovní skupina: 4 Úkol: 1. Seznamte se s ovládáním logického analyzátoru M611 2. Dle postupu měření zapojte pracoviště
VíceDirect Digital Synthesis (DDS)
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Ing. Radek Sedláček, Ph.D., katedra měření K13138 Direct Digital Synthesis (DDS) Přímá číslicová syntéza Tyto materiály vznikly za podpory
VícePROTOKOL RDS. Dotaz na stav stanice " STAV CNC Informace o stavu CNC a radiové stanice FORMÁT JEDNOTLIVÝCH ZPRÁV
PROTOKOL RDS Rádiový modem komunikuje s připojeným zařízením po sériové lince. Standardní protokol komunikace je jednoduchý. Data, která mají být sítí přenesena, je třeba opatřit hlavičkou a kontrolním
VícePosouzení přesnosti měření
Přesnost měření Posouzení přesnosti měření Hodnotu kvantitativně popsaného parametru jakéhokoliv objektu zjistíme jedině měřením. Reálné měření má vždy omezenou přesnost V minulosti sloužila k posouzení
VíceASYNCHRONNÍ ČÍTAČE Použité zdroje:
ASYNCHRONNÍ ČÍTAČE Použité zdroje: Antošová, A., Davídek, V.: Číslicová technika, KOPP, České Budějovice 2007 http://www.edunet.souepl.cz www.sse-lipniknb.cz http://www.dmaster.wz.cz www.spszl.cz http://mikroelektro.utb.cz
VíceNízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)
Provazník oscilatory.docx Oscilátory Oscilátory dělíme podle několika hledisek (uvedené třídění není zcela jednotné - bylo použito vžitých názvů, které vznikaly v různém období vývoje a za zcela odlišných
VíceOvěření funkčnosti ultrazvukového detektoru vzdálenosti
1 Portál pre odborné publikovanie ISSN 1338-0087 Ověření funkčnosti ultrazvukového detektoru vzdálenosti Plšek Stanislav Elektrotechnika 06.12.2010 Práce se zabývá ověřením funkčnosti ultrazvukového detektoru
VíceObrazovkový monitor. Antonín Daněk. semestrální práce předmětu Elektrotechnika pro informatiky. Téma č. 7: princip, blokově základní obvody
Obrazovkový monitor semestrální práce předmětu Elektrotechnika pro informatiky Antonín Daněk Téma č. 7: princip, blokově základní obvody Základní princip proud elektronů Jedná se o vakuovou elektronku.
VíceZákladní jednotky v astronomii
v01.00 Základní jednotky v astronomii Ing. Neliba Vlastimil AK Kladno 2005 Délka - l Slouží pro určení vzdáleností ve vesmíru Základní jednotkou je metr metr je definován jako délka, jež urazí světlo ve
VíceZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ
ZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ Komunikační kanál (přenosová cesta) vždy negativně ovlivňuje přenášený signál (elektrický, světelný, rádiový). Nejčastěji způsobuje: útlum zeslabení, tedy zmenšení amplitudy
Více[1] samoopravné kódy: terminologie, princip
[1] Úvod do kódování samoopravné kódy: terminologie, princip blokové lineární kódy Hammingův kód Samoopravné kódy, k čemu to je [2] Data jsou uložena (nebo posílána do linky) kodérem podle určitého pravidla
Víceíta ové sít baseband narrowband broadband
Každý signál (diskrétní i analogový) vyžaduje pro přenos určitou šířku pásma: základní pásmo baseband pro přenos signálu s jednou frekvencí (není transponován do jiné frekvence) typicky LAN úzké pásmo
Více5. A/Č převodník s postupnou aproximací
5. A/Č převodník s postupnou aproximací Otázky k úloze domácí příprava a) Máte sebou USB flash-disc? b) Z jakých obvodů se v principu skládá převodník s postupnou aproximací? c) Proč je v zapojení použit
VíceNáhodné (statistické) chyby přímých měření
Náhodné (statistické) chyby přímých měření Hodnoty náhodných chyb se nedají stanovit předem, ale na základě počtu pravděpodobnosti lze zjistit, která z možných naměřených hodnot je více a která je méně
VíceCíle. Teoretický úvod. BDIO - Digitální obvody Ústav mikroelektroniky Sekvenční logika - debouncer, čítače, měření doby stisknutí tlačítka Student
Předmět Ústav Úloha č. 9 BIO - igitální obvody Ústav mikroelektroniky Sekvenční logika - debouncer, čítače, měření doby stisknutí tlačítka Student Cíle Pochopení funkce obvodu pro odstranění zákmitů na
VíceGlobal Positioning System
Písemná příprava na zaměstnání Navigace Global Positioning System Popis systému Charakteristika systému GPS GPS (Global Positioning System) je PNT (Positioning Navigation and Timing) systém vyvinutý primárně
VíceZákladní komunikační řetězec
STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA NA PROSEKU EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FOND Základní komunikační řetězec PRAHA & EU INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI Podpora kvality výuky informačních a telekomunikačních technologií ITTEL
VíceVrstvy periferních rozhraní
Vrstvy periferních rozhraní Cíl přednášky Prezentovat, jak postupovat při analýze konkrétního rozhraní. Vysvětlit pojem vrstvy periferních rozhraní. Ukázat způsob využití tohoto pojmu na rozhraní RS 232.
VíceMatematika (a fyzika) schovaná za GPS. Global Positioning system. Michal Bulant. Brno, 2011
Matematika (a fyzika) schovaná za GPS Michal Bulant Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta Ústav matematiky a statistiky Brno, 2011 Michal Bulant (PřF MU) Matematika (a fyzika) schovaná za GPS Brno,
VíceChyby měření 210DPSM
Chyby měření 210DPSM Jan Zatloukal Stručný přehled Zdroje a druhy chyb Systematické chyby měření Náhodné chyby měření Spojité a diskrétní náhodné veličiny Normální rozdělení a jeho vlastnosti Odhad parametrů
VíceIng. Jiří Fejfar, Ph.D. GNSS. Globální navigační satelitní systémy
Ing. Jiří Fejfar, Ph.D. GNSS Globální navigační satelitní systémy Kapitola 1: Globální navigační systémy (Geostacionární) satelity strana 2 Kapitola 1: Globální navigační systémy Složky GNSS Kosmická složka
VíceMikropočítačová vstupně/výstupní jednotka pro řízení tepelných modelů. Zdeněk Oborný
Mikropočítačová vstupně/výstupní jednotka pro řízení tepelných modelů Zdeněk Oborný Freescale 2013 1. Obecné vlastnosti Cílem bylo vytvořit zařízení, které by sloužilo jako modernizovaná náhrada stávající
VíceSoftware pro vzdálenou laboratoř
Software pro vzdálenou laboratoř Autor: Vladimír Hamada, Petr Sadovský Typ: Software Rok: 2012 Samostatnou část vzdálených laboratoří tvoří programové vybavené, které je oživuje HW část vzdáleného experimentu
VícePROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/ PŘEDMĚT PRÁCE S POČÍTAČEM
PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/02.0010 PŘEDMĚT PRÁCE S POČÍTAČEM Obor: Studijní obor Ročník: Druhý Zpracoval: Mgr. Fjodor Kolesnikov PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST
VíceVYSOKONAPĚŤOVÉ ZKUŠEBNICTVÍ. #2 Nejistoty měření
VYSOKONAPĚŤOVÉ ZKUŠEBNICTVÍ # Nejistoty měření Přesnost měření Klasický způsob vyjádření přesnosti měření chyba měření: Absolutní chyba X = X M X(S) Relativní chyba δ X = X(M) X(S) - X(M) je naměřená hodnota
VíceModulační parametry. Obr.1
Modulační parametry Specifickou skupinou měřicích problémů je měření modulačních parametrů digitálních komunikačních systémů. Většinu modulačních metod používaných v digitálních komunikacích lze realizovat
VíceSystém řízení sběrnice
Systém řízení sběrnice Sběrnice je komunikační cesta, která spojuje dvě či více zařízení. V určitý okamžik je možné aby pouze jedno z připojených zařízení vložilo na sběrnici data. Vložená data pak mohou
VícePrincipy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ)
Principy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ) Několik možností kategorizace principů komunikace s externími adaptéry, např.: 1. Podle způsobu adresace registrů, které jsou součástí adaptérů.
VíceNáhodné chyby přímých měření
Náhodné chyby přímých měření Hodnoty náhodných chyb se nedají stanovit předem, ale na základě počtu pravděpodobnosti lze zjistit, která z možných naměřených hodnot je více a která je méně pravděpodobná.
Víceelektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech
Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech piezoelektrický jev při mechanickém namáhání krystalu ve správném směru na něm vzniká elektrické napětí po přiložení elektrického napětí se
VíceÚvod do zpracování signálů
1 / 25 Úvod do zpracování signálů Karel Horák Rozvrh přednášky: 1. Spojitý a diskrétní signál. 2. Spektrum signálu. 3. Vzorkovací věta. 4. Konvoluce signálů. 5. Korelace signálů. 2 / 25 Úvod do zpracování
VícePOROVNÁNÍ JEDNOTLIVÝCH SYSTÉMŮ
RUP 01b POROVNÁNÍ JEDNOTLIVÝCH SYSTÉMŮ Časoměrné systémy: Výhody: Vysoká přesnost polohy (metry) (díky vysoké přesnosti měření časového zpoždění signálů), nenáročné antény, nízké výkony vysílačů Nevýhoda:
VíceČíselné charakteristiky a jejich výpočet
Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel. 973 442029 email:jiri.neubauer@unob.cz charakteristiky polohy charakteristiky variability charakteristiky koncetrace charakteristiky polohy charakteristiky
VíceČíslicový zobrazovač CZ 5.1
Číslicový zobrazovač CZ 5.1 Určení - pro dálkové zobrazování libovolné veličiny, kterou lze zpracovat elektronicky, a která je převedena na číslo posílané po lince RS 485. Zobrazovaná veličina může být
VíceMěření frekvence a času
Radioelektronická měření (MREM, LREM) Měření frekvence a času 7. přednáška Jiří Dřínovský Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Úvod Tyto dvě fyzikální veličiny frekvence a čas jsou navzájem svázány.
VíceGalileo evropský navigační družicový systém
Galileo evropský navigační družicový systém Internet ve státní správě a samosprávě Hradec Králové, 12. 13. duben 2010 1 Navigační systém Galileo je plánovaný autonomní evropský Globální družicový polohový
VíceZpráva o průběhu přijímacího řízení na vysokých školách dle Vyhlášky MŠMT č. 343/2002 a její změně 276/2004 Sb.
Zpráva o průběhu přijímacího řízení na vysokých školách dle Vyhlášky MŠMT č. 343/2002 a její změně 276/2004 Sb. 1. Informace o přijímacích zkouškách Studijní program: Informatika navazující magisterský
VíceČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE KATEDRA VYŠŠÍ GEODÉZIE název předmětu úloha/zadání název úlohy Vyšší geodézie 1 3/3 GPS - výpočet polohy stanice pomocí
VíceVyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Šumperk, Gen. Krátkého 1, 787 29 Šumperk
Středoškolská technika 2013 Setkání a prezentace prací středoškolských studentů na ČVUT Řídicí jednotka hodin s DCF David Uherko E4 Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Šumperk, Gen. Krátkého
VíceEvropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti MI-SOC: 7 ČASOVÁNÍ A SYNCHRONIZACE TECHNICKÉHO VYBAVENÍ doc. Ing. Hana Kubátová, CSc. Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních
VíceGPS přijímač. Jan Chroust
GPS přijímač Jan Chroust Modul byl postaven na základě IO LEA-6S společnosti u-box, plošný spoj umožňuje osazení i LEA-6T. Tyto verze umožňují příjem GPS signálu a s tím spojené výpočty. Výhodou modulu
VíceGEOTECHNICKÝ MONITORING
Inovace studijního oboru Geotechnika reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.0009 GEOTECHNICKÝ MONITORING podklady do cvičení SEIZMICKÁ MĚŘENÍ Ing. Martin Stolárik, Ph.D. Místnost: C 315 Telefon: 597 321 928 E-mail:
VíceSouřadnicové soustavy a GPS
Technologie GPS NAVSTAR Souřadnicové soustavy a GPS Prostorové geocentrické v těch pracuje GPS Rovinné kartografické tyto jsou používány k lokalizaci objektů v mapách Důsledek: chceme-li využívat GPS,
VícePB169 Operační systémy a sítě
PB169 Operační systémy a sítě Přenos dat v počítačových sítích Marek Kumpošt, Zdeněk Říha Způsob propojení sítí opak. Drátové sítě TP (twisted pair) kroucená dvoulinka 100Mbit, 1Gbit Koaxiální kabel vyšší
VíceGlobální polohové a navigační systémy
Globální polohové a navigační systémy KGI/APGPS RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D. Univerzita Palackého v Olomouci Univerzita Palackého v Olomouci I NVESTICE DO ROZVOJE V ZDĚLÁVÁNÍ Environmentální vzdělávání
VíceKIS a jejich bezpečnost I Šíření rádiových vln
KIS a jejich bezpečnost I Šíření rádiových vln Podstata jednotlivých druhů spojení, výhody a nevýhody jejich použití doc. Ing. Marie Richterová, Ph.D. Katedra komunikačních a informačních systémů Černá
VíceVysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Hornicko-geologická fakulta Institut geodézie a důlního měřictví GEODÉZIE II
Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Hornicko-geologická fakulta Institut geodézie a důlního měřictví Ing. Hana Staňková, Ph.D. Ing. Filip Závada GEODÉZIE II 8. Technologie GNSS Navigační systémy
VíceOscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)
Oscilátory Oscilátory Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné) mechanicky laditelní elektricky laditelné VCO (Voltage Control Oscillator) Typy oscilátorů RC většinou neharmonické
VíceElektromagnetický oscilátor
Elektromagnetický oscilátor Již jsme poznali kmitání mechanického oscilátoru (závaží na pružině) - potenciální energie pružnosti se přeměňuje na kinetickou energii a naopak. T =2 m k Nejjednodušší elektromagnetický
VíceTitle: IX 6 11:27 (1 of 6)
PŘEVODNÍKY ANALOGOVÝCH A ČÍSLICOVÝCH SIGNÁLŮ Převodníky umožňující transformaci číslicově vyjádřené informace na analogové napětí a naopak zaujímají v řídícím systému klíčové postavení. Značná část měřených
VíceUniversální přenosný potenciostat (nanopot)
Universální přenosný potenciostat (nanopot) (funkční vzorek 2014) Autoři: Michal Pavlík, Jiří Háze, Lukáš Fujcik, Vilém Kledrowetz, Marek Bohrn, Marian Pristach, Vojtěch Dvořák Funkční vzorek universálního
VíceSIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY
SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY prof. Ing. Jiří Holčík, CSc. INVESTICE Institut DO biostatistiky ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ a analýz VII. SYSTÉMY ZÁKLADNÍ POJMY SYSTÉM - DEFINICE SYSTÉM (řec.) složené, seskupené (v
VíceVYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta informačních technologií
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta informačních technologií Autor: Tomáš Válek, xvalek02@stud.fit.vutbr.cz Login: xvalek02 Datum: 21.listopadu 2012 Obsah 1 Úvod do rozhraní I 2 C (IIC) 1 2 Popis funkčnosti
Více5.1 Definice, zákonné měřící jednotky.
5. Měření délek. 5.1 Definice, zákonné měřící jednotky. 5.2 Měření délek pásmem. 5.3 Optické měření délek. 5.3.1 Paralaktické měření délek. 5.3.2 Ryskový dálkoměr. 5.4 Elektrooptické měření délek. 5.4.1
VícePraktické úlohy- 2.oblast zaměření
Praktické úlohy- 2.oblast zaměření Realizace praktických úloh zaměřených na dovednosti v oblastech: Měření specializovanými přístroji, jejich obsluha a parametrizace; Diagnostika a specifikace závad, měření
VíceCharakterizují kvantitativně vlastnosti předmětů a jevů.
Měřicí aparatura 1 / 34 Fyzikální veličiny Charakterizují kvantitativně vlastnosti předmětů a jevů. Můžeme je dělit: Podle rozměrů: Bezrozměrné (index lomu, poměry) S rozměrem fyzikální veličiny velikost
VíceInovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol
Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/34.0452 Číslo projektu Číslo materiálu Název školy CZ.1.07/1.5.00/34.0452 OV_1_27_měření DVB-T s
VíceMetrologie v geodézii (154MEGE) Ing. Lenka Línková, Ph.D. Katedra speciální geodézie B
Metrologie v geodézii (154MEGE) Ing. Lenka Línková, Ph.D. Katedra speciální geodézie B 902 http://k154.fsv.cvut.cz/~linkova linkova@fsv.cvut.cz 1 Metrologie definice z TNI 01 0115: věda zabývající se měřením
VícePSK1-5. Frekvenční modulace. Úvod. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka. Název školy: Vzdělávací oblast:
PSK1-5 Název školy: Autor: Anotace: Vzdělávací oblast: Předmět: Tematická oblast: Výsledky vzdělávání: Klíčová slova: Druh učebního materiálu: Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova
VíceMATLAB PRO PODPORU VÝUKY KOMUNIKAČNÍCH SYSTÉMŮ
MATLAB PRO PODPORU VÝUKY KOMUNIKAČNÍCH SYSTÉMŮ Aneta Coufalíková, Markéta Smejkalová Mazálková Univerzita obrany Katedra Komunikačních a informačních systémů Matlab ve výuce V rámci modernizace výuky byl
VíceVYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. MRBT Robotika
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘÍCÍ TECHNIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION
VíceSvětlo jako elektromagnetické záření
Světlo jako elektromagnetické záření Základní pojmy: Homogenní prostředí prostředí, jehož dané vlastnosti jsou ve všech místech v prostředí stejné. Izotropní prostředí prostředí, jehož dané vlastnosti
VícePřenosová technika 1
Přenosová technika 1 Přenosová technika Základní pojmy a jednotky Přenosová technika je oblast sdělovací techniky, která se zabývá konstrukčním provedením, stavbou i provozem zařízení sloužících k přenášení,
VíceAnalogově-číslicové převodníky ( A/D )
Analogově-číslicové převodníky ( A/D ) Převodníky analogového signálu v číslicový (zkráceně převodník N/ Č nebo A/D jsou povětšině založeny buď na principu transformace napětí na jinou fyzikální veličinu
VíceObrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač
Teoretický úvod Oscilátor s Wienovým článkem je poměrně jednoduchý obvod, typické zapojení oscilátoru s aktivním a pasivním prvkem. V našem případě je pasivním prvkem Wienův článek (dále jen WČ) a aktivním
Více5. Sekvenční logické obvody
5. Sekvenční logické obvody 3. Sekvenční logické obvody - úvod Sledujme chování jednoduchého logického obvodu se zpětnou vazbou 3. Sekvenční logické obvody - příklad asynchronního sekvenčního obvodu 3.
VíceBEZPEČNÁ DISTRIBUCE PŘESNÉHO ČASU. Vladimír Smotlacha CESNET. seminář Praha
BEZPEČNÁ DISTRIBUCE PŘESNÉHO ČASU Vladimír Smotlacha CESNET seminář 24. 5. 2018 Praha BEZPEČNÁ DISTRIBUCE PŘESNÉHO ČASU Hodiny Přenos času TF Infrastruktura HODINY ČAS A FREKVENCE frekvence přirozená veličina
VíceMikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001
Mikrokontroléry Doplňující text pro POS K. D. 2001 Úvod Mikrokontroléry, jinak též označované jako jednočipové mikropočítače, obsahují v jediném pouzdře všechny podstatné části mikropočítače: Řadič a aritmetickou
VíceChyby a neurčitosti měření
Radioelektronická měření (MREM) Chyby a neurčitosti měření 10. přednáška Jiří Dřínovský Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Základní pojmy Měření je souhrn činností s cílem určit hodnotu měřené veličiny
VícePRACOVNÍ NÁVRH VYHLÁŠKA. ze dne o způsobu stanovení pokrytí signálem televizního vysílání
PRACOVNÍ NÁVRH VYHLÁŠKA ze dne 2008 o způsobu stanovení pokrytí signálem televizního vysílání Český telekomunikační úřad stanoví podle 150 odst. 5 zákona č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích
VíceČas a kauzalita v DS
PDV 09 2017/2018 Čas a kauzalita v DS Michal Jakob michal.jakob@fel.cvut.cz Centrum umělé inteligence, katedra počítačů, FEL ČVUT Příklad: Letecký rezervační systém 1. Server A obdrží klientský požadavek
Více