ES2606366T3 - Procedimiento para la sincronización de relojes remotos por satélite con un reloj central - Google Patents

Procedimiento para la sincronización de relojes remotos por satélite con un reloj central Download PDF

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ES2606366T3 ES00915192.9T ES00915192T ES2606366T3 ES 2606366 T3 ES2606366 T3 ES 2606366T3 ES 00915192 T ES00915192 T ES 00915192T ES 2606366 T3 ES2606366 T3 ES 2606366T3
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Abstract

Procedimiento para la sincronización de relojes remotos por satélite con un reloj central en una estación terrestre central, con las etapas siguientes: a) conectar el reloj central con al menos un reloj remoto dispuesto en una estación terrestre de satélite a través de una conexión satélite bidireccional; b) emitir y recibir de manera bidireccional señales horarias entre el reloj central y el reloj remoto a través de la conexión satélite en tiempo real; c) tanto el reloj central como el reloj remoto determinan en cada caso la diferencia horaria entre el instante de recepción de la señal emitida por la estación opuesta con respecto al reloj local; d) intercambiar las diferencias horarias determinadas a ambos lados del reloj remoto y del reloj central a través de la conexión satélite, concretamente por el enlace radioeléctrico, por el que también se intercambian las señales horarias del reloj central y del reloj remoto, en tiempo real y e) sincronizar el reloj remoto según el estado y la marcha con el reloj central en función de las señales horarias intercambiadas a través de la conexión satélite y las diferencias horarias determinadas.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la sincronizacion de relojes remotos por satelite con un reloj central
Ademas de las senales horarias emitidas de manera terrestre, por ejemplo DCF-77, ultimamente se emiten cada vez mas senales horarias basadas en satelite (D. Kirchner: “Two-Way Time Transfer Via Communication Satellites”, Proceedings of the IEEE, vol. 79, n.° 7, julio de 1991, paginas 983-990; US 4.494.211 A; E. L. Gurevich et al.: “Synchronization of Remote Time Scales Via Satellite Communication Channels”, Measurement Techniques, US, Consultants Bureau, Nueva York, volumen 35, n.° 7, 1 de julio de 1992, paginas 825-828). Los procedimientos mas conocidos son el sistema GPS y GLONASS.
Resulta ser una desventaja considerable la necesidad de un posicionamiento por satelite muy preciso, asf como del conocimiento exacto del trayecto de transmision, en particular la ionosfera y troposfera, que es indispensable para un usuario que requiere de una gran precision. Ademas, las senales de satelite se corrompen a proposito para usuarios civiles (Selective Availability, disponibilidad selectiva), para evitar un uso no militar con gran precision. Se han desarrollado procedimientos que permiten una compensacion parcial de estas faltas de seguridad (por ejemplo GPS diferencial). Hasta hoy no han podido solucionarse de manera satisfactoria las dificultades para utilizar la senal GPS para aplicaciones horarias de gran precision.
Los procedimientos mencionados estan muy extendidos debido a la disponibilidad economica de modulos de recepcion adecuados. Una desventaja operativa se encuentra precisamente en la naturaleza militar de los sistemas, que impiden un uso bajo responsabilidad industrial. Las senales horarias basadas en satelite requieren de una amplia infraestructura para la monitorizacion y verificacion. Una desventaja adicional consiste en que los datos de gran precision procedentes de los sistemas mencionados solo estan disponibles con retardos de tiempo de horas o mas.
El procedimiento bidireccional (TWSTFT, Two Way Satellite Time- and Frequency Transfer, transferencia bidireccional por satelite de senales horarias y frecuencia) es especialmente adecuado para fines metrologicos para la transmision horaria. Se trata de un procedimiento utilizado por los organismos nacionales de calibracion (por ejemplo el PTB de Brunswick) para la comparacion de escalas de tiempo existentes basadas en relojes atomicos.
La ventaja de este procedimiento radica en la independencia en principio relativa de la posicion del satelite y de errores por el trayecto de transmision. Puede derivarse directamente de la simetna del procedimiento. Como las dos partes de una conexion requieren tanto de un modulo de emision como de recepcion, la aplicacion del procedimiento, en particular debido a la complejidad relativamente considerable, quedo limitada a pocos organismos nacionales (D, UK, F, OE, USA, JA, IT, ES, NL).
La disponibilidad cada vez mayor de estaciones terrestres de satelite pequenas y economicas con modulo de emision hace, en la actualidad, que las desventajas relativas al sistema pasen a ocupar cada vez mas un segundo lugar. Resulta obvio hacer que el procedimiento bidireccional, probado desde hace anos, sea accesible para un uso amplio como alternativa a los procedimientos unidireccionales (GPS, GLONASS).
Hasta ahora se opoma que el procedimiento bidireccional, tambien denominado TWSTFT (Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer), se limitaba a la comparacion de relojes existentes, dispuestos de manera externa con respecto a los aparatos aqrn descritos, y que los resultados de medicion solo se dan a conocer con un retardo de tiempo de hasta varios dfas tras realizar los calculos correspondientes por el BIPM (Bureau International des Poids et Mesures, Paris).
La invencion se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento y un dispositivo para la sincronizacion de relojes remotos por satelite con un reloj central, sin que se produzcan las desventajas mencionadas.
El objetivo se alcanza consiguiendo los objetos de las reivindicaciones independientes. A partir de las reivindicaciones dependientes se obtienen configuraciones ventajosas.
El objetivo se alcanza en particular proporcionando un procedimiento para la sincronizacion de relojes remotos por satelite con un reloj central en una estacion terrestre central, que presenta las etapas siguientes:
a) conectar el reloj central con al menos un reloj remoto dispuesto en una estacion terrestre de satelite a traves de una conexion satelite bidireccional;
b) emitir y recibir de manera bidireccional senales horarias entre el reloj central y el reloj remoto a traves de la conexion satelite en tiempo real;
c) tanto el reloj central como el reloj remoto determinan en cada caso la diferencia horaria entre el instante de recepcion de la senal emitida por la estacion opuesta con respecto al reloj local;
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d) intercambiar las diferencias horarias del reloj remoto y del reloj central determinadas a ambos lados a traves de la conexion satelite, concretamente por el enlace radioelectrico, por el que tambien se intercambian las senales horarias del reloj central y del reloj remoto, en tiempo real y
e) sincronizar el reloj remoto segun el estado y la marcha con el reloj central en funcion de las senales horarias intercambiadas a traves de la conexion satelite y las diferencias horarias determinadas.
El objetivo se alcanza ademas en particular porque se proporciona un dispositivo para la sincronizacion de relojes remotos por satelite con un reloj central, en particular para la realizacion de una forma de realizacion del procedimiento descrito anteriormente, comprendiendo el dispositivo:
- un reloj central dispuesto en una estacion terrestre central con un primer modulo de emision y recepcion para senales de satelite,
- un reloj remoto dispuesto en una estacion terrestre de satelite con un segundo modulo de emision y recepcion
para senales de satelite, estando comunicados entre sf los modulos de emision y recepcion primero y segundo a
traves de una conexion satelite bidireccional,
- un modulo para la determinacion de datos de medicion, que comprende la diferencia horaria determinada tanto por el reloj central como por el reloj remoto en cada caso entre el instante de recepcion de la senal emitida por la estacion opuesta con respecto al reloj local, asf como
- un bucle de control previsto en el reloj remoto para la sincronizacion del reloj remoto segun el estado y la marcha
con el reloj central en funcion de la primera diferencia horaria transmitida en tiempo real del reloj central al reloj remoto y la segunda diferencia horaria,
- estando configurado el dispositivo para intercambiar las diferencias horarias en tiempo real directamente por el enlace radioelectrico, por el que tambien se intercambian las senales horarias del reloj remoto y del reloj central.
El procedimiento elimina las desventajas mencionadas anteriormente con cinco novedades esenciales:
1. En la estacion remota se encuentra un reloj ffsico con reserva de marcha adicional. Por tanto, no es necesario como hasta ahora en la transferencia horaria bidireccional un reloj externo de gran precision, sino que se utiliza el reloj directamente integrado en el aparato.
2. Las senales que sirven para la transmision horaria se utilizan al mismo tiempo para el intercambio bidireccional de los datos de medicion bidireccionales.
3. Debido a los datos de medicion que se actualizan continuamente, el reloj remoto se sincroniza a traves de un bucle de control con el reloj central aplicando las correcciones relativas al sistema, que tambien se intercambian entre las estaciones.
4. La informacion de hora y frecuencia existente en el reloj remoto esta a disposicion del usuario en forma de senales electricas accesibles desde fuera.
5. La calidad de la sincronizacion puede comprobarse con un retardo de tiempo mmimo debido a la actualizacion continua de los datos de medicion.
Para el usuario, el procedimiento permite las siguientes ventajas:
1. Independencia de infraestructuras con caracter militar y/o multinacional.
2. No presenta ningun tipo de degradacion de la calidad de datos (Selective Availability) introducida a proposito por motivos militares.
3. El sistema, aprovechando el procedimiento de medicion introducido segun el principio bidireccional, garantiza una independencia considerable de la posicion del satelite. Trabaja sin conocer el tiempo de propagacion a lo largo del trayecto de transmision.
4. La calidad del reloj integrado en la estacion remota, en comparacion con los relojes atomicos, puede ser claramente menor y mas economica, porque este reloj se ajusta al reloj central mediante un bucle de control continuo.
5. El procedimiento es adecuado para evitar de manera fiable precisamente tambien errores a largo plazo (deriva) del sistema, algo que no consiguen en el funcionamiento practico incluso los relojes atomicos comerciales de maxima calidad por razones de principios.
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6. El procedimiento trabaja en tiempo real sin un procesamiento posterior complejo de los datos.
7. Se pone a disposicion del usuario senales horarias que pueden utilizarse directamente.
8. El procedimiento tiene calidad de calibracion por relacion directa con una escala de tiempo reconocida.
9. El procedimiento de medicion es directamente accesible para una calibracion.
Preferiblemente el reloj remoto, como componente integral, se encuentra en una estacion terrestre de satelite. El reloj central en una estacion terrestre central esta conectado o bien de manera ininterrumpida o bien de manera intermitente con uno o varios relojes remotos a traves de enlaces de comunicacion satelite bidireccionales, denominados enlaces en dos sentidos. Ambos lados del enlace de comunicacion estan equipados tanto con un modulo de emision como con un modulo de recepcion para senales de satelite. Tanto el reloj central como el reloj remoto determinan en cada caso la diferencia horaria entre el instante de recepcion de la senal emitida por la estacion opuesta con respecto al reloj local. Estas diferencias se denominan “datos de medicion”. Los relojes central y remoto intercambian estos “datos de medicion” obtenidos a ambos lados junto con datos de correccion relativos al sistema de manera intermitente. El reloj remoto, gracias a los “datos de medicion”, se sincroniza segun el estado y la marcha con el reloj central a traves de un bucle de control. Para el intercambio de datos, ademas de las senales de satelite portadoras de la informacion horaria, no tienen que utilizarse canales de datos adicionales. Las informaciones de hora y frecuencia asf producidas en la estacion terrestre estan disponibles ffsicamente para el usuario en forma de senales adecuadas en forma de impulso y/o sinusoidal, denominadas “senales horarias”, incluyendo posibles valores de correccion digitales.
El reloj remoto, sincronizado tiene preferiblemente una reserva de marcha integrada, que permite superar interrupciones en la comunicacion con una precision reducida. Para aumentar la precision de las informaciones en las senales horarias pueden estar a disposicion del usuario datos de correccion digitales adicionales. La indicacion umvoca de hora y fecha esta a disposicion en una salida de datos. La totalidad del sistema no requiere de ningun modulo especial a bordo del satelite, aunque tampoco se excluyen. La totalidad del sistema trabaja sin informacion sobre la posicion del satelite actual. Se trata de un procedimiento en tiempo real con disponibilidad constante y actual de la informacion de fecha, hora y frecuencia.
La estacion terrestre remota esta en comunicacion preferiblemente a traves de un procedimiento de multiplexacion de frecuencia (FDMA) por medio del reloj central.
La estacion terrestre remota esta en comunicacion con el reloj central preferiblemente a traves de un procedimiento de multiplexacion de codigo (CDMA).
La estacion terrestre remota esta en comunicacion con el reloj central preferiblemente a traves de un procedimiento de multiplexacion de tiempo (TDMA).
La estacion terrestre remota esta en comunicacion con el reloj central preferiblemente a traves de uno o varios satelites.
La estacion terrestre remota esta en comunicacion preferiblemente con un sistema formado por relojes centrales redundantes a traves de un procedimiento de multiplexacion.
Preferiblemente un numero cualquiera de estaciones terrestres remotas estan en comunicacion con el reloj central a traves de un procedimiento de multiplexacion.
Preferiblemente un numero cualquiera de estaciones terrestres remotas estan en comunicacion con un sistema redundante de relojes centrales a traves de un procedimiento de multiplexacion.
Preferiblemente a bordo del satelite se encuentra un transpondedor transparente.
Preferiblemente a bordo del satelite se encuentra un transpondedor regenerativo.
Preferiblemente se comunica al usuario en forma digital el estado actual del reloj remoto con respecto al reloj central.
Preferiblemente se envfa al usuario una senal de aviso, en caso de que la desviacion del reloj remoto con respecto al reloj central supere un valor lfmite.
Preferiblemente en el reloj central esta disponible el estado respectivo del reloj remoto en forma de datos de telemetna.
La invencion se describira en mas detalle con referencia a la figura 1. La figura 1 muestra en el ejemplo de una combinacion sencilla compuesta por un reloj central (1) en una estacion (5) terrestre de satelite y un reloj remoto (2)
en otra estacion (11) terrestre de satelite, obteniendose con un conjunto de aparatos de medicion adecuado compuesto por una unidad de emision (7) y una unidad de recepcion (8) en la estacion central asf como la unidad de emision (12) y unidad de recepcion (13) correspondiente en la estacion remota, una senal (17) de control de tal modo que el reloj remoto (2) segun el estado y la marcha esta sincronizado con el reloj central (1). Con este fin, las 5 dos estaciones estan conectadas con un enlace radioelectrico bidireccional (9.1) y (9.2) por un satelite (10) e intercambian en tiempo real los resultados (15, 16) de mediciones de diferencia horaria (6, 14) en ambas estaciones directamente por el enlace radioelectrico (9.1, 9.2), por el que tambien se intercambian las senales horarias de las estaciones. La variable de control del bucle de control (17) se forma a partir de la diferencia de las dos mediciones de diferencia horaria en la estacion terrestre remota. Influye en la frecuencia del reloj remoto (2). La hora de 10 referencia (3) del reloj central se pone a disposicion del usuario en el reloj remoto en forma de senales horarias (18). La simetna de toda la estructura y del enlace radioelectrico son determinantes para eliminar los retardos de tiempo desconocidos del trayecto de transmision y por el satelite.

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la sincronizacion de relojes remotos por satelite con un reloj central en una estacion terrestre central, con las etapas siguientes:
    a) conectar el reloj central con al menos un reloj remoto dispuesto en una estacion terrestre de satelite a traves de una conexion satelite bidireccional;
    b) emitir y recibir de manera bidireccional senales horarias entre el reloj central y el reloj remoto a traves de la conexion satelite en tiempo real;
    c) tanto el reloj central como el reloj remoto determinan en cada caso la diferencia horaria entre el instante de recepcion de la senal emitida por la estacion opuesta con respecto al reloj local;
    d) intercambiar las diferencias horarias determinadas a ambos lados del reloj remoto y del reloj central a traves de la conexion satelite, concretamente por el enlace radioelectrico, por el que tambien se intercambian las senales horarias del reloj central y del reloj remoto, en tiempo real y
    e) sincronizar el reloj remoto segun el estado y la marcha con el reloj central en funcion de las senales horarias intercambiadas a traves de la conexion satelite y las diferencias horarias determinadas.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las diferencias horarias determinadas se intercambian de manera ininterrumpida o de manera intermitente.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la sincronizacion del reloj remoto con el reloj central se produce con ayuda de un bucle de control, que a partir de la diferencia de las dos diferencias horarias forma una variable de control.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que por medio de la variable de control se influye en la frecuencia del reloj remoto.
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la hora de referencia del reloj central en el reloj remoto esta a disposicion en forma de senales horarias.
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se trata de un procedimiento en tiempo real con disponibilidad constante y actual de la informacion de fecha, hora y frecuencia.
  7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la informacion de hora y frecuencia existente en el reloj remoto se pone a disposicion de un usuario en forma senales de impulso y/o sinusoidales.
  8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en una salida de datos del reloj remoto se pone a disposicion la indicacion de hora y fecha umvoca.
  9. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reloj remoto esta en comunicacion con el reloj central a traves de un procedimiento de multiplexacion de frecuencia (FDMA).
  10. 10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reloj remoto esta en comunicacion con el reloj central a traves de un procedimiento de multiplexacion de codigo (CDMA).
  11. 11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reloj remoto esta en comunicacion con el reloj central a traves de un procedimiento de multiplexacion de tiempo (TDMA).
  12. 12. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reloj remoto esta en comunicacion con el reloj central a traves de uno o varios satelites.
  13. 13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reloj remoto esta en comunicacion con un sistema formado por relojes centrales redundantes a traves de un procedimiento de multiplexacion.
  14. 14. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un numero cualquiera de relojes remotos estan en comunicacion con el reloj central a traves de un procedimiento de multiplexacion.
  15. 15. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un numero cualquiera de relojes remotos estan en comunicacion con un sistema redundante de relojes centrales a traves de un procedimiento de multiplexacion.
  16. 16. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que a bordo del satelite se encuentra un transpondedor transparente.
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  17. 17. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que a bordo del satelite se encuentra un transpondedor regenerativo.
  18. 18. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se comunica a un usuario en forma digital el estado actual del reloj remoto con respecto al reloj central.
  19. 19. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se envfa al usuario una senal de aviso, en caso de que la desviacion del reloj remoto con respecto al reloj central supere un valor lfmite.
  20. 20. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el reloj central esta disponible el estado respectivo de los relojes remotos en forma de datos de telemetna.
  21. 21. Dispositivo para la sincronizacion de relojes remotos por satelite con un reloj central, en particular para la realizacion del procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 20, que comprende
    - un reloj central dispuesto en una estacion terrestre central con un primer modulo de emision y recepcion para senales de satelite,
    - un reloj remoto dispuesto en una estacion terrestre de satelite con un segundo modulo de emision y recepcion para senales de satelite, estando comunicados entre sf los modulos de emision y recepcion primero y segundo a traves de una conexion satelite bidireccional,
    - un modulo para la determinacion de datos de medicion, que comprende la diferencia horaria determinada tanto por el reloj central como por el reloj remoto en cada caso entre el instante de recepcion de la senal emitida por la estacion opuesta con respecto al reloj local, asf como
    - un bucle de control previsto en el reloj remoto para la sincronizacion del reloj remoto segun el estado y la marcha con el reloj central en funcion de la primera diferencia horaria transmitida en tiempo real del reloj central al reloj remoto y la segunda diferencia horaria,
    - estando configurado el dispositivo para intercambiar las diferencias horarias en tiempo real directamente por el enlace radioelectrico, por el que tambien se intercambian las senales horarias del reloj remoto y del reloj central.
ES00915192.9T 1999-03-30 2000-03-30 Procedimiento para la sincronización de relojes remotos por satélite con un reloj central Expired - Lifetime ES2606366T3 (es)

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