¿Cómo convertir la hora GPS a la hora TAI a la hora UTC?

Había asumido ingenuamente que el tiempo de GPS y TAI eran lo mismo hasta que vi esta respuesta: https://space.stackexchange.com/a/22244/12508

Sé que hay diferencias entre el tiempo terrestre (TT) y el TAI de ~32,184 segundos, pero creo que eso solo tiene una precisión de milisegundos. Las diferencias entre TAI y UTC son los segundos intercalares habituales [p. ej., véase Franz y Harper , 2002], pero ¿tiene una precisión de nanosegundos?

Supongamos que me dan tiempos de GPS y necesito convertirlos a UTC y necesito ser preciso al nanosegundo. ¿Puedo simplemente usar la diferencia de ~ 19 segundos mencionada en la respuesta de David para convertir a TAI y luego agregar segundos bisiestos para obtener UTC?

¿Debo rendirme y verme obligado a aprender el software SPICE de JPL?

Otras preguntas relevantes pero no directamente relacionadas:

Referencias

  1. Franz, M. y D. Harper "Sistemas de coordenadas heliosféricas", Planet. ciencia espacial 50 , págs. 217-233, doi: 10.1016/S0032-0633(01)00119-2 , 2002.
La respuesta a su pregunta está aquí: en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#Leap_seconds (TAI - GPS = 19 segundos)
@Uwe - No, no lo creo. Eso solo tiene una precisión de algo así como el lugar del milisegundo, ¿no es así? Me doy cuenta de que el GPS tiene incertidumbres intrínsecas de 10s de ns, pero si necesito saber un tiempo con al menos esa precisión, ¿los 19 segundos serán una corrección suficiente o solo es bueno para algo así como milisegundos?
Tanto el tiempo TAI como el GPS son relojes extremadamente precisos. Ambas escalas de tiempo no utilizan segundos intercalares. Entonces, si había un desplazamiento constante de 19 segundos en 1980, el desplazamiento sigue siendo hoy de 19 segundos. Si el desplazamiento fuera diferente hoy, al menos una escala de tiempo sería imprecisa. La precisión es de aproximadamente 1E-13 segundos, un nanosegundo es 1E-9 segundos, un picosegundo 1e-12.
@Uwe - No, entiendo todo eso. Estoy preguntando si el desplazamiento es realmente de 19 segundos a un nanosegundo.

Respuestas (1)

Según la página 47 del Suplemento Explicativo del Almanaque Astronómico , TT – TAI fue exactamente 32,184 segundos, por definición, en el instante 00:00:00 TAI del 1 de enero de 1977. Desde entonces, ha habido desviaciones de ese valor exacto. debido a limitaciones de hardware en los relojes atómicos. El suplemento dice que entre 1977 y 1990 (cuando se estaba escribiendo), "la desviación probablemente se mantuvo dentro de los límites aproximados de ±10 microsegundos". La calidad del reloj ha mejorado significativamente desde entonces, por lo que ahora la desviación es mucho menor; una nota a pie de página en los Estándares de astronomía fundamental de la IAU , la documentación de " Herramientas de escala de tiempo y calendario ", dice que "El tiempo del GPS permanece para siempre 19 segundos detrás de TAI, con una precisión de submicrosegundos".

El Observatorio Naval de EE. UU. dice que el tiempo del GPS "durante los últimos años ha estado dentro de unos cientos de nanosegundos" de UTC (USNO), mientras que UTC (USNO) "se ha mantenido dentro de los 26 nanosegundos de UTC [BIPM] durante el último año". El estándar de rendimiento del GPS para la precisión de la transferencia de tiempo es inferior a 40 nanosegundos el 95 % del tiempo, pero la nota técnica 36 del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra dice que "dado que la excentricidad mi para las órbitas del GPS puede alcanzar hasta 0,02, por lo que la amplitud de [la corrección relativista adicional necesaria más allá de la ya incorporada en los relojes integrados] puede alcanzar hasta 46 ns." (página 154).

Esto muestra que si realmente necesita una precisión de tiempo de nanosegundos, debe definir lo que quiere con mayor precisión, ¡porque la incertidumbre al comparar cada una de estas escalas de tiempo consigo misma es mayor que eso! Y eso es antes de que comience a considerar el retraso de la propagación ionosférica , que puede causar cientos de nanosegundos de error en las frecuencias del GPS y otros efectos similares. Recomiendo encarecidamente aprender a usar software como SOFA o SPICE, en lugar de intentar escribirlo usted mismo, a menos que lo haga solo como un ejercicio de aprendizaje para descubrir lo difícil que es obtener todos estos detalles correctamente. :)

De hecho, escribí mi propio software de efemérides para convertir entre varios sistemas de coordenadas heliosféricos solo para evitar aprender SPICE (y porque soy terco y no me gusta usar "cajas negras"). Durante ese calvario de varios meses, obtuve una gran apreciación de los matices y las dificultades de convertir entre diferentes marcas de tiempo y los límites de sus precisiones. Así que sí, estoy de acuerdo, nada de esto es fácil.
@honeste_vivere La terrible experiencia es buena para ti, y es importante entender lo que sucede dentro de las cajas negras, incluso si no puedes verlo directamente. Sin embargo, una vez que tenga eso, generalmente es mejor trabajar con una caja que haya tenido muchas pruebas beta por parte de otros usuarios, para que pueda aprovechar todos los errores que informaron y que alguien más solucionó. Además, SPICE y SOFA distribuyen el código fuente, por lo que esas cajas no son realmente negras.
Oh, estoy de acuerdo, lo siento, quise insinuar que las cosas que no entiendo están incluidas en la descripción del recuadro negro. Si entendiera todo lo que cae dentro del ámbito del núcleo SPICE, ya no sería una caja negra, estoy de acuerdo. De todos modos, si me dan tiempo de GPS y necesito convertir a UTC, ¿existen recursos de código abierto para esto además de SPICE y SOFA o son esos los únicos que existen? Sé que la Marina y la Fuerza Aérea de EE. UU. tienen recursos, pero hay paredes de pago elevadas, ¿no es así?
@honeste_vivere Ah, ya veo, gracias. Las herramientas del gobierno de los EE. UU. son principalmente para uso oficial solamente; no cuestan dinero, pero hay un proceso muy largo para obtener permiso para usarlos, incluso si es otra agencia del gobierno de los EE. UU. Algunas de las cosas de la Fuerza Aérea se han puesto a disposición del público recientemente. Los recursos por los que paga toneladas de dinero son dos productos comerciales (que también venden muchas copias al gobierno de los EE. UU.). Hay algunas otras opciones de software gratuito, pero la calidad varía ampliamente. Editaré la respuesta en un momento para agregar enlaces a un montón de estas cosas.