Кратковременная и долговременная стабильность часов

[wrest]

При помощи приложений в айфоне (и на планшете андроид) я иногда меряю точность хода часов (настенных, наручных). Приложение обычно показывает ошибку в секундах за сутки (спешат\отстают). Ну как меряет ясно: по "тик-так"-ам.
Вопрос же вот в чём. В пределах примерно 1-2 секунд вопросов нет -- приложение наверное укладывается в эту точность.
Но интересует-то иногда и более высокая точность -- 1 и менее секунд в сутки.

Сами гаджеты между собой вполне согласны -- если на одном запускать метроном а на втором слушать, то программы сообщают об ошибке в пределах $0,1-0,2$ секунды в сутки.

Вопрос -- как бы "поверить" кратковременную (5 минут) стабильность часов айфона\андроида в домашних условиях (в единицах измерения секундах в сутки, ну можно и просто в долях), если по сути они являются домашними эталонами времени (ну, не сами они, а приложения в них, которые показывают время, взятое с ntp серверов)?

Или, с учетом того, что гаджеты друг о друге хорошего мнения, надо принять, что кратковременная стабильность у них достаточная (в пределах десятой доли секунды за сутки)?

О кварцевых часах гаджеты уже не такого хорошего мнения как друг о друге: показывают ошибку до полусекунды, по тем же часам ту же ошибку. Это меня несколько напрягает и расстраивает: выходит, что кратковременная стабильность гаджета лучше, чем в кварцевых часах - приборе для отсчета времени.Хотя думаю что долговременная стабильность лучше уже у кварцевых часов, но не знаю.

Долговременную стабильность гаджетов трудно проверить (да и не надо): они же по ntp синхронизируются, надо отключать, и т.п. Хотя вот планшет с андроидом почему-то то ли редко синхронизируется то ли что, но по полсекунды в сутки теряет и так неделями. А айфоны показывают -- один всегда меньше сотой доли секунды отклонение, другой -- меньше секунды (разные поколения - "точный" 6s, "неточный" 4s - видать он реже синхронизируется).

[Dmitriy40]

Полсекунды для автономных кварцевых часов - это нормально, 6ppm обеспечивается несложно. Причём кратковременная (минуты и часы) стабильность при постоянной температуре должна быть ещё на порядок лучше.

А вот гаджеты, чисто в принципе, могут синхронизироваться и от GSM сети, там точность временных меток TDMA выше (вроде вообще про stratum 1 говорят). Можно ли этими метками времени воспользоваться в пользовательском приложении я не знаю.

Как в быту померить точность хода часов порядка 0.1с/сутки (почти 1ppm) на интервалах в 5 минут не представляю: это же погрешность $300\pm0{,}00035$ с.
Вот если до сих пор передают сигналы точного времени по радио, то можно померить на интервале в час насколько часы уходят, записав стерео аудио сигнал радио и часов дважды с интервалом в час и сравнив, при частоте дискретизации 44100Гц (что умеют любые звуковые устройства компьютера) уход на десяток отсчётов будет виден, а это уже лучше 0.1ppm (0.01с/сутки).
NTP сервера для кратковременной стабильности особо не помогут, там конечно и математика, и статистика, и высокоскоростной инет, однако непрогнозируемость задержек никто так и не отменил и получить с ними точность лучше 0.01с (каждого измерения!) проблематично. NTP хорошо как долговременный стабильный источник, на интервалах в часы и дни, но не минуты.

Самый точный и надёжный источник стабильного сигнала в быту - 1PPS сигнал с GPS. У него точность обычно лучше 0.1ppm (0.01с/сутки) - и это именно точность, стабильность там на порядки выше и равна stratum 1 - правда это всё при некоторых дополнительных условиях типа длинного усреднения (десятки минут) и пропуска явных ошибок/замираний.

PS. Чувство что Вы не до конца понимаете стабильность Вам нужна или точность хода. По рабоче-крестьянски: первое - флуктуации от среднего, второе - среднее за большой промежуток. Первое обеспечивается в основном стабильностью внешних условий, второе - подстройкой (NTP, GSM, GPS, ...). И они могут быть и довольно независимы друг от друга, например некоторые микросхемы часовые генераторы подстраивают точную частоту кварца методом изменения длительностей секунд в течении минуты, т.е. каждая секунда в минуте может быть немного разной, но зато вся минута - очень точная.

[Pphantom]

Если не секрет - зачем это надо? Помимо того, что в большинстве случаев это не надо, остаются отдельные варианты, когда лучше бы понимать точную цель действий, чтобы сделать что-то осмысленное.

[wrest]

Pphantom
Любопытство и перфекционизм.
Для практических целей (настройка маятниковых часов) точности гаджетов хватает.
Правда, из-за их (ходиков) плохой как раз кратковременной стабильности, все равно это растягивается на несколько дней. В принципе цикл примерно такой: ежедневные подкручивания маятника примерно в одно время, затем месяц часы идут норм (минута в неделю), затем что-то в них случается и минута начинает превращаться в две, цикл повторяется.

-- 25.02.2019, 00:53 --

Dmitriy40 в сообщении #1378198 писал(а):

Чувство что Вы не до конца понимаете стабильность Вам нужна или точность хода.

От гаджетов нужна кратковременная стабильность и знание систематической погрешности (в принципе, об этом и тема, был намечен следующий вопрос а корректируют ли гаджеты свой ход если ежедневно при синхронизации по ntp выясняется что ошибка скажем 1-2 секунды), а от наручных\настенных часов нужна долговременная стабильность И точность хода (но в обычных цифровых кварцевых часах программная корректировка хода это редкость, в стрелочных кварцевых часах ещё бОльшая редкость, помойму чаще бывает gps или радиосинхронизация, чем вручную задаваемая суточная корректировка).

[Theoristos]

Из доступного на дому - GPS-датчики, желательно с отдельным тактовым выходом. Есть и с импульсами на 1pps, бывают и на 1 МГц.
Хотя некоторые и списанный рубидиевый эталон от GSM-соты умудряются достать и запустить.

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1378198 писал(а):

Самый точный и надёжный источник стабильного сигнала в быту - 1PPS сигнал с GPS.

Да, но есть некоторые вопросы.
В помещениях gps работает не очень, на отраженных сигналах, и сдается мне, что не выкидывая антенну на улицу получить непрерывный сигнал довольно трудно.
Вряд ли (но тут я не знаю чесговоря) какое-то приложение, которое мерит ход настенных маятниковых часов, может пользоваться gps-ом сперва для определения систематичекой погрешности системных часов гаджета, чтобы потом её учитывать скажем при определени длительности ста-двухсот-трехсот полупериодов (ака полуколебаний - "тиков" и "таков").

-- 25.02.2019, 01:05 --

Theoristos в сообщении #1378212 писал(а):

Из доступного на дому - GPS-датчики, желательно с отдельным тактовым выходом.

Малореализуемо и неясно что это конкретно, но допустим что есть. То есть, есть какой-то разъем, на котором очень стабильный мегагерц. И что, как этим поверять системные часы гаджета?

[realeugene]

wrest в сообщении #1378178 писал(а):

Вопрос -- как бы "поверить" кратковременную (5 минут) стабильность часов айфона\андроида в домашних условиях

За это время погрешность даже плохонького кварца составит всего десяток миллисекунд. "В быту" голыми руками такую погрешность не измерить.

Из доступных эталонов времени самый дешевый - GPS. К тому же, он автоматически учитывает время распространения радиоволны до приёмника. Сигналы базовых станций сотовой сети долговременно тоже очень стабильны, но у них добавляется погрешность из-за времени распространения радиоволны. Кроме того, эти сигналы ещё нужно принять и декодировать, что внутри приёмников, конечно, делается, но только внутри.

-- 25.02.2019, 15:17 --

wrest в сообщении #1378213 писал(а):

неясно что это конкретно,

GPS модули для DIY.

[wrest]

realeugene в сообщении #1378339 писал(а):

За это время погрешность даже плохонького кварца составит всего десяток миллисекунд. "В быту" голыми руками такую погрешность не измерить.

Вы ничего не путаете? Десяток миллисекунд ($0,010$ секунд) каждые 5 минут дают уход в почти 3 секунды в сутки ($\approx 35 \text{ppm}$). Гаджеты (айфоны\андроиды) легко это меряют по "тик-так"-ам, пропустив аудиосигнал через свуковой тракт, оцифровку, распознавание фронтов и т.п.

Вопрос был о точности на пару порядков лучше, порядка $0,1$ секунды в сутки, т.е. $\approx 1 \cdot 10^{-6}$ (~1 ppm).

[realeugene]

wrest в сообщении #1378340 писал(а):

Десяток миллисекунд ($0,010$ секунд) каждые 5 минут дают уход в почти 3 секунды в сутки.

$\pm 20$ ppm - типичная погрешность частоты кварцев без дополнительной настройки и термокомпенсации. Бывает и 50 ppm конечно. Бывает и единицы ppm. Точнее нужны рубидиевые стандарты частоты или атомные часы. GPS привязана к атомным часам в конце концов. Телефоны привязаны к сотовой сети. Возможно, и клок аудиоподсистемы от него корректируется когда установлено соединение. Но не уверен что это им нужно.

Вообще да. Можете создать аюдиофайл с синусоидой на пять минут. Проиграть его одним телефоном, записать вторым. И посмотреть насколько частота сдвинулась в записи по разности отсчётов большого количества периодов. При частоте 1 кГц и погрешности 10 ppm сдвиг будет 1 период на 100 секунда, т. е. можно измерять меньше,

[wrest]

В общем, я склоняюсь к тому, что раз гаджеты друг у друга намеривают отклонение в пределах 1 ppm, то вряд ли они все трое вдруг врут на очень близкую величину притом в одну сторону. Скорее, их (гаджетов) системные часы (и весь "тракт" в виде формирования и воспроизведение аудиосигнала, а также запись и анализ аудиосигнала) вот так вот точно и идут.

-- 25.02.2019, 15:56 --

realeugene в сообщении #1378342 писал(а):

$\pm 20$ ppm - типичная погрешность частоты кварцев без дополнительной настройки и термокомпенсации.

У самих кварцев - наверное. Но кварцы только формируют тактирование. А сколько тактовых импульсов считать за одну секунду, может (? я не знаю) наверное (?) задаваться программно. Тогда одно-мегагерцовый кварц уже можно программно регулировать с шагом 1 ppm. Какие там кварцы в телефонах не знаю, впрочем.

[realeugene]

wrest в сообщении #1378343 писал(а):

Скорее, их (гаджетов) системные часы (и весь "тракт" в виде формирования и воспроизведение аудиосигнала, а также запись и анализ аудиосигнала) вот так вот точно и идут.

Отключите гаджеты от сотовой сети на сутки, потом проверьте. Или перезагрузите телефоны. Есть шанс, что гаджеты начнут разбегаться.

[wrest]

realeugene в сообщении #1378348 писал(а):

Отключите гаджеты от сотовой сети на сутки, потом проверьте. Есть шанс, что начнут разбегаться.

Конечно начнут, как говорится - к бабке не ходи. И что?

[realeugene]

wrest в сообщении #1378343 писал(а):

регулировать с шагом 1 ppm

Есть точность, а есть дискретность. У приёмника сотовых сигналов частота корректируется до 1 ppm чтобы он сидел в сети, но я не знаю, что ещё в смартфоне корректируется от сотовой сети.

[Dmitriy40]

realeugene в сообщении #1378339 писал(а):

Сигналы базовых станций сотовой сети долговременно тоже очень стабильны, но у них добавляется погрешность из-за времени распространения радиоволны.

Эта погрешность во первых компенсируется при обмене пакетами с базовой станцией до точности 50м (а это практически 0.1ppm), а во вторых на точность хода и отсчёт времён не влияет, это лишь "смещение фазы" времени, но никак не скорость. Скорость же привязана к базовым станциям, которые (как говорят) сидят на stratum 1. Но вот доступны ли эти метки времени в пользовательской программе я не в курсе.

wrest в сообщении #1378343 писал(а):

В общем, я склоняюсь к тому, что раз гаджеты друг у друга намеривают отклонение в пределах 1 ppm, то вряд ли они все трое вдруг врут на очень близкую величину притом в одну сторону. Скорее, их (гаджетов) системные часы (и весь "тракт" в виде формирования и воспроизведение аудиосигнала, а также запись и анализ аудиосигнала) вот так вот точно и идут.

Без стороннего источника стабильного сигнала пожалуй вот на этом можно и остановиться.
А долговременную стабильность обеспечивают NTP или GPS (или GSM если включен механизм коррекции даты/времени по сети оператора).

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1378352 писал(а):

Скорость же привязана к базовым станциям, которые (как говорят) сидят на stratum 1.

Про модули GPS в базах в качестве именно первичного референса слышал. GPS хорош, конечно, пока спуфферы не включают.