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2013年10月24日 (木)

光の速度は有限であること

さんと共同研究中の電離層の話です。といっても私はデータを集めているだけですが (^^;;

データというのは「中国の標準局BPMの電波が東京に届くのにかかる時間」です。

データを集めるのはけっこうたいへんです。たいへんはたいへんなんですが「光(電磁波)の速度は有限である」ことを実感できるというのは生まれて始めての経験かも (^^)

詳細はさんの記事

  「正確な時刻を求めて・・・2

などを参考にしていただければと思います。

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前提

  BPMのUTC送信時間中の報時信号を利用する。
  BPMのUTC報時信号は正秒より20msec進めてある。

  受信機内の遅延は3.0msecとする
  (引き続き検討中ですがまだ±0.1msec程度の誤差があるものと思われます)

  GPS受信モジュールGM-316の1PPS出力を時刻の基準とする
  (データシートには誤差は1μ秒以下とありますがそれ以外のことは何もわかりません)

  以上から次の式で遅延時間を決定する

    20.0msec - ( BPM報時信号受信時刻 - GPS受信モジュール秒信号出力時刻 ) - 3.0msec

  なお下記の図でBPMの報時信号の形は上下逆転しています。

-------

2013年10月22日 01時24分33秒JST (5Mhz)
池袋駅南口の天文計算-33

報時信号はCから始まっているものとしました。一見Aから始まっているように見えるのですがAから始まる2サイクルは報時信号より周期が短いです。

  遅延時間 11.5msec

2013年10月22日 01時24分34秒JST (5Mhz)
池袋駅南口の天文計算-34

Aから始まっているように見えるのですがCがあるのでじっさいはBのところからでしょう。Aの開始時刻-1msecを報時信号の始まりとしました。
なおCからはじまっているのではないかと思われる方もいらっしゃるかもしれませんがそれはありえません。このことは40秒のところで書きます。

  遅延時間 11.0msec

2013年10月22日 01時24分35秒JST (5Mhz)
池袋駅南口の天文計算-35

Aから始まっているものとしました。
報時信号の全体的な形(包絡線)は矩形波になるはずなのですが、これはサインカーブの一部のような形になっています。いろいろな理由が考えられますが「電離層が徐々に上昇(降下)している状況での反射回数の違う電波による干渉」などというのも考えられそうです。

  遅延時間 11.0msec


2013年10月22日 01時24分36秒JST (5MHz)
池袋駅南口の天文計算-36

これもAからとしました。
一秒前の図と同じような形ですが。どうも反射回数の一回少ない電波と一回多い電波が干渉しているような気がしてなりません。

  遅延時間 11.0msec

2013年10月22日 01時24分37秒JST (5MHz)
池袋駅南口の天文計算-37

さすがにこれはどうしよもありません。

  遅延時間 不明

2013年10月22日 01時24分38秒JST (5MHz)
池袋駅南口の天文計算-38

今回のうちではこれがいちばんわかりやかったです。Aから始まるものとしました。
ただ後半部はひどく歪んでいます。よく見ると全体的にサインカーブのようには見えませんから前半部にも歪はあります。始まりはわかりやすくても時刻を正確に読み取るのはむずかしいケースです。

  遅延時間 11.0msec

2013年10月22日 01時24分39秒JST (5MHz)
池袋駅南口の天文計算-39

なんとなくわからないこともないのですがパスしました。1秒毎に波形が変わっていっています。
電離層の状況も刻々と変化しているのでしょう。

  遅延時間 不明

2013年10月22日 01時24分40秒JST (5MHz)
池袋駅南口の天文計算-40

これはBのところから始まるものとしました。次のサイクルから始まるようにも見えるのですが全体のサイクルの数やAがあることを考えBから始まるものとしています。次のサイクルの始まりを求めそれから1msecを引きました。

なおこの場合Aから始まっているのではと考える方もいらっしゃると思います。確かに波形が反転している“だけ”に見えます。オーディオのケーブルを反対につなげば波形は反転します。しかしアンテナのケーブルを反対につないでも波形は反転しません。この波形は電波そのものの波形ではなく電波の強さを示しているからです。つまり送信所が電波の出力を上げれば(この図では)波形は下に動き総出力が減ると波形は上に上がっていきます。
もしAから始まるとすると送信所が出力を大きくすると電波は弱くなり出力が小さくなると電波は強くなるというとんでもないことが起きていることになります。
ですからこのようにAから始まっているように見える波形があっても実際の波形はその前か後かのどちらからか始まっていると考えねばなりません。

  遅延時間 11.0msec

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