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las finanzas, el transporte, la agricultura y los sistemas de
respuesta de emergencia.
Dado que los GNSS dependen de la recuperación de señales
de baja amplitud transmitidas por satélites en órbita, los
receptores de GPS son susceptibles a interferencias accidentales
e intencionales. Los artículos existentes sobre la falsificación
de GPS incluyen ejemplos demostrables que revelan
cómo pueden utilizarse las señales falsificadas para engañar
al receptor de GPS y dar una referencia falsa de posición o
tiempo. Los GNSS también son vulnerables a disrupciones
por las erupciones solares.
El 18 de febrero de 2020 se publicó el Decreto Ley 13905
de los EE. UU. en respuesta a la creciente preocupación sobre
el posible impacto en la infraestructura crítica provocada por
la adopción generalizada de servicios de PNT. El decreto ley
estableció un cronograma con una serie de iniciativas para
implementar servicios de PNT seguros sin GNSS, como una
fuente de Tiempo Universal Coordinado (UTC, por sus siglas
en inglés) independiente de GNSS.
El presente artículo analiza cómo los métodos de distribución
del tiempo terrestre junto con referencias de tiempo
de GNSS pueden ofrecer soluciones para mitigar las vulnerabilidades
de las referencias de tiempo de GNSS discretas.
Pueden aplicarse tecnologías disponibles en la actualidad
para implementar una estructura de distribución de tiempo
preciso más resiliente, capaz de mantener la precisión del
tiempo en submicrosegundos después de una pérdida de GPS
en un área amplia durante periodos considerables. Pese a que
los casos de uso de aplicaciones se centran en el sistema
eléctrico, los enfoques analizados pueden aplicarse a muchas
otras industrias que dependen del tiempo preciso.
Medidas de tiempo
Para dar contexto, es conveniente aportar algunos antecedentes
sobre las medidas de tiempo y referencias comunes
que se utilizan para mantenerlo. Existen dos tipos de estándares
de tiempo. El primero se conoce como tiempo astronómico
y hace referencia a la rotación de la Tierra, mientras
que el segundo es el tiempo atómico, que se basa en la oscilación
de átomos para dar una referencia de frecuencia.
El Tiempo Universal (UT1, por sus siglas en inglés) es
una escala de tiempo astronómico y hace referencia a la rotación
de la Tierra. El Tiempo Atómico Internacional (IAT, por
sus siglas en inglés) es una escala de tiempo extremadamente
preciso que se basa en un promedio de tiempo ponderado de
casi 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales
a nivel mundial. La mayoría de los relojes atómicos
utilizados son de cesio. El TAI es utilizado por la comunidad
científica e investigadora. La Oficina Internacional de Pesas
y Medidas, ubicada cerca de París, Francia, es la organización
responsable del Sistema Internacional de Unidades y
la escala de tiempo de referencia internacional (el UTC). El
UTC es una escala de tiempo atómico que deriva del TAI
e incluye la inserción de segundos intercalares según los
datos del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y
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Sistemas de Referencia para asegurar que exista una concordancia
entre el tiempo atómico y la rotación de la Tierra. El
UTC es el estándar internacional para el tiempo civil y legal.
El tiempo del GPS es una escala de tiempo atómico y tuvo
su origen el 6 de enero de 1980. La referencia de tiempo es
generada por el Observatorio Naval de los EE. UU. No se
utilizan segundos intercalares en el sistema de tiempo del
GPS, por lo que se le denomina escala de tiempo continuo. El
tiempo del GPS siempre se encuentra 19 segundos detrás del
TAI y desfasado del UTC por varios segundos. El desfase del
UTC figura en el mensaje de navegación. En la recuperación
de la señal de GPS, un receptor aplica la corrección del desfase
del UTC que figura en el mensaje de navegación durante
la secuencia de bloqueo. En 2022, el tiempo del GPS se adelantó
al UTC en 18 segundos, como se muestra en la figura 1.
El UTC se mantiene en 0.9 segundos del UT1 agregando
(o sustrayendo) un segundo completo. Estos ajustes de un
solo segundo se denominan segundos intercalares y se aplican
con relativamente poca frecuencia. El último ajuste de
segundo intercalar se realizó el 31 de diciembre de 2016.
Este ajuste de segundo intercalar asegura que exista una concordancia
entre las escalas de tiempo atómico y astronómico.
El Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas
de Referencia tiene la responsabilidad de determinar cuándo
aplicar una corrección de segundo intercalar. Sin la adición
de segundos intercalares, la posición del sol empezaría a
cambiar respecto a la hora del día observada, y después de
unos milenios, su posición al mediodía podría situarse a la
medianoche.
La industria de la energía eléctrica ha adoptado el UTC
para las aplicaciones de protección y control de las subestaciones.
El uso del tiempo local para las aplicaciones de los
sistemas eléctricos puede ser complejo con la cantidad considerable
de diferentes zonas horarias existentes. Hay 24 zonas
horarias distintas de una hora en la Tierra, además de nueve
zonas horarias fraccionadas (de media hora y un cuarto de
hora). Muchas empresas de servicios públicos operan en
distintas zonas horarias y manejan ajustes estacionales de
horario de verano. El UTC ofrece una referencia de tiempo
estándar independiente de los cambios de zonas horarias y
horarios de verano.
Visión general del sistema GPS
Para que un receptor de GPS calcule su posición en tres
coordenadas (latitud, longitud y altitud), necesita recibir
UT1 UTC
Tiempo
<0.9 s
18 s
37 s
figura 1. Escalas de tiempo atómico de 2022.
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TAI
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