衛星測位と時刻系

IERSから今年の6月30日の深夜にうるう秒が挿入されることがアナウンスされました．
つまり，2012年6月30日には，23時59分60秒が存在することになります．

時刻系については，いつも混乱するので，備忘録を兼ねてメモ．

私たちが普段使う「時刻」とは，太陽の動き，つまり地球の回転に基づいています．
子午線を太陽が通過する間隔が1日＝24時間となります．この時刻系はUT1
（または単にUT）と呼ばれます．（厳密には極運動を考慮していないのでUT0です．）

ところが，地球の回転は常に一定ではありません．自転エネルギーが徐々に失われ，
回転は遅くなってゆきます．つまり，太陽を基準とした1日は，年々長くなります．

これに対して，GPSの時刻系などに使われる原子時計は，地球の自転に関係なく，
ある原子が放射（または吸収）する周波数で時間を刻みます．国際的には，
セシウム原子時計によって定義される国際原子時（TAI）が使われます．

つまり，UT1の1秒とTAIの1秒は，次第にずれてゆくことになります．
これらの差が0.9秒以内に収まるように定義された時刻系がUTCです．
UTCとTAIの1秒は同じ長さのため，何年かに一度，うるう秒を挿入して
UT1との差を調整しなければなりません．

話は少し変わりますが，GPSは原子時計に基づいた独自の時刻系を
使用しています．そのため，GPSの測位では，うるう秒の影響はありません．
測位結果は，あるGPS時刻における位置として求められます．
（その後，このGPS時刻をUTCに変換する際にうるう秒の情報は必要です．）

一方，GLONASSはモスクワ標準時（UTC＋3時間）を時刻系として使用
しています．そのため，UTCにうるう秒が挿入されると，GLONASS時刻系も
1秒長くなることになります．

このとき，GLONASSの測位はどうなるのだろうと調べてみたら，どうやら
衛星時計をリセットするようです．その間，当然測位は出来なくなります．
1997年のうるう秒の挿入時には，20時間もサービスが停止したそうです．

6月のうるう秒挿入では，市場に出始めたGPS+GLONASS受信機モジュールが
どのように振舞うのか，ちょっと楽しみです．

参考文献：
D. Finkleman, et al.: The Debate over UTC and Leap Seconds
Dennis D. McCarthy: The Definition of UTC