Zegar radiowy - Radio clock
Zegara radiowego lub radio-kontrolowane (RCC), a często (niesłusznie) określone jako zegar atomowy jest typu kwarcowego zegara lub zegarek , który jest automatycznie zsynchronizowane z kodem czasowym nadawany przez radiowy nadajnik podłączony do standardowego czasu np jako zegar atomowy . Taki zegar może być zsynchronizowany z czasem wysłanym przez pojedynczy nadajnik, taki jak wiele krajowych lub regionalnych nadajników czasu, lub może wykorzystywać wiele nadajników wykorzystywanych przez systemy nawigacji satelitarnej , takie jak Global Positioning System . Takie systemy mogą być używane do automatycznego ustawiania zegarów lub w dowolnym celu, w którym potrzebny jest dokładny czas. Zegary RC mogą zawierać dowolną funkcję dostępną dla zegara, taką jak funkcja alarmu, wyświetlanie temperatury i wilgotności otoczenia, odbiór audycji radiowych itp.
Jeden powszechny styl zegara sterowanego radiowo wykorzystuje sygnały czasu przesyłane przez dedykowane naziemne nadajniki radiowe o długich falach , które emitują kod czasowy, który może być demodulowany i wyświetlany przez zegar sterowany radiowo. Zegar sterowany radiowo będzie zawierał dokładny oscylator podstawy czasu, aby utrzymać odmierzanie czasu, jeśli sygnał radiowy jest chwilowo niedostępny. Inne zegary sterowane radiowo wykorzystują sygnały czasu przesyłane przez dedykowane nadajniki w pasmach krótkofalowych . Systemy wykorzystujące dedykowane stacje sygnału czasu mogą osiągnąć dokładność kilkudziesięciu milisekund.
Odbiorniki satelitarne GPS również wewnętrznie generują dokładne informacje o czasie z sygnałów satelitarnych. Dedykowane odbiorniki czasowe GPS mają dokładność lepszą niż 1 mikrosekunda; jednak GPS do zastosowań ogólnych lub konsumenckich może mieć przesunięcie do jednej sekundy między wewnętrznie obliczonym czasem, który jest znacznie dokładniejszy niż 1 sekunda, a czasem wyświetlanym na ekranie.
Inne usługi nadawcze mogą zawierać w swoich sygnałach informacje o pomiarze czasu o różnej dokładności.
Pojedynczy nadajnik
Zegary radiowe zsynchronizowane z naziemnym sygnałem czasu mogą zwykle osiągnąć dokładność rzędu setnych sekundy w stosunku do wzorca czasu, zazwyczaj ograniczoną niepewnością i zmiennością propagacji radiowej . Niektórzy chronometrażyści, w szczególności zegarki, takie jak niektóre Casio Wave Ceptory, które częściej niż zegary biurkowe są używane podczas podróży, mogą synchronizować się z jednym z kilku różnych sygnałów czasu przesyłanych w różnych regionach.
Transmisje długofalowe i krótkofalowe
Zegary radiowe zależą od zakodowanych sygnałów czasu ze stacji radiowych. Stacje różnią się częstotliwością nadawania, położeniem geograficznym oraz sposobem modulacji sygnału w celu określenia aktualnego czasu. Ogólnie rzecz biorąc, każda stacja ma swój własny format kodu czasowego.
Lista stacji radiowego sygnału czasu
Opisy
Aktualny wykaz stacji sygnalizacyjnych publikowany jest przez BIPM jako załącznik do raportu rocznego; załącznik zawiera współrzędne lokalizacji nadajników, harmonogramy pracy stacji oraz niepewność częstotliwości nośnej nadajników.
Wiele innych krajów może odbierać te sygnały ( JJY może być czasami odbierane w Nowej Zelandii, Australii Zachodniej, Tasmanii, Azji Południowo-Wschodniej, części Europy Zachodniej i północno-zachodniego Pacyfiku Ameryki Północnej w nocy), ale sukces zależy od pory dnia, atmosfery warunków i ingerencji ze strony interweniujących budynków. Odbiór jest generalnie lepszy, jeśli zegar jest umieszczony w pobliżu okna skierowanego w stronę nadajnika. Istnieje również opóźnienie propagacji wynoszące około 1 ms na każde 300 km (200 mil) odbiornika od nadajnika.
Odbiorniki zegara
Wielu producentów i sprzedawców detalicznych sprzedaje zegary radiowe, które odbierają zakodowane sygnały czasu ze stacji radiowej, która z kolei czerpie czas z prawdziwego zegara atomowego.
Jeden z pierwszych zegarów radiowych był oferowany przez firmę Heathkit pod koniec 1983 roku. Ich model GC-1000 "Most Accurate Clock" odbierał sygnały krótkofalowe ze stacji radiowej WWV w Fort Collins w stanie Kolorado . Automatycznie przełączał się między częstotliwościami WWV 5, 10 i 15 MHz, aby znaleźć najsilniejszy sygnał w miarę zmieniających się warunków w ciągu dnia i roku. Utrzymywał czas w okresach słabego odbioru za pomocą oscylatora kwarcowego . Ten oscylator był zdyscyplinowany, co oznacza, że zegar oparty na mikroprocesorze wykorzystywał bardzo dokładny sygnał czasu otrzymany z WWV do regulacji oscylatora kwarcowego. Odmierzanie czasu między aktualizacjami było zatem znacznie dokładniejsze, niż mógłby osiągnąć sam kryształ. Czas z dokładnością do dziesiątej sekundy pokazywany był na wyświetlaczu LED . GC-1000 pierwotnie sprzedawany za 250 USD w formie zestawu i 400 USD w stanie wstępnie zmontowanym i był uważany za imponujący w tamtym czasie. Firma Heath uzyskała patent na swój projekt.
W latach 2000 (dekady) radiowe „zegary atomowe” stały się powszechne w sklepach detalicznych; od 2010 r. ceny w wielu krajach zaczynają się od około 15 USD. Zegary mogą mieć inne funkcje, takie jak termometry wewnętrzne i funkcjonalność stacji pogodowej . Wykorzystują one sygnały nadawane przez odpowiedni nadajnik dla kraju, w którym mają być używane. W zależności od siły sygnału mogą wymagać umieszczenia w miejscu o stosunkowo niezakłóconej ścieżce do nadajnika i potrzebować dobrych lub dobrych warunków atmosferycznych, aby pomyślnie zaktualizować czas. Niedrogie zegary śledzą czas między aktualizacjami lub w przypadku ich braku za pomocą niezdyscyplinowanego zegara kwarcowego z dokładnością typową dla zegarków kwarcowych niesterowanych radiowo. Niektóre zegary zawierają wskaźniki ostrzegające użytkowników o możliwej niedokładności, gdy synchronizacja nie powiodła się ostatnio.
Narodowy Instytut Standardów i Technologii Stanów Zjednoczonych (NIST) opublikował wytyczne zalecające, aby ruchy zegara radiowego utrzymywały czas między synchronizacjami z dokładnością do ±0,5 sekundy, aby zachować poprawność czasu po zaokrągleniu do najbliższej sekundy. Niektóre z tych ruchów mogą utrzymywać czas między synchronizacjami z dokładnością do ±0,2 sekundy dzięki synchronizacji więcej niż raz w ciągu dnia.
Inne transmisje
- Dołączone do innych stacji nadawczych
- Stacje nadawcze w wielu krajach mają nośne precyzyjnie zsynchronizowane ze standardową fazą i częstotliwością, takie jak usługa długofalowa BBC Radio 4 na 198 kHz, a niektóre przesyłają również podsłyszalne lub nawet niesłyszalne informacje o kodzie czasowym, takie jak nadajnik długofalowy Radio France na 162 kHz. Dołączone systemy sygnału czasu zazwyczaj wykorzystują tony słyszalne lub modulację fazy fali nośnej.
- Teletekst (TTX)
- Cyfrowe strony tekstowe osadzone w wideo telewizji również podają dokładny czas. Wiele nowoczesnych telewizorów i magnetowidów z dekoderami TTX może uzyskać dokładny czas z teletekstu i ustawić wewnętrzny zegar. Jednak czas TTX może się różnić do 5 minut.
Wiele systemów cyfrowego radia i telewizji cyfrowej zawiera również postanowienia dotyczące transmisji kodu czasowego.
- Cyfrowa telewizja naziemna
- Standardy DVB i ATSC mają 2 typy pakietów, które wysyłają informacje o czasie i dacie do odbiornika. Systemy telewizji cyfrowej mogą dorównywać dokładnością warstwy GPS 2 (z zegarem krótkoterminowym) i warstwą 1 (z zegarem długoterminowym), pod warunkiem, że lokalizacja nadajnika (lub sieć) obsługuje ten poziom funkcjonalności.
- System danych radiowych VHF FM (RDS)
- RDS może wysyłać sygnał zegarowy z dokładnością poniżej sekundy, ale z dokładnością nie większą niż 100 ms i bez wskazania warstwy zegarowej. Nie wszystkie sieci lub stacje RDS korzystające z RDS wysyłają dokładne sygnały czasu. Format znacznika czasu dla tej technologii to Modified Julian Date (MJD) plus godziny UTC, minuty UTC i lokalne przesunięcie czasu.
- Cyfrowe nadawanie dźwięku w paśmie L i VHF
- Systemy DAB dostarczają sygnał czasu o precyzji równej lub lepszej niż Digital Radio Mondiale (DRM), ale podobnie jak FM RDS nie wskazują warstwy zegarowej. Systemy DAB mogą dorównywać dokładnością warstwy 2 GPS (dyscyplina zegara krótkoterminowego) i warstwy 1 (dyscyplina zegara długoterminowego), pod warunkiem, że lokalizacja nadajnika (lub sieć) obsługuje ten poziom funkcjonalności. Format znacznika czasu dla tej technologii to BCD.
- Radio cyfrowe Mondiale (DRM)
- DRM jest w stanie wysłać sygnał zegarowy, ale nie tak precyzyjny, jak sygnały zegarowe z satelity nawigacyjnego . Sygnatury czasowe DRM otrzymane za pośrednictwem fal krótkich (lub fal średnich z wieloma przeskokami) mogą być opóźnione do 200 ms z powodu opóźnienia ścieżki. Format znacznika czasu dla tej technologii to BCD.
Galeria
Niskiej częstotliwości (LF) radiobudzik
Odbiornik sygnału czasu LF
Pierwszy na świecie zegarek z zegarem radiowym, Junghans Mega (model analogowy)
Analogowo-cyfrowy chronograf Citizen Attesa Eco-Drive ATV53-3023 z 4 - strefowym odbiorem sterowanym radiowo (Ameryka Północna, Europa, Chiny, Japonia)
Analogowy zegar ścienny sterowany radiowo
Budzik sterowany radiowo
Sygnał czasu DCF77 jest używany przez organizacje takie jak firma kolejowa Deutsche Bahn do synchronizacji zegarów stacji
Wiele nadajników
Odbiornik zegara radiowego może łączyć wiele źródeł czasu, aby poprawić swoją dokładność. Tak się dzieje w systemach nawigacji satelitarnej, takich jak Global Positioning System . Systemy nawigacji satelitarnej GPS , Galileo i GLONASS mają jeden lub więcej zegarów atomowych cezu, rubidu lub wodoru na każdym satelicie, w odniesieniu do zegara lub zegarów na ziemi. Dedykowane odbiorniki czasowe mogą służyć jako lokalne wzorce czasu, z dokładnością lepszą niż 50 ns. Niedawne odrodzenie i udoskonalenie LORAN , naziemnego systemu radionawigacyjnego, zapewni kolejny wieloźródłowy system dystrybucji czasu.
Zegary GPS
Wiele nowoczesnych zegarów radiowych korzysta z Globalnego Systemu Pozycjonowania, aby zapewnić dokładniejszy czas niż ten, który można uzyskać z naziemnych stacji radiowych. Te zegary GPS łączą szacunki czasu z wielu satelitarnych zegarów atomowych z szacunkami błędów utrzymywanymi przez sieć stacji naziemnych. Ze względu na efekty nieodłącznie związane z propagacją fal radiowych oraz rozproszeniem i opóźnieniem jonosferycznym, taktowanie GPS wymaga uśredniania tych zjawisk w kilku okresach. Żaden odbiornik GPS nie oblicza bezpośrednio czasu ani częstotliwości, zamiast tego używa GPS do dyscyplinowania oscylatora, który może wahać się od kryształu kwarcu w tanim odbiorniku nawigacyjnym, przez oscylatory kwarcowe sterowane piekarnikiem (OCXO) w wyspecjalizowanych jednostkach, aż po oscylatory atomowe ( rubid ) w niektórych odbiornikach wykorzystywanych do synchronizacji w telekomunikacji . Z tego powodu urządzenia te są technicznie określane jako oscylatory GPS .
Jednostki GPS przeznaczone głównie do pomiaru czasu, w przeciwieństwie do nawigacji, można ustawić tak, aby zakładały, że pozycja anteny jest stała. W tym trybie urządzenie będzie uśredniać swoje poprawki pozycji. Po około dniu pracy będzie znał swoją pozycję z dokładnością do kilku metrów. Po uśrednieniu swojej pozycji może określić dokładny czas, nawet jeśli może odbierać sygnały tylko z jednego lub dwóch satelitów.
Zegary GPS zapewniają dokładny czas potrzebny na synchrofazorowy pomiar napięcia i prądu w komercyjnej sieci energetycznej w celu określenia stanu systemu.
Astronomia pomiaru czasu
Chociaż każdy odbiornik nawigacji satelitarnej , który wykonuje swoją podstawową funkcję nawigacyjną, musi mieć wewnętrzny czas odniesienia z dokładnością do ułamka sekundy, wyświetlany czas często nie jest tak dokładny jak zegar wewnętrzny. Większość niedrogich odbiorników nawigacyjnych ma jeden procesor, który jest wielozadaniowy. Najważniejszym zadaniem procesora jest utrzymywanie blokady satelity, a nie aktualizacja wyświetlacza. Wielordzeniowe procesory do systemów nawigacyjnych można znaleźć tylko w produktach z wyższej półki.
Do dokładnego pomiaru czasu potrzebne jest bardziej wyspecjalizowane urządzenie GPS. Niektórzy astronomowie amatorzy, zwłaszcza ci, którzy śledzą czasowo zjawiska zakrywania Księżyca , gdy Księżyc blokuje światło gwiazd i planet, wymagają najwyższej precyzji dostępnej dla osób pracujących poza dużymi instytucjami badawczymi. Strona internetowa Międzynarodowego Stowarzyszenia Pomiarów Okultystycznych zawiera szczegółowe informacje techniczne dotyczące precyzyjnego pomiaru czasu dla astronomów amatorów.
Czas letni
Różne z powyższych formatów zawierają flagę wskazującą stan czasu letniego (DST) w kraju pochodzenia nadajnika. Sygnał ten jest zwykle używany przez zegary w celu dostosowania wyświetlanego czasu do oczekiwań użytkownika.
Zobacz też
- Casio Wave Cceptor
- Sieć zegara
- Mówiący zegar
- Standardowa usługa częstotliwości i sygnału czasu
- Czas od NPL
- Transfer czasu
- Synchronizacja czasu w Ameryce Północnej
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Podręcznik obserwatorów IOTA Ten podręcznik Międzynarodowego Stowarzyszenia Czasu Okultacyjnego zawiera bardzo obszerne informacje na temat metod dokładnego pomiaru czasu.
- Witryna NIST: Zegary sterowane radiowo WWVB
- Witryna rozwoju projektu NTP