Czas od NPL (MSF) - Time from NPL (MSF)

Mapa pokazująca lokalizację nadajnika Anthorn VLF w Kumbrii.

Czas od NPL jest sygnał radiowy z radiostacji Anthorn najbliższej Anthorn , Cumbria , który służy jako odniesienie czasowe krajowego Zjednoczonego Królestwa. Sygnał czasu pochodzi z trzech zegarów atomowych zainstalowanych w miejscu nadajnika i jest oparty na standardach czasu utrzymywanych przez brytyjskie Narodowe Laboratorium Fizyczne (NPL) w Teddington . Usługa jest świadczona przez Babcock International (która przejęła dawnych dostawców VT Communications ), na podstawie umowy z NPL. Został sfinansowany przez dawny Departament Biznesu, Innowacji i Umiejętności ; od 2017 r. NPL Management Limited (NPLML) należała do Departamentu Biznesu, Energii i Strategii Przemysłowej (BEIS), a NPL działała jako spółka publiczna.

Sygnał, znany również jako sygnał MSF (dawniej zegar Rugby ), jest nadawany z bardzo dokładną częstotliwością 60 kHz i może być odbierany w całej Wielkiej Brytanii oraz w większości północnej i zachodniej Europy. Sygnał jest częstotliwość nośna jest utrzymywana przy 60 kHz w ciągu 2 w 10 częściach ¹² , sterowany przez Cezowe atomowych w stacji radiowej.

Historia

Otrzymane na wyspie Lesbos podczas transferu z Rugby do Anthorn

Stacja radiowa w Rugby była po raz pierwszy obsługiwana przez Urząd Pocztowy od 1926 roku, o znaku wywoławczym GBR. Od 19 grudnia 1927 r. nadawał sygnał czasowy 15,8 kHz z Królewskiego Obserwatorium, który można było odbierać na całym świecie. Składał się z 306 impulsów w ciągu pięciu minut do godziny 10:00 i 18:00 GMT włącznie , z dłuższym impulsem na początku każdej minuty. Kluczowanie z przesunięciem częstotliwości zostało dodane w 1967 roku, przez co sygnał jest trudniejszy do wykorzystania jako częstotliwość odniesienia. Sygnały czasu, poprzedzone znakiem wywoławczym „GBR GBR TIME” alfabetem Morse'a , nadawane były w ciągu 5 minut poprzedzających 03:00, 09:00, 15:00 i 21:00. Nadajnik GBZ na 19,6 kHz był używany jako rezerwa, gdy GBR był poza powietrzem do konserwacji. Ostatecznie sygnały czasowe z GBR zostały zakończone w listopadzie 1986 r. i nie jest już używany jako częstotliwość odniesienia.

Sygnały MSF rozpoczęły się w 1950 roku, zgodnie z opisanym poniżej wzorcem transmisji . Pierwotnie miały zapewniać odniesienia częstotliwości 2,5, 5 i 10 MHz, początkowo tylko sporadycznie w ciągu dnia. Początkowo były ogłoszenia co piętnaście minut, zaczynające się od reprezentacji alfabetu Morse'a „MSF MSF MSF” (MSF to „-- ··· ··-·” w kodzie Morse'a), a następnie przemowa „To jest MSF, Rugby , Anglia, przekazując ...". Od maja 1953 sygnał był nadawany 24 godziny na dobę, ale z regularnymi pięciominutowymi przerwami umożliwiającymi odbiór innych sygnałów. Sygnał 60 kHz w końcu stał się nieprzerwaną usługą 24-godzinną w 1966 roku, a odniesienia częstotliwości zostały przerwane w lutym 1988 roku.

27 lutego 2007 r. NPL rozpoczęła testy nowych transmisji sygnału czasu z Anthorn Coordinates : 54,91°N 3,28°W 54°55′N 3°17′W /  / 54,91; -3,28 . Stacja Anthorn była obsługiwana przez VT Communications od jej otwarcia w 2007 roku do 2010 roku, kiedy została przejęta przez Babcock International .

Uroczysta inauguracja przeniesionego obiektu miała miejsce 1 kwietnia 2007 roku, kiedy nazwa serwisu stała się „Czas z NPL”, a sygnał z Rugby został trwale wyłączony. Zmiana lokalizacji i wynikająca z tego zmiana siły sygnału może spowodować, że niektóre urządzenia zaprojektowane do korzystania z sygnału MSF przestaną to robić. Jest to bardziej widoczne w sprzęcie domowym, który nie został zaprojektowany z myślą o optymalnej czułości i umieszczony w przypadkowy sposób. Obecnie sygnał z Anthorn jest nadal użyteczny, w lokalizacji nad Morzem Śródziemnym, chociaż jest słabszy niż Rugby.

„Sygnał MSF” i „zegar do rugby”

Od inauguracji sygnału czasu w 1950 r. do 1 kwietnia 2007 r. nadawany był ze stacji radiowej Rugby niedaleko Rugby w Warwickshire . Pierwotna lokalizacja nadajnika oznaczała, że ​​zegar był określany jako „zegar Rugby”. Po przeniesieniu w 2007 r. do Cumbrii, NPL oficjalnie nazywa teraz sygnał „Czas z NPL”.

Znakiem wywoławczym nadajnika Rugby był MSF, gdzie „M” jest jednym z prefiksów ITU przydzielonych Wielkiej Brytanii, a litery „SF” zostały przydzielone bez udokumentowanego powodu. Spowodowało to powszechną terminologię „sygnał MSF”, która jest nadal używana przez NPL. Oficjalna historia serwisu mówi, że „Rugby otrzymał dodatkowe zobowiązanie do transmisji referencyjnych modulowanych częstotliwości standardowych ”, ale nie podano żadnego wyjaśnienia dla znaku wywoławczego „MSF”. Zgodnie z NPL wydaje się, że znak wywoławczy został wybrany tak, aby można go było zapamiętać jako „Master Standard Frequency”, ale MSF nie miał być skrótem.

Transmisja i odbiór

Przesyłany sygnał ma efektywną moc promieniowaną 17 kW , przy częstotliwości 60 kHz z dokładnością do 2 części na 10 ¹² . Siła sygnału jest większa niż 10 mV/m na 100 km (60 mil); jest większa niż 100 μV/m w odległości 1000 km (600 mil) od nadajnika, a zatem może być odbierana z siłą nie mniejszą niż ta w całej Wielkiej Brytanii. Sygnał może być również odbierany i jest szeroko stosowany w Europie północnej i zachodniej.

W Rugby nadajnik generował 60 kW mocy o częstotliwości radiowej (używając 70 kW mocy sieciowej ). Antena typu T o wysokości 180 metrów (590 stóp) miała na szczycie 500 metrów (1640 stóp). Pionowa część anteny wypromieniowała sygnał tak, aby siła odbierana była zbliżona we wszystkich kierunkach (była w przybliżeniu dookólna ).

Zastosowania

Oprócz zastosowań profesjonalnych, gdzie wymagany jest dokładny czas, szeroko stosowane są zegary sterowane radiowo z wyświetlaczami zarówno cyfrowymi, jak i analogowymi, wykorzystujące sygnał NPL (podobne zegary są dostępne w innych regionach ze standardową transmisją czasu). Dla użytkowników są to po prostu zegary z tymi samymi funkcjami i ustawieniami co inne, ale zawsze wyświetlają właściwą godzinę i korygują się na czas letni .

Protokół

Szybki kod

Kiedy MSF został po raz pierwszy wprowadzony w 1950 roku, składał się tylko ze znaczników sekundowych i minutowych, bez zakodowanych danych. W 1974 r. do znacznika minut wstawiono krótką serię kodu binarnego o szybkości 100 bitów na sekundę, aby określić czas. W 1977 wprowadzono powolny kod, który kodował czas z szybkością 1 bit/s przez całą minutę (jak opisano poniżej). W 1998 oryginalny szybki kod został usunięty, pozostawiając wolny kod i prosty znacznik minut.

Powolny kod

Obecnie sygnał jest zakodowany w następujący sposób:

Nadajnik MSF jest wyłączany na krótkie odstępy czasu ( kluczowanie on-off ) na początku każdej sekundy w celu zakodowania aktualnego czasu i daty. Czasy narastania i opadania nośnej 60 kHz są określane przez kombinację anteny i nadajnika.

Każda sekunda czasu UTC zaczyna się od 100 ms wyłączenia, poprzedzonego co najmniej 500 ms nośnej. Drugi znacznik jest przesyłany z dokładnością lepszą niż ±1 ms w stosunku do uniwersalnego czasu koordynowanego (UTC), który sam jest zawsze w granicach ±0,9 sekundy od czasu uniwersalnego (UT1), który jest średnim czasem słonecznym, który faktycznie byłby obserwowany przy 0° długość geograficzna.

Pierwszy sekund od chwili , określana jako druga 00, rozpoczyna się w ciągu 500 ms nośnika wyłączony, aby służył jako marker minut.

Pozostałe 59 (lub wyjątkowo 60 lub 58) sekund minuty zawsze zaczynają się od co najmniej 100 ms 'off', po których następują dwa bity danych po 100 ms każdy i kończą się co najmniej 700 ms nośnej.

• Bit A jest przesyłany od 100 do 200 ms po sekundzie
• Bit B jest przesyłany od 200 do 300 ms po sekundzie

Sygnalizacja bitowa o ujemnej polaryzacji

• Carrier ON reprezentuje wartość bitową 0.
• Carrier OFF reprezentuje wartość bitową 1.

Jeżeli każda sekunda jest uważana za dziesięć fragmentów o długości 100 ms, znacznik minut jest przesyłany jako 1111100000, podczas gdy wszystkie pozostałe sekundy są przesyłane jako 1AB0000000.

Chociaż na sekundę przesyłane są dwa bity danych, kod czasowy ma tę właściwość, że tylko jeden z nich jest zmienny; niezerowe bity B są przesyłane tylko wtedy, gdy odpowiadający im bit A ma ustaloną wartość.

Sekundy 01–16 zawierają informacje dla bieżącej minuty o różnicy (DUT1) między czasem atomowym a astronomicznym, a pozostałe sekundy zawierają kod czasu i daty.

Informacja o kodzie czasu i daty zaczyna się 43 sekundy przed odpowiednim znacznikiem minuty (sekunda 17 poprzedniej minuty, w przypadku braku sekund przestępnych ) i jest zawsze podawana w postaci czasu cywilnego Wielkiej Brytanii, czyli UTC w zimie i UTC+1h kiedy obowiązuje czas letni .

Kolejne bity od 01B-08B są ustawione na 1, aby wskazać dodatnie wartości DUT1 od +0,1s do +0,8s. Na przykład bit 05B jest ustawiony, jeśli DUT1 ≥ 0,5 s. Kolejne bity od 09B-16B są ustawione na 1, aby wskazać ujemne wartości DUT1 od -0,1s do -0,8s. Na przykład bit 11B jest ustawiony, jeśli DUT1 ≤ -0,3 s.

W przypadku sekundy przestępnej bit zerowy jest wstawiany między 16 a 17 sekundą. W przypadku ujemnej sekundy przestępnej, sekunda 16 zostanie skasowana. Ponieważ ujemne sekundy przestępne mogą wystąpić tylko wtedy, gdy DUT1 jest dodatnie, bity od 9B do 16B będą wynosić zero.

Bity 17A–51A kodują czas następnej minuty w postaci dziesiętnej zakodowanej binarnie , najpierw najbardziej znaczący bit. Począwszy od bitu 17A mamy 4 bity dziesiątek lat, 4 bity lat, 1 bit dziesiątek miesięcy, 4 bity miesięcy, 2 bity dziesiątek dni, 4 bity dni, 3 bity dnia tygodnia (0= Niedziela), 2 bity dziesiątek godzin, 4 bity godzin, 3 bity dziesiątek minut i 4 bity minut.

Bity 52A–59A zapewniają inny sposób identyfikacji granic minut. Ta sekwencja 01111110nigdy nie pojawia się gdzie indziej w bitach A; ze względu na kodowanie BCD co najwyżej pięć kolejnych bitów 1 może pojawić się w innym miejscu bitów A (bity 27A–31A, 30 lub 31 lipca lub bity 33A–37A, jeśli dzień kończący się na 7 wypada w sobotę). Te sześć kolejnych bitów 1 w ten sposób jednoznacznie identyfikuje koniec minuty.

Bity 54B–57B zapewniają nieparzystość w kodzie czasowym. 4 bity parzystości obejmują odpowiednio lata (8 bitów), miesiące i dni (11 bitów), dzień tygodnia (3 bity) i porę dnia (13 bitów).

Bit 58B wskazuje, że czas transmisji to czas letni. Bit 53B ostrzega, że ​​bit czasu letniego wkrótce się zmieni. Jest ustawiony na 61 kolejnych minut, zaczynając 1 godzinę 7 sekund przed zmianą i kończąc 7 sekund przed zmianą, 5 sekund przed pierwszym zmienionym bitem 58B, który sam jest przesyłany 2 sekundy (od 1,7 do 1,8 sekundy, aby być bardziej precyzyjnym). ) przed momentem zmiany czasu.

Wady obecnego formatu sygnału

MSF nie emituje żadnego wyraźnego ostrzeżenia o nadchodzących sekundach przestępnych , które występują średnio rzadziej niż raz w roku. Jedyną wskazówką jest zmiana liczby bitów dopełnienia przed kodem czasowym w ciągu minuty przed sekundą przestępną. Dlatego też, o ile zapowiedź sekundy przestępnej nie zostanie wcześniej ręcznie wprowadzona do odbiornika, może minąć trochę czasu, zanim autonomiczny odbiornik MSF odzyska synchronizację z czasem UTC po sekundzie przestępnej (zwłaszcza jeśli odbiór nie jest stabilny w momencie sekundy przestępnej ).

Sygnał czasu zapewnia tylko 1-godzinne ostrzeżenie o zmianach na czas letni.

Przestoje

MSF zwykle nadaje w trybie ciągłym, ale czasami jest wyłączany ze względu na planowaną lub nieplanowaną konserwację. NPL prowadzi stronę internetową, która zawiera listę nadchodzących planowanych przestojów oraz informacje o nieplanowanych konserwacjach.

Zobacz też

• Sygnał czasu Greenwich
• Skoordynowany czas uniwersalny

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Oficjalna historia radiostacji rugby
• Historia Radia Rugby, M Johnston, 1976 Historia od 1910.
• Komunikat prasowy o relokacji MSF do Anthorn
• Narodowe Laboratorium Fizyczne – ogólnodostępna ulotka informacyjna o relokacji
• Narodowe Laboratorium Fizyczne – Sygnał Czasu Radiowego MSF
• Narodowe Laboratorium Fizyczne – awarie MSF