Введение

Тип часов, которые самостоятельно синхронизируют время, используя специальные радиопередатчики. Радиочасы или радиоуправляемые часы (RCC) часто в разговорной речи (и ошибочно) воспринимаются как ограниченные неопределенностью и изменчивостью распространения радиосигнала. Некоторые хронометры, особенно часы, такие как некоторые модели Casio Wave Ceptor, которые чаще, чем настольные часы, берут с собой в поездки, могут синхронизироваться с одним из нескольких различных сигналов точного времени, передаваемых в разных регионах.

Длинноволновые и коротковолновые передачи

Радиочасы работают на основе кодированных сигналов точного времени, передаваемых радиостанциями. Радиостанции различаются по частоте передачи, географическому положению и способу модуляции сигнала для обозначения текущего времени. Как правило, каждая станция использует собственный формат кодирования сигнала времени.

Часовые приемники

Некоторые производители и розничные продавцы предлагают радиочасы, принимающие закодированные сигналы времени с радиостанции, которая, в свою очередь, получает точное время от атомных часов. Одной из первых радиочасов стала модель GC 1000 "Самые точные часы" от компании Heathkit, представленная в конце 1983 года. Она принимала коротковолновые сигналы времени с радиостанции WWV в Форт-Коллинсе, штат Колорадо, и автоматически переключалась между частотами 5, 10 и 15 МГц для поиска наиболее сильного сигнала в зависимости от изменений условий в течение дня и года. В периоды слабого сигнала время поддерживалось кварцевым генератором. Этот генератор был откалиброван, то есть микропроцессорные часы использовали высокоточный сигнал времени, принимаемый от WWV, для корректировки кварцевого генератора. Благодаря этому точность хода между обновлениями значительно превосходила точность кварца, используемого самостоятельно. Время отображалось на светодиодном дисплее с точностью до десятой доли секунды. Модель GC 1000 первоначально продавалась в виде набора за 250 долларов США и в собранном виде за 400 долларов США и считалась впечатляющим устройством для своего времени. Компания Heath получила патент на эту конструкцию. В 2000-х годах радиоуправляемые "атомные часы" стали широко доступны в розничной торговле; по состоянию на 2010 год их цена начиналась примерно с 15 долларов США во многих странах. Эти часы могут иметь дополнительные функции, такие как комнатные термометры и функции метеостанции. Они используют сигналы, передаваемые соответствующим передатчиком для страны использования. В зависимости от силы сигнала для успешной синхронизации времени может потребоваться установка часов в месте с относительно прямым доступом к передатчику и благоприятными атмосферными условиями. Недорогие часы отсчитывают время между обновлениями или, в их отсутствие, с помощью не откалиброванного кварцевого генератора, с точностью, типичной для кварцевых часов без радиосинхронизации. Некоторые модели оснащены индикаторами, предупреждающими пользователя о возможной неточности, если синхронизация не была успешно выполнена в последнее время. Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) опубликовал рекомендации, согласно которым радиочасы должны поддерживать точность хода между синхронизациями в пределах ±0,5 секунды для обеспечения правильного времени с округлением до ближайшей секунды. Некоторые механизмы могут обеспечивать точность хода между синхронизациями в пределах ±0,2 секунды, выполняя синхронизацию несколько раз в течение дня.

Другие передачи

Присоединены к другим вещательным станциям. На многих радиостанциях в разных странах несущие частоты точно синхронизированы со стандартной фазой и частотой, например, служба BBC Radio 4 на 198 кГц, а некоторые также передают субзвуковой или даже неслышимый код времени, как передатчик Radio France на 162 кГц. Системы передачи сигналов времени обычно используют слышимые тоны или фазовую модуляцию несущей волны. Телетекст (TTX). Цифровые текстовые страницы, встроенные в телевизионный сигнал, также обеспечивают точное время. Многие современные телевизоры и видеомагнитофоны с декодерами TTX могут получать точное время из телетекста и устанавливать внутренние часы. Однако точность времени TTX может отличаться до 5 минут. Многие схемы цифрового радио и цифрового телевидения также предусматривают передачу кода времени. Цифровое наземное телевидение. Стандарты DVB и ATSC используют два типа пакетов для передачи информации о времени и дате приемнику. Цифровые телевизионные системы могут достигать точности, сравнимой с GPS уровня 2 (при кратковременной дисциплине часов) и уровня 1 (при долговременной дисциплине часов), при условии, что передающая станция (или сеть) поддерживает этот уровень функциональности. Радиоданные VHF FM (RDS). RDS может передавать тактовый сигнал с точностью до доли секунды, но с точностью не более 100 мс и без указания уровня синхронизации часов. Не все сети или станции, использующие RDS, передают точные сигналы времени. Формат временной метки для этой технологии – модифицированная юлианская дата (MJD) плюс часы UTC, минуты UTC и смещение местного времени. Системы L-диапазона и VHF Digital Audio Broadcasting. DAB обеспечивает сигнал времени с точностью, равной или превосходящей Digital Radio Mondiale (DRM), но, как и FM RDS, не указывает уровень синхронизации часов. Системы DAB могут достигать точности, сравнимой с GPS уровня 2 (при кратковременной дисциплине часов) и уровня 1 (при долговременной дисциплине часов), при условии, что передающая станция (или сеть) поддерживает этот уровень функциональности. Формат временной метки для этой технологии – BCD. Digital Radio Mondiale (DRM). DRM способен передавать тактовый сигнал, но менее точный, чем сигналы времени от навигационных спутников. Временные метки DRM, полученные по коротковолновому (или многоскачковому средневолновому) каналу, могут быть сдвинуты до 200 мс из-за задержки распространения сигнала. Формат временной метки для этой технологии – BCD.

Многоканальные передатчики

Приемник радиочасов может комбинировать несколько источников времени для повышения своей точности. Это используется в спутниковых навигационных системах, таких как Глобальная система позиционирования. Спутниковые навигационные системы GPS, Galileo и ГЛОНАСС оснащены одним или несколькими цезиевыми, рубидиевыми или водородными мазерными атомными часами на каждом спутнике, привязанными к часам на земле. Специализированные приемники времени могут служить локальными стандартами времени с точностью лучше 50 нс. Недавнее возрождение и усовершенствование LORAN, наземной радионавигационной системы, предоставит еще одну систему распределения времени, использующую несколько источников.

GPS-часы

Многие современные радиочасы используют спутниковые навигационные системы, такие как Глобальная система позиционирования (GPS), для обеспечения более точного времени, чем можно получить от наземных радиостанций. Эти GPS-часы комбинируют оценки времени, полученные от нескольких спутниковых атомных часов, с оценками погрешностей, поддерживаемыми сетью наземных станций. Ввиду эффектов, связанных с распространением радиоволн, а также распространением и задержкой в ионосфере, для определения времени по GPS требуется усреднение этих явлений в течение нескольких периодов. Ни один GPS-приемник не вычисляет время или частоту напрямую, а использует GPS для корректировки работы генератора, который может быть кварцевым кристаллом в недорогом навигационном приемнике, кристаллическим генератором с термостатированием (OCXO) в специализированных устройствах или атомным генератором (на основе рубидия) в некоторых приемниках, используемых для синхронизации в телекоммуникациях. По этой причине технически эти устройства называются генераторами, скорректированными GPS. GPS-устройства, предназначенные главным образом для измерения времени, а не для навигации, могут быть настроены на фиксированное положение антенны. В этом режиме устройство будет усреднять свои определения местоположения. Примерно через сутки работы оно определит свое местоположение с точностью до нескольких метров. После усреднения местоположения устройство может точно определять время, даже если принимает сигналы только от одного или двух спутников. GPS-часы обеспечивают точное время, необходимое для синхрофазных измерений напряжения и тока в коммерческой энергосистеме для оценки ее состояния.

Астрономическое время

Хотя любой спутниковый навигационный приемник, выполняющий свою основную навигационную функцию, должен иметь внутреннюю временную отметку с точностью до небольшой доли секунды, отображаемое время часто бывает не таким точным, как внутренние часы. Большинство недорогих навигационных приемников используют один процессор, выполняющий несколько задач одновременно. Наивысший приоритет для процессора – поддержание спутниковой связи, а не обновление дисплея. Многоядерные процессоры для навигационных систем встречаются только в продуктах высокого класса. Для действительно точного измерения времени требуется более специализированное GPS-устройство. Некоторые астрономы-любители, в особенности те, кто фиксирует время лунных оккультации, когда Луна закрывает свет звезд и планет, нуждаются в максимально возможной точности, доступной для тех, кто работает вне крупных исследовательских институтов. Подробная техническая информация о точном измерении времени для астрономов-любителей размещена на сайте Международной ассоциации по времени оккультации.

Время летнего отдыха

Различные форматы, перечисленные выше, включают в себя флаг, указывающий на статус действия летнего времени (DST) в стране, где расположен передатчик. Этот сигнал обычно используется часами для автоматической корректировки отображаемого времени, чтобы оно соответствовало ожиданиям пользователя.