無(wú)線(xiàn)控制授時(shí)技術(shù)(RCT)及其應用

摘要：介紹了無(wú)線(xiàn)控制授時(shí)技術(shù)?ＲＣＴ?的背景、ＲＣＴ發(fā)射機及接收機技術(shù)原理、ＲＣＴ編碼技術(shù)以及ＲＣＴ技術(shù)目前在各國的應用情況。給出了ＲＣＴ接收機的硬件功能框圖及軟件流程圖?展望了ＲＣＴ技術(shù)在我國的應用前景。

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?技術(shù)的應用背景及目前各國的技術(shù)標準和應用情況

正確的時(shí)間在人們日常生活中是不可或缺的。隨著(zhù)微處理器在家用電器、工業(yè)產(chǎn)品中的日益普及，許多產(chǎn)品中嵌入了時(shí)間處理、顯示模塊。目前多數產(chǎn)品中的時(shí)鐘源由晶體振蕩產(chǎn)生比較精確的時(shí)間。但是在許多場(chǎng)合，由于晶體振蕩需要電源供給，在掉電或更換電池時(shí)，原有時(shí)間會(huì )丟失，系統時(shí)間被復位，此時(shí)必須依照廣播、電視或電話(huà)公司提供的標準時(shí)間手工重新校對；另外在跨時(shí)區旅行時(shí)，也需要重新校對時(shí)間。這給人們帶來(lái)許多不便。

目前隨著(zhù)ＲＣＴ技術(shù)的應用，使得需要標準時(shí)間的系統通過(guò)內嵌微型ＲＣＴ接收裝置自動(dòng)設置標準時(shí)間，時(shí)間精度一般為秒級且與國家標準時(shí)間同步、無(wú)需手工調整。從而實(shí)現了計時(shí)裝置計量時(shí)間和顯示時(shí)間的精確性（與授時(shí)中心的標準時(shí)間同步）、統一性（所有接收該時(shí)間信號的計時(shí)裝置都顯示同一時(shí)間）。

在ＲＣＴ技術(shù)廣泛應用之前，也有使用ＧＰＳ（全球定位系統）接收標準時(shí)間的裝置，但由于其電路復雜、成本高昂而沒(méi)有得到普及。在北美及歐洲，由于ＲＣＴ技術(shù)的普及，使得市場(chǎng)對具有自動(dòng)接收時(shí)間功能的鐘表及其它計時(shí)裝置產(chǎn)生了很高的需求。

不同的國家使用了不同的時(shí)間編碼格式和發(fā)射頻率。表１給出了目前已發(fā)射長(cháng)波授時(shí)信號的幾個(gè)主要國家的時(shí)間編碼標準及其使用頻率。

表1 各國RCT技術(shù)使用的時(shí)間編碼及發(fā)射頻率

國家名時(shí)間編碼標準發(fā)射基站地點(diǎn)使用的頻率發(fā)射功率接收半徑中國B(niǎo)PC陜西西安68.6kHz100kW2000km美國WWVBFort Collins60kHz50kW2000km英國MSFRugby60kHz251200km德國DFCFrankfurt77.5kHz50kW1500km日本JJY40
JJY60本州福島
九州富網(wǎng)40kHz
60kHz50kW
50kW1000km
1000km

①中國的長(cháng)波授時(shí)編碼標準為ＢＰＣ。目前該長(cháng)波授時(shí)的時(shí)間編碼還未正式公開(kāi)，其專(zhuān)利由西安高華實(shí)業(yè)有限公司持有。同時(shí)該公司也是中國第一臺長(cháng)波授時(shí)電波鐘的開(kāi)發(fā)者。②美國的長(cháng)波授時(shí)編碼標準為ＷＷＶＢ，發(fā)射基站位于Ｃｏｌｏｒａｄｏ州的Ｆｏｒｔ Ｃｏｌｌｉｎｓ。由于美國只建有一個(gè)長(cháng)波授時(shí)的發(fā)射站，因而在距離發(fā)射站較遠的地區信號較弱，對接收芯片的靈敏度要求比較高。③英國的長(cháng)波授時(shí)編碼標準為ＭＳＦ，發(fā)射基站位于Ｔｅｄｄｉｎｇｔｏｎ的Ｒｕｇｂｙ。由于英國本土面積較小，一個(gè)長(cháng)波授時(shí)發(fā)射站就可以覆蓋英倫三島，時(shí)間編碼信號較強，對接收芯片的靈敏度要求不高。④德國的長(cháng)波授時(shí)編碼標準為ＤＣＦ，與ＭＳＦ類(lèi)似。２０世紀５０年代末，德國就在Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ建立了長(cháng)波授時(shí)中心。德國國土面積較小，且ＤＦＣ的長(cháng)波授時(shí)信號發(fā)射站功率很強，是ＲＣＴ技術(shù)中對接收芯片的靈敏度要求最低的，因而比較容易開(kāi)發(fā)。⑤日本的長(cháng)波授時(shí)編碼標準為ＪＪＹ。由于日本地形狹長(cháng)，在本洲福島的４０ｋＨｚ（ＪＪＹ４０）發(fā)射機不能覆蓋日本全國。日本通信綜合研究所于２００１年１０月在九州富岡新建了６０ｋＨｚ的授時(shí)發(fā)射站（ＪＪＹ６０）。

圖2 MSF授時(shí)信號編碼格式

２ ＲＣＴ的技術(shù)原理

無(wú)線(xiàn)控制授時(shí)系統由時(shí)間編碼信號的長(cháng)波授時(shí)發(fā)射臺及其接收裝置共同組成。最初的無(wú)線(xiàn)授時(shí)系統（包括短波授時(shí)和長(cháng)波授時(shí)）只應用于軍事目的,現已轉為民用。

２．１ 無(wú)線(xiàn)控制授時(shí)系統的授時(shí)信號發(fā)送原理

ＲＣＴ系統授時(shí)信號發(fā)送裝置的系統構成如圖１所示。

首先，通過(guò)在標準授時(shí)中心內的銫（或銣）原子鐘產(chǎn)生標準時(shí)間。例如，銫原子鐘利用銫１３３原子在真空下每秒震動(dòng)９?１９２?６３１?７７０次，通過(guò)對此時(shí)鐘源進(jìn)行分頻產(chǎn)生實(shí)時(shí)的標準時(shí)間信息，如年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒、微秒等。然后將標準時(shí)間信號傳送給時(shí)間編碼發(fā)生器編碼，編碼后的時(shí)間信號通過(guò)調制器調制到長(cháng)波載波信號（４０ｋＨｚ～８０ｋＨｚ）上，經(jīng)過(guò)功率放大器將信號沿傳輸線(xiàn)傳送到天線(xiàn)塔發(fā)射出去。由于授時(shí)信號屬于長(cháng)波信號，以地波形式沿地球表面傳播。

２．２ ＲＣＴ技術(shù)系統授時(shí)信號的接收原理

ＲＣＴ接收機通過(guò)內置微型無(wú)線(xiàn)接收系統接收長(cháng)波時(shí)間編碼信號，由專(zhuān)用芯片（ＡＳＩＣ）對其進(jìn)行解調，獲得解調后的時(shí)間編碼信號，然后由接收裝置內的顯示電路將標準時(shí)間顯示在ＬＥＤ或ＬＣＤ上，或由此標準時(shí)間控制其它裝置（如機械式走時(shí)鐘表）。通過(guò)ＲＣＴ技術(shù)，使得所有接收該標準時(shí)間編碼信號的接收計時(shí)裝置都可以與授時(shí)中心的標準時(shí)間同步，確保了時(shí)間的準確性。

通常授時(shí)信號的接收裝置主要由ＲＣＴ專(zhuān)用接收芯片、接收天線(xiàn)及外圍器件構成，其中ＲＣＴ專(zhuān)用接收芯片是整個(gè)接收系統的核心。目前ＲＣＴ專(zhuān)用接收芯片的制造商及其產(chǎn)品如表２所示。

表2 RCT專(zhuān)用接收芯片

制造商芯片型號特 點(diǎn)HKW（C-MAX）UE6002/UE6005市場(chǎng)占有率較高，靈敏度較高，可以提供開(kāi)發(fā)方案和實(shí)驗儀器。目前，UE6002已停產(chǎn)。

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