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電波時計または無線制御時計(RCC) は、口語的には (そして誤って[1] )「原子時計」と呼ばれることが多く、原子時計などの時間基準に接続された無線送信機によって送信される時間コードに自動的に同期されるタイプのクオーツ 時計または腕時計です。このような時計は、多数の国または地域の時間送信機などの単一の送信機によって送信される時間に同期される場合もあれば、全地球測位システムなどの衛星ナビゲーションシステムで使用される複数の送信機を使用する場合もあります。このようなシステムは、時計を自動的に設定するため、または正確な時間が必要なあらゆる目的に使用できます。電波時計には、アラーム機能、周囲の温度と湿度の表示、放送ラジオの受信など、時計に使用できるすべての機能が含まれます。
一般的なタイプの電波時計は、専用の地上長波無線送信機から送信される時刻信号を使用します。この送信機は、電波時計で復調して表示できるタイムコードを発信します。電波時計には、無線信号が一時的に利用できなくなった場合でも時間を維持するための正確なタイムベース発振器が搭載されています。その他の電波時計は、短波帯域の専用送信機から送信される時刻信号を使用します。専用の時刻信号ステーションを使用するシステムは、数十ミリ秒の精度を実現できます。
GPS 衛星受信機も、衛星信号から正確な時間情報を内部的に生成します。専用の GPS タイミング受信機の精度は 1 マイクロ秒以上ですが、汎用または消費者向け GPS では、内部で計算された時間 (1 秒よりはるかに正確) と画面に表示される時間の間に最大 1 秒のオフセットが生じることがあります。
その他の放送サービスでは、信号内にさまざまな精度の時刻情報が含まれている場合があります。モバイルアプリを介して基本的な機能を制御する時計から完全なスマートウォッチ[2]まで、 Bluetooth無線をサポートする時計は、接続された携帯電話から時刻情報を取得し、時刻信号放送を受信する必要はありません。
単一送信機
地上の時刻信号に同期した電波時計は、通常、時間基準に対して100分の1秒以内の精度を達成できますが、[1]一般的には無線伝播の不確実性と変動性によって制限されます。一部のタイムキーパー、特に旅行中に使用される可能性が高い卓上時計よりも一部のカシオウェーブセプターなどの時計は、さまざまな地域で送信されるいくつかの異なる時刻信号のいずれかに同期できます。
長波と短波の放送
電波時計は、ラジオ局からのコード化された時刻信号に依存しています。ラジオ局は、放送周波数、地理的位置、および現在の時刻を識別するための信号の変調方法によって異なります。一般に、各ラジオ局には独自のタイムコード形式があります。
ラジオ時刻信号局一覧
説明
- ^ 3 本の傘型アンテナは、地上から絶縁された 305 m (1,001 フィート) の高さの支柱付き管状マスト 3 本と、高さ 270 m (890 フィート) の高さの支柱付き格子状マスト 15 本に固定されています。
- ^ 傘型アンテナ 3 基、支柱付き格子マスト 18 本に固定、中央マストの高さ: 305 メートル
- ^ 傘型アンテナ、13 本の支柱付き格子マストに固定、中央マストの高さ: 425 m (1,394 フィート)
- ^ 3 本の傘アンテナ、地上から絶縁された 3 本の支柱付き管状マスト (高さ 205 m (673 フィート)) と 15 本の支柱付き格子マスト (高さ 170 m (560 フィート)) に固定
- ^ 空中 RJH66
- ^ 傘型アンテナ 3 基、支柱付き格子マスト 18 本に固定、中央マストの高さ: 276 m (906 フィート)
- ^ 傘型アンテナ、3列に並んだ18本の支柱付き格子マストに固定、中央マストの高さ：238メートル（781フィート）
- ^ 2007年4月1日まで、信号はウォリックシャー州ラグビーの 52°21′33″N 01°11′21″W / 52.35917°N 1.18917°W / 52.35917; -1.18917から送信されていた。
- ^ 3 本の T 型アンテナは、地上 150 m (490 フィート) の高さに、2 本の 227 m (745 フィート) の高さの支柱付き地上マストの間に設置され、距離は 655 m (716 ヤード) です。
- ^ abcd 2008年以前は、送信機は55°44′14″N 38°09′04″E / 55.73722°N 38.15111°E / 55.73722; 38.15111に位置していた。
- ^ 傘型アンテナは、地上から絶縁された高さ 275 m (902 フィート) の中央タワーと、中央タワーから 324 メートル (355 ヤード) 離れた、地上から絶縁された高さ 257 m (843 フィート) の格子マスト 5 本に固定されています。
- ^ Tアンテナは、227メートル（248ヤード）の距離にある、高さ125メートル（410フィート）の2つの地上設置型自立格子塔の間に設置された。
- ^ Tアンテナは33メートル（36ヤード）の距離にある2つの通信塔の間に設置された
- ^ 無線航法システムの周波数
- ^ abc 無線交換システムの周波数
- ^ ab AM放送の周波数
- ^ 時間信号を復調するためのより複雑な受信機を必要とする
- ^ 1988年以降、200kHz以前
- ^ ドロイッチは、180メートル（200ヤード）離れた2本の213メートル（699フィート）の支柱付き鋼鉄格子無線塔の間に吊るされたT型アンテナを使用しています。
- ^ 時刻信号の記事では2.5kWと記載されている
- ^ [16]によると、送信機はブエノスアイレスのAvenida España 2099にあるブエノスアイレス海軍天文台に設置されているとのこと。Googleストリートビューでは、建物の上や近くにアンテナ構造物がいくつか見えるが、特定のアンテナが正確にどこに設置されているかは不明。ここでの座標は建物自体を指している。34 °37′19″S 58°21′18″W / 34.62194°S 58.35500°W / -34.62194; -58.35500 (LOL)
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他の多くの国でもこれらの信号を受信できます ( JJY は、夜間にニュージーランド、西オーストラリア、タスマニア、東南アジア、西ヨーロッパの一部、北米の太平洋岸北西部で受信できる場合があります) が、受信できるかどうかは、時間帯、気象条件、および間にある建物からの干渉によって異なります。時計を送信機に面した窓の近くに配置した場合、受信状態は一般的に良好になります。また、受信機が送信機から 300 km (190 マイル) 離れるごとに、 約1 ミリ秒の伝搬遅延が発生します。
クロック受信機
多くのメーカーや小売業者が、ラジオ局からコード化された時刻信号を受信し、実際の原子時計から時刻を導き出す電波時計を販売しています。
最初の電波時計の 1 つは、1983 年後半にHeathkit 社から発売されました。同社のモデル GC-1000「最も正確な時計」は、コロラド州フォート コリンズのラジオ局WWVから短波の時刻信号を受信しました。この時計は、日中や年間を通して状況が変化すると、WWV の 5、10、15 MHz の周波数を自動的に切り替えて、最も強い信号を探しました。受信状態が悪い期間には、水晶発振器で時刻を刻みました。この発振器は規律正しく、マイクロプロセッサ ベースの時計は、WWV から受信した高精度の時刻信号を使用して水晶発振器を調整しました。そのため、更新間の時刻の刻みは、水晶だけで達成できるよりもはるかに正確でした。10 分の 1 秒単位の時間がLEDディスプレイに表示されました。GC-1000 は当初、キット形式で 250 ドル、組み立て済みで 400 ドルで販売され、当時は素晴らしい製品とみなされていました。Heath Company はその設計で特許を取得しました。[21] [22]
1990 年までに、ドイツの時計メーカーJunghansのエンジニアたちは、この技術を小型化し、デジタル腕時計のケースに収まるようにしました。翌年、針付きの アナログ バージョンJunghans MEGAが発売されました。
2000年代には、電波を利用した「原子時計」が小売店で一般的になり、2010年現在、多くの国で価格は約15米ドルからとなっている。[23]時計には、室内温度計や気象観測所機能などの他の機能がある場合もある。これらは、使用される国に適した送信機から送信される信号を使用する。信号強度によっては、送信機までの経路が比較的障害物のない場所に設置する必要があり、時間を正しく更新するには良好な大気条件が必要になる場合がある。安価な時計は、更新の合間、または更新がない場合は、非無線制御のクオーツ時計に典型的な精度で、規律のない水晶時計を使用して時間を追跡する。一部の時計には、最近同期が成功していない場合に不正確である可能性があることをユーザーに警告するインジケーターが含まれている。
米国国立標準技術研究所（NIST）は、電波時計ムーブメントが最も近い秒に丸められたときに正確な時間を保つために、同期間の時間を±0.5秒以内に保つことを推奨するガイドラインを発表しました。[24]これらのムーブメントの中には、1日に複数回同期することで同期間の時間を±0.2秒以内に保つことができるものもあります。[25]
その他の放送
- 他の放送局に所属
- 多くの国の放送局は、198 kHz のBBC Radio 4 長波サービスのように、標準の位相と周波数に正確に同期した搬送波を持っています。また、162 kHz のRadio France長波送信機のように、可聴域外または不可聴のタイムコード情報を送信する放送局もあります。付属の時刻信号システムでは、一般的に可聴トーンまたは搬送波の位相変調を使用します。
- テレテキスト（TTX）
- テレビ映像に埋め込まれたデジタルテキストページも正確な時刻を提供します。TTXデコーダーを備えた最近のテレビやVCRの多くは、テレテキストから正確な時刻を取得し、内部クロックを設定できます。ただし、TTXの時刻は最大5分変動する可能性があります。[26]
多くのデジタルラジオやデジタルテレビの方式には、タイムコード伝送の規定も含まれています。
- 地上デジタルテレビ
- DVBおよびATSC規格には、受信機に時刻と日付の情報を送信する 2 種類のパケットがあります。送信サイト (またはネットワーク) がそのレベルの機能をサポートしている場合、デジタル テレビ システムは GPS ストラタム 2 の精度 (短期クロック規律) とストラタム 1 (長期クロック規律) に匹敵できます。
- VHF FMラジオ データ システム (RDS)
- RDS は、1 秒未満の精度でクロック信号を送信できますが、精度は 100 ミリ秒以下で、クロック ストラタムは示されません。RDS を使用するすべての RDS ネットワークまたはステーションが正確な時刻信号を送信するわけではありません。このテクノロジのタイム スタンプ形式は、修正ユリウス日 (MJD) に UTC 時間、UTC 分、およびローカル時間オフセットを加えたものです。
- LバンドおよびVHFデジタル音声放送
- DAB システムは、デジタル ラジオ モンディアル (DRM)と同等かそれ以上の精度を持つ時刻信号を提供しますが、FM RDS と同様にクロック ストラタムを示しません。DAB システムは、送信サイト (またはネットワーク) がそのレベルの機能をサポートしている場合、GPS ストラタム 2 (短期クロック規律) およびストラタム 1 (長期クロック規律) の精度に匹敵できます。このテクノロジのタイム スタンプ形式は BCD です。
- デジタルラジオモンディアル (DRM)
- DRM はクロック信号を送信できますが、ナビゲーション衛星のクロック信号ほど正確ではありません。短波 (または複数ホップの中波) 経由で受信された DRM タイムスタンプは、パス遅延により最大 200 ミリ秒の誤差が生じる可能性があります。このテクノロジのタイムスタンプ形式は BCD です。
ギャラリー
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複数の送信機
電波時計受信機は、精度を上げるために複数の時刻源を組み合わせることがある。これは、全地球測位システムなどの衛星ナビゲーションシステムで行われていることである。GPS、ガリレオ、GLONASS衛星ナビゲーションシステムでは、各衛星に 1 つ以上のセシウム、ルビジウム、または水素メーザー原子時計があり、地上の時計を基準にしている。専用のタイミング受信機は、50 ナノ秒よりも高い精度で、現地時間標準として機能することができる。[27] [28] [29] [30]陸上無線ナビゲーションシステムであるLORANの最近の復活と機能強化により、別の複数ソースの時刻配信システムが提供されることになる。
GPS時計
現代の多くの電波時計は、地上のラジオ局から得られるよりも正確な時間を提供するために、全地球測位システムなどの衛星ナビゲーションシステムを使用しています。これらのGPS 時計は、複数の衛星原子時計からの推定時間および地上局のネットワークによって維持される誤差推定を組み合わせます。無線伝搬および電離層の拡散と遅延に固有の影響のため、GPS タイミングではこれらの現象を複数の期間にわたって平均化する必要があります。時間や周波数を直接計算する GPS 受信機はなく、むしろ GPS を使用して、ローエンドのナビゲーション受信機の水晶振動子から、特殊なユニットのオーブン制御水晶発振器(OCXO)、通信の同期に使用される一部の受信機の原子発振器 (ルビジウム) まで、さまざまな発振器を調整します。このため、これらのデバイスは技術的にはGPS 調整発振器と呼ばれています。
ナビゲーションではなく時間測定を主な目的とする GPS ユニットは、アンテナの位置が固定されていると想定するように設定できます。このモードでは、デバイスは位置の修正を平均化します。約 1 日操作すると、数メートル以内の位置がわかるようになります。位置を平均化すると、1 つまたは 2 つの衛星からの信号しか受信できない場合でも、正確な時間を判断できます。
GPSクロックは、商用電力網の電圧と電流の同期位相測定に必要な正確な時間を提供し、システムの健全性を判断する。[31]
天文学の計時
主要なナビゲーション機能を実行する衛星ナビゲーション受信機は、1 秒未満の精度の内部時間基準を備えている必要がありますが、表示される時間は内部時計ほど正確ではないことがよくあります。ほとんどの安価なナビゲーション受信機には、マルチタスクを実行する 1 つのCPU が搭載されています。CPU の最も優先度の高いタスクは、衛星のロックを維持することであり、ディスプレイを更新することではありません。ナビゲーション システム用のマルチコア CPU は、ハイエンド製品にのみ搭載されています。
本格的な高精度の計時を行うには、より特殊な GPS 装置が必要です。アマチュア天文学者の中には、特に月が恒星や惑星の光を遮る掩蔽現象の時間を計測する人たちのように、大規模な研究機関の外で作業する人向けに最高の精度を要求する人もいます。国際掩蔽計時協会[32]の Web サイトには、アマチュア天文学者向けの高精度の計時に関する詳細な技術情報が掲載されています。
夏時間
上記のさまざまな形式には、送信元の国の夏時間(DST)の状態を示すフラグが含まれています。この信号は通常、ユーザーの期待に合わせて表示される時間を調整するため時計によって使用されます。
参照
参考文献
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{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です - ^ 「International Occultation Timing Association」。2006年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年7月19日閲覧。
外部リンク
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ウィキメディア・コモンズには、電波時計に関連するメディアがあります。
- IOTA 観測者マニュアル国際掩蔽タイミング協会のこのマニュアルには、正確な時間測定の方法に関する非常に詳細な情報が記載されています。
- NIST ウェブサイト: WWVB 電波時計
- NTP プロジェクト開発ウェブサイト