ラジオ時計

電波時計、または電波制御時計（RCC）は、しばしば口語的に（そして誤って^{[ 1 ]} ）「原子時計」と呼ばれるクォーツ時計の一種で、原子時計などの時刻標準に接続された無線送信機から送信される時刻コードに自動的に同期します。このような時計は、多数の国または地域の時刻送信機など、単一の送信機から送信される時刻に同期することも、全地球測位システム（GPS）などの衛星航法システムで使用される複数の送信機を使用することもできます。このようなシステムは、時計を自動的に設定したり、正確な時刻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、周囲温度と湿度の表示、ラジオ放送の受信など、時計に利用できるあらゆる機能が含まれる場合があります。

電波時計の一般的な方式の一つは、専用の地上長波無線送信機から送信される時刻信号を利用するものです。この送信機は、復調して電波時計に表示できる時刻コードを発信します。電波時計には、無線信号が一時的に途絶えた場合でも時刻を維持するための高精度な時報発振器が内蔵されています。一方、短波帯の専用送信機から送信される時刻信号を利用する電波時計もあります。専用の時刻信号局を利用するシステムでは、数十ミリ秒程度の精度を実現できます。

衛星ナビゲーション受信機は、衛星信号から正確な時刻情報を内部的に生成します。専用のGPS時刻受信機は1 マイクロ秒以下の精度を誇りますが、汎用または民生用GPSでは、内部で計算された時刻（1秒よりもはるかに高精度）と画面に表示される時刻との間に、最大1秒のずれが生じる場合があります。

その他の放送サービスでは、信号内に精度が異なる時刻情報が含まれている場合があります。Bluetooth無線に対応した時計は、モバイルアプリで基本的な機能を制御できる腕時計から本格的なスマートウォッチまで、接続されたスマートフォンから時刻情報を取得するため、時刻信号の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、時刻標準に対して100分の1秒以内の精度を達成できますが、^{[ 1 ]}一般的には電波伝搬の不確実性や変動によって制限されます。一部の時計、特にカシオのウェーブセプターなど、デスククロックよりも旅行中に使用される可能性が高い腕時計は、さまざまな地域で送信される複数の異なる時刻信号のいずれかに同期できます。

長波および短波送信

電波時計は、ラジオ局からの符号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、および現在時刻を識別するための信号の変調方法などが異なります。一般的に、各ラジオ局は独自の時刻コード形式を使用しています。

ラジオ時報局一覧

説明

↑高さ305m（1,001フィート）の支線付き管状マスト3本に固定された傘型アンテナ3基と、高さ270m（890フィート）の支線付き格子状マスト15基
↑傘型アンテナ3基、18本の支線付き格子状マストに固定、中央マストの高さ：305メートル
↑傘型アンテナ、13本の支線付き格子状マストに固定、中央マストの高さ： 425m （1,394フィート）
↑高さ205m（673フィート）の支線付き管状マスト3本に固定された傘型アンテナ3基と、高さ170m（560フィート）の支線付き格子状マスト15基
↑空中 RJH66
↑傘型アンテナ3基、支線付き格子状マスト18基に固定、中央マストの高さ： 276m （906フィート）
↑傘型アンテナ。3列に配置された18本の支線付き格子状マストに固定されている。中央マストの高さ： 238m （781フィート）
↑ 2007年4月1日以前は、信号はウォリックシャー州ラグビー（北緯52度21分33秒、西経1度11分21秒/北緯52.35917度、西経1.18917度/北緯52.35917度、西経1.18917度）から送信されていました。
↑ 3本のT型アンテナは、地上150m （490フィート）の高さに、2本の高さ227m （745フィート）の支線で支えられた接地マストの間に設置され、マスト間の距離は655m （716ヤード）である。
1 2 3 4 2008年以前は、送信機は北緯55度44分14秒、東経38度09分04秒/北緯55.73722度、東経38.15111度/北緯55.73722度、東経38.15111度に位置していました。
↑傘型アンテナは、地面から絶縁された高さ275m （902フィート）の中央タワーと、中央タワーから324メートル（354ヤード）離れた場所に設置された、地面から絶縁された高さ257m （843フィート）の格子状マスト5本に固定されている。
↑高さ125m （410フィート）の2本の自立型格子塔の間にT型アンテナが設置され、距離は227m （248ヤード）です。
↑ 33メートル（36ヤード）離れた2本の通信塔の間にT型アンテナが設置されている。
↑無線航法システムの周波数
1 2 3無線テレスイッチシステムの周波数
1 2 3 AM放送の周波数
↑時間信号を復調するには、より複雑な受信機が必要となる
↑ 1988年以降、200kHz以前
↑ドロイトウィッチでは、2本の213メートル（699フィート）の支線付き鋼鉄格子無線マストの間に吊り下げられたT型アンテナを使用しており、 2本のマストは180メートル（200ヤード）離れています。
↑時刻信号の記事には2.5kWと記載されている
↑ ^{[ 18 ]}によると、送信機はブエノスアイレスのアベニーダ・エスパーニャ 2099 にあるブエノスアイレス海軍観測所にあります。Google ストリートビューでは、建物上と建物の近くにいくつかのアンテナ構造が見られますが、特定のアンテナが正確にどこにあるのかは不明です。ここの座標は建物自体を指しています。34 °37′19″S 58°21′18″W / 34.62194°S 58.35500°W / -34.62194; -58.35500 ( LOL )

2300km 1429マイル

DCF39 DCF

JJY （大高堂谷山）

JJY JJY (はがねやま) (はがねやま)

RNS-V RNS-V

RAB99 RAB

HLA HLA

BSF BSF

BPC BPC

BPM

BPL

RTZ

RJH86 RJH86

RJH90

RJH77

RJH63

RBU、RWM

RNS-E

RJH69 RJH69

マイクスマイクス

GA22 HGA22

DCF49、DCF77

HBG

ALS162 （旧TDF）

BBCラジオ4 （ドロイトウィッチ）

国境なき医師団

PPE PPE

爆笑爆笑

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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、北米太平洋岸北西部で夜間に受信できる場合があります）が、受信の成否は時間帯、大気の状態、および途中の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際に置くと、一般的に受信状態は良好になります。また、受信機が送信機から300km （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。

時計受信機

多くのメーカーや小売店が、ラジオ局から符号化された時刻信号を受信し、その信号が原子時計から時刻を算出する電波時計を販売している。

最初の電波時計の1つは、1983年後半にヒースキット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につれて、WWVの5MHz、10MHz、15MHz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。受信状態が悪い時間帯は、水晶発振器で時刻を維持しました。この発振器は制御されており、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、更新間の時刻保持は、水晶発振器単体で達成できるよりもはるかに正確でした。時刻は10分の1秒単位で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米ドル、組み立て済みで400米ドルで販売され、当時としては画期的な製品とみなされていました。ヒース社はこの設計で特許を取得しました。^[²³^]^[²⁴^]

1990年までに、ドイツの時計メーカーであるユンハンスの技術者たちは、この技術を小型化し、デジタル腕時計のケースに収めることに成功した。翌年には、針を備えたアナログ版のユンハンス・メガが発売された。

2000年代には、電波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ます。^{[ 25 ]}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ります。これらは、使用する国に適した送信機から送信される信号を使用します。信号強度によっては、送信機への比較的遮るもののない経路の場所に設置する必要があり、時刻を正しく更新するには、良好からまずまずの気象条件が必要です。安価な時計は、更新の間、または更新がない場合は、非制御の水晶時計で時刻を記録し、その精度は電波制御のない水晶時計に典型的なものです。一部の時計には、同期が最近成功しなかった場合に、ユーザーに不正確である可能性があることを警告するインジケーターが含まれています。

米国国立標準技術研究所（NIST）は、電波時計のムーブメントが同期間の時間を±0.5秒以内に維持し、最も近い秒に丸めたときに時刻が正確になるようにすることを推奨するガイドラインを発表した。^{[ 26 ]}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秒以内に維持できるものもある。^{[ 27 ]}

Bluetooth無線をサポートする時計は、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フルスマートウォッチ^{[ 28 ]}まで、接続された電話から時間情報を取得し、時間信号の放送を受信する必要はありません。

その他の放送

他の放送局に付属: 多くの国の放送局は、標準的な位相と周波数に正確に同期した搬送波を使用しており、例えばBBCラジオ4の198kHz 長波放送などが挙げられます。また、ラジオ・フランスの162kHz長波送信機のように、可聴域以下の、あるいは全く聞こえないタイムコード情報を送信する放送局もあります。付加されたタイム信号システムは、一般的に可聴音または搬送波の位相変調を利用します。

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デコーダーを搭載した多くの最新のテレビやビデオデッキは、テレテキストから正確な時刻を取得して内部時計を設定できます。ただし、TTXの時刻は最大5分変動する可能性があります。^{[ 29 ]}

多くのデジタルラジオおよびデジタルテレビの方式には、タイムコード送信のための規定も含まれている。

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情報を送信する2種類のパケットがあります。デジタルテレビシステムは、送信所（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れば、GPSストラタム2（短期的なクロック同期）およびストラタム1（長期的なクロック同期）と同等の精度を実現できます。

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、精度は最大100ミリ秒で、クロックストラタムの表示はありません。すべてのRDSネットワークまたはRDSを使用する局が正確な時刻信号を送信するわけではありません。この技術のタイムスタンプ形式は、修正ユリウス日（MJD）にUTC時、UTC分、および現地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は表示しません。送信所（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、DABシステムはGPSストラタム2（短期クロック同期）およびストラタム1（長期クロック同期）の精度に匹敵することができます。この技術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、航法衛星のクロック信号ほど高精度ではありません。短波（または複数ホップの中波）で受信されるDRMタイムスタンプは、経路遅延のため最大200ミリ秒の誤差が生じる可能性があります。この技術のタイムスタンプ形式はBCDです。

ギャラリー

LF時間信号受信機
世界初の電波時計付き腕時計、ユンハンスメガ（アナログモデル）
電波時計（アナログ式壁掛け時計）
DCF77時刻信号は、ドイツ鉄道などの組織が駅の時計を同期させるために使用している。

複数の送信機

電波時計受信機は、精度を向上させるために複数の時刻源を組み合わせることがあります。これは、全地球測位システム、ガリレオ、GLONASSなどの衛星航法システムで行われていることです。衛星航法システムでは、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搭載されており、地上の時計を基準としています。専用のタイミング受信機は、50 ns より優れた精度でローカル時刻標準として機能します。^[³⁰^]^[³¹^]^[³²^]^[³³^]地上無線航法システムであるLORANの最近の復活と強化により、別のマルチソース時刻配信システムが提供されることになります。

GPS時計

現代の多くの電波時計は、地上無線局から得られるよりも正確な時刻を提供するために、全地球測位システム（GPS）などの衛星航法システムを利用しています。これらのGPS時計は、複数の衛星原子時計からの時刻推定値と、地上局ネットワークによって維持される誤差推定値を組み合わせています。電波伝搬や電離層拡散・遅延といった固有の影響により、GPSによる時刻計測では、これらの現象を複数期間にわたって平均化する必要があります。GPS受信機は、時刻や周波数を直接計算するのではなく、GPSを使用して発振器を制御します。発振器は、低価格帯の航法受信機では水晶発振器、特殊なユニットではオーブン制御水晶発振器（OCXO）、通信同期に使用される一部の受信機では原子発振器（ルビジウム）など、多岐にわたります。そのため、これらの装置は技術的にはGPS制御発振器と呼ばれています。

主に時刻計測を目的としたGPS機器は、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、機器は位置情報を平均化します。約1日動作させた後、機器は数メートル以内の精度で位置を把握できるようになります。位置情報が平均化されると、1つか2つの衛星からの信号しか受信できない場合でも、正確な時刻を算出できます。

GPSクロックは、商用電力網の電圧と電流の同期フェーザ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。^{[ 34 ]}

天文学における時間計測

主要な航法機能を実行する衛星航法受信機は、秒の何分の一かの精度で内部時刻を計測できるものでなければなりませんが、表示される時刻は内部時計ほど正確ではない場合がほとんどです。安価な航法受信機の多くは、マルチタスク処理が可能なCPUを1つ搭載しています。CPUの最優先事項は衛星の捕捉を維持することであり、表示の更新ではありません。航法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。

本格的な高精度な時刻計測には、より専門的なGPS機器が必要です。アマチュア天文家の中には、特に月が恒星や惑星の光を遮る掩蔽現象の時刻を計測する人たちがおり、大規模な研究機関以外で活動する人としては最高レベルの精度が求められます。国際掩蔽時刻計測協会^{[ 35 ]}のウェブサイトには、アマチュア天文家向けの高精度な時刻計測に関する詳細な技術情報が掲載されています。

夏時間

上記に挙げた様々なフォーマットには、送信元の国における夏時間（DST）の実施状況を示すフラグが含まれています。この信号は通常、時計が表示時刻をユーザーの期待に合わせて調整するために使用されます。

参考文献

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外部リンク

IOTA観測者マニュアル 国際掩蔽観測協会（ IOTA）が発行するこのマニュアルには、正確な時間測定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

[2] 高さ305m（1,001フィート）の支線付き管状マスト3本に固定された傘型アンテナ3基と、高さ270m（890フィート）の支線付き格子状マスト15基

[4] 傘型アンテナ3基、18本の支線付き格子状マストに固定、中央マストの高さ：305メートル

[5] 傘型アンテナ、13本の支線付き格子状マストに固定、中央マストの高さ： 425m （1,394フィート）

[6] 高さ205m（673フィート）の支線付き管状マスト3本に固定された傘型アンテナ3基と、高さ170m（560フィート）の支線付き格子状マスト15基

[7] 空中 RJH66

[8] 傘型アンテナ3基、支線付き格子状マスト18基に固定、中央マストの高さ： 276m （906フィート）

[9] 傘型アンテナ。3列に配置された18本の支線付き格子状マストに固定されている。中央マストの高さ： 238m （781フィート）

[11] 2007年4月1日以前は、信号はウォリックシャー州ラグビー（北緯52度21分33秒、西経1度11分21秒/北緯52.35917度、西経1.18917度/北緯52.35917度、西経1.18917度）から送信されていました。

[12] 3本のT型アンテナは、地上150m （490フィート）の高さに、2本の高さ227m （745フィート）の支線で支えられた接地マストの間に設置され、マスト間の距離は655m （716ヤード）である。

[RBU-14] 1 2 3 4 2008年以前は、送信機は北緯55度44分14秒、東経38度09分04秒/北緯55.73722度、東経38.15111度/北緯55.73722度、東経38.15111度に位置していました。

[15] 傘型アンテナは、地面から絶縁された高さ275m （902フィート）の中央タワーと、中央タワーから324メートル（354ヤード）離れた場所に設置された、地面から絶縁された高さ257m （843フィート）の格子状マスト5本に固定されている。

[17] 高さ125m （410フィート）の2本の自立型格子塔の間にT型アンテナが設置され、距離は227m （248ヤード）です。

[20] 33メートル（36ヤード）離れた2本の通信塔の間にT型アンテナが設置されている。

[22] 無線航法システムの周波数

[teleswitch-25] 1 2 3無線テレスイッチシステムの周波数

[AM-27] 1 2 3 AM放送の周波数

[28] 時間信号を復調するには、より複雑な受信機が必要となる

[29] 1988年以降、200kHz以前

[30] ドロイトウィッチでは、2本の213メートル（699フィート）の支線付き鋼鉄格子無線マストの間に吊り下げられたT型アンテナを使用しており、 2本のマストは180メートル（200ヤード）離れています。

[37] 時刻信号の記事には2.5kWと記載されている

[39] {[ 18 ]}によると、送信機はブエノスアイレスのアベニーダ・エスパーニャ 2099 にあるブエノスアイレス海軍観測所にあります。Google ストリートビューでは、建物上と建物の近くにいくつかのアンテナ構造が見られますが、特定のアンテナが正確にどこにあるのかは不明です。ここの座標は建物自体を指しています。34 °37′19″S 58°21′18″W / 34.62194°S 58.35500°W / -34.62194; -58.35500 ( LOL )

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