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無線控制授時(shí)技術(shù)(RCT)及其應(yīng)用
摘要：介紹了無線控制授時(shí)技術(shù)?ＲＣＴ?的背景、ＲＣＴ發(fā)射機(jī)及接收機(jī)技術(shù)原理、ＲＣＴ編碼技術(shù)以及ＲＣＴ技術(shù)目前在各國(guó)的應(yīng)用情況。給出了ＲＣＴ接收機(jī)的硬件功能框圖及軟件流程圖?展望了ＲＣＴ技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用前景。Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?技術(shù)的應(yīng)用背景及目前各國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用情況
正確的時(shí)間在人們?nèi)粘Ｉ钪惺遣豢苫蛉钡摹ｋS著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(shù)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(tǒng)時(shí)間被復(fù)位，此時(shí)必須依照廣播、電視或電話公司提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間手工重新校對(duì)；另外在跨時(shí)區(qū)旅行時(shí)，也需要重新校對(duì)時(shí)間。這給人們帶來許多不便。
目前隨著ＲＣＴ技術(shù)的應(yīng)用，使得需要標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的系統(tǒng)通過內(nèi)嵌微型ＲＣＴ接收裝置自動(dòng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)間精度一般為秒級(jí)且與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步、無需手工調(diào)整。從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)裝置計(jì)量時(shí)間和顯示時(shí)間的精確性（與授時(shí)中心的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步）、統(tǒng)一性（所有接收該時(shí)間信號(hào)的計(jì)時(shí)裝置都顯示同一時(shí)間）。
在ＲＣＴ技術(shù)廣泛應(yīng)用之前，也有使用ＧＰＳ（全球定位系統(tǒng)）接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的裝置，但由于其電路復(fù)雜、成本高昂而沒有得到普及。在北美及歐洲，由于ＲＣＴ技術(shù)的普及，使得市場(chǎng)對(duì)具有自動(dòng)接收時(shí)間功能的鐘表及其它計(jì)時(shí)裝置產(chǎn)生了很高的需求。
不同的國(guó)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(zhǎng)波授時(shí)信號(hào)的幾個(gè)主要國(guó)家的時(shí)間編碼標(biāo)準(zhǔn)及其使用頻率。
表1 各國(guó)RCT技術(shù)使用的時(shí)間編碼及發(fā)射頻率
JJY60本州福島
九州富網(wǎng)40kHz
60kHz50kW
50kW1000km
1000km
①中國(guó)的長(zhǎng)波授時(shí)編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＢＰＣ。目前該長(zhǎng)波授時(shí)的時(shí)間編碼還未正式公開，其專利由西安高華實(shí)業(yè)有限公司持有。同時(shí)該公司也是中國(guó)第一臺(tái)長(zhǎng)波授時(shí)電波鐘的開發(fā)者。②美國(guó)的長(zhǎng)波授時(shí)編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＷＷＶＢ，發(fā)射基站位于Ｃｏｌｏｒａｄｏ州的Ｆｏｒｔ Ｃｏｌｌｉｎｓ。由于美國(guó)只建有一個(gè)長(zhǎng)波授時(shí)的發(fā)射站，因而在距離發(fā)射站較遠(yuǎn)的地區(qū)信號(hào)較弱，對(duì)接收芯片的靈敏度要求比較高。③英國(guó)的長(zhǎng)波授時(shí)編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＭＳＦ，發(fā)射基站位于Ｔｅｄｄｉｎｇｔｏｎ的Ｒｕｇｂｙ。由于英國(guó)本土面積較小，一個(gè)長(zhǎng)波授時(shí)發(fā)射站就可以覆蓋英倫三島，時(shí)間編碼信號(hào)較強(qiáng)，對(duì)接收芯片的靈敏度要求不高。④德國(guó)的長(zhǎng)波授時(shí)編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＤＣＦ，與ＭＳＦ類似。２０世紀(jì)５０年代末，德國(guó)就在Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ建立了長(zhǎng)波授時(shí)中心。德國(guó)國(guó)土面積較小，且ＤＦＣ的長(zhǎng)波授時(shí)信號(hào)發(fā)射站功率很強(qiáng)，是ＲＣＴ技術(shù)中對(duì)接收芯片的靈敏度要求最低的，因而比較容易開發(fā)。⑤日本的長(zhǎng)波授時(shí)編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＪＪＹ。由于日本地形狹長(zhǎng)，在本洲福島的４０ｋＨｚ（ＪＪＹ４０）發(fā)射機(jī)不能覆蓋日本全國(guó)。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(hào)編碼格式
２ ＲＣＴ的技術(shù)原理
無線控制授時(shí)系統(tǒng)由時(shí)間編碼信號(hào)的長(zhǎng)波授時(shí)發(fā)射臺(tái)及其接收裝置共同組成。最初的無線授時(shí)系統(tǒng)（包括短波授時(shí)和長(zhǎng)波授時(shí)）只應(yīng)用于軍事目的,現(xiàn)已轉(zhuǎn)為民用。
２．１ 無線控制授時(shí)系統(tǒng)的授時(shí)信號(hào)發(fā)送原理
ＲＣＴ系統(tǒng)授時(shí)信號(hào)發(fā)送裝置的系統(tǒng)構(gòu)成如圖１所示。
首先，通過在標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)中心內(nèi)的銫（或銣）原子鐘產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)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，通過對(duì)此時(shí)鐘源進(jìn)行分頻產(chǎn)生實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，如年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒、微秒等。然后將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)傳送給時(shí)間編碼發(fā)生器編碼，編碼后的時(shí)間信號(hào)通過調(diào)制器調(diào)制到長(zhǎng)波載波信號(hào)（４０ｋＨｚ～８０ｋＨｚ）上，經(jīng)過功率放大器將信號(hào)沿傳輸線傳送到天線塔發(fā)射出去。由于授時(shí)信號(hào)屬于長(zhǎng)波信號(hào)，以地波形式沿地球表面?zhèn)鞑ァ?BR>
２．２ ＲＣＴ技術(shù)系統(tǒng)授時(shí)信號(hào)的接收原理
ＲＣＴ接收機(jī)通過內(nèi)置微型無線接收系統(tǒng)接收長(zhǎng)波時(shí)間編碼信號(hào)，由專用芯片（ＡＳＩＣ）對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，獲得解調(diào)后的時(shí)間編碼信號(hào)，然后由接收裝置內(nèi)的顯示電路將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間顯示在ＬＥＤ或ＬＣＤ上，或由此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間控制其它裝置（如機(jī)械式走時(shí)鐘表）。通過ＲＣＴ技術(shù)，使得所有接收該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間編碼信號(hào)的接收計(jì)時(shí)裝置都可以與授時(shí)中心的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步，確保了時(shí)間的準(zhǔn)確性。
通常授時(shí)信號(hào)的接收裝置主要由ＲＣＴ專用接收芯片、接收天線及外圍器件構(gòu)成，其中ＲＣＴ專用接收芯片是整個(gè)接收系統(tǒng)的核心。目前ＲＣＴ專用接收芯片的制造商及其產(chǎn)品如表２所示。
表2 RCT專用接收芯片
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