無線控制授時技術(RCT)及其應用

摘要：介紹了無線控制授時技術?ＲＣＴ?的背景、ＲＣＴ發(fā)射機及接收機技術原理、ＲＣＴ編碼技術以及ＲＣＴ技術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技術在我國的應用前景。

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?技術的應用背景及目前各國的技術標準和應用情況

正確的時間在人們?nèi)粘Ｉ�活中是不可或缺的。隨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)品中嵌入了時間處理、顯示模塊。目前多數(shù)產(chǎn)品中的時鐘源由晶體振蕩產(chǎn)生比較精確的時間。但是在許多場合，由于晶體振蕩需要電源供給，在掉電或更換電池時，原有時間會丟失，系統(tǒng)時間被復位，此時必須依照廣播、電視或電話公司提供的標準時間手工重新校對；另外在跨時區(qū)旅行時，也需要重新校對時間。這給人們帶來許多不便。

目前隨著ＲＣＴ技術的應用，使得需要標準時間的系統(tǒng)通過內(nèi)嵌微型ＲＣＴ接收裝置自動設置標準時間，時間精度一般為秒級且與國家標準時間同步、無需手工調(diào)整。從而實現(xiàn)了計時裝置計量時間和顯示時間的精確性（與授時中心的標準時間同步）、統(tǒng)一性（所有接收該時間信號的計時裝置都顯示同一時間）。

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

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

表1 各國RCT技術使用的時間編碼及發(fā)射頻率

國家名時間編碼標準發(fā)射基站地點使用的頻率發(fā)射功率接收半徑中國BPC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中國的長波授時編碼標準為ＢＰＣ。目前該長波授時的時間編碼還未正式公開，其專利由西安高華實業(yè)有限公司持有。同時該公司也是中國第一臺長波授時電波鐘的開發(fā)者。②美國的長波授時編碼標準為ＷＷＶＢ，發(fā)射基站位于Ｃｏｌｏｒａｄｏ州的Ｆｏｒｔ Ｃｏｌｌｉｎｓ。由于美國只建有一個長波授時的發(fā)射站，因而在距離發(fā)射站較遠的地區(qū)信號較弱，對接收芯片的靈敏度要求比較高。③英國的長波授時編碼標準為ＭＳＦ，發(fā)射基站位于Ｔｅｄｄｉｎｇｔｏｎ的Ｒｕｇｂｙ。由于英國本土面積較小，一個長波授時發(fā)射站就可以覆蓋英倫三島，時間編碼信號較強，對接收芯片的靈敏度要求不高。④德國的長波授時編碼標準為ＤＣＦ，與ＭＳＦ類似。２０世紀５０年代末，德國就在Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ建立了長波授時中心。德國國土面積較小，且ＤＦＣ的長波授時信號發(fā)射站功率很強，是ＲＣＴ技術中對接收芯片的靈敏度要求最低的，因而比較容易開發(fā)。⑤日本的長波授時編碼標準為ＪＪＹ。由于日本地形狹長，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的授時發(fā)射站（ＪＪＹ６０）。

圖2 MSF授時信號編碼格式

２ ＲＣＴ的技術原理

無線控制授時系統(tǒng)由時間編碼信號的長波授時發(fā)射臺及其接收裝置共同組成。最初的無線授時系統(tǒng)（包括短波授時和長波授時）只應用于軍事目的,現(xiàn)已轉為民用。

２．１ 無線控制授時系統(tǒng)的授時信號發(fā)送原理

ＲＣＴ系統(tǒng)授時信號發(fā)送裝置的系統(tǒng)構成如圖１所示。

首先，通過在標準授時中心內(nèi)的銫（或銣）原子鐘產(chǎn)生標準時間。例如，銫原子鐘利用銫１３３原子在真空下每秒震動９?１９２?６３１?７７０次，通過對此時鐘源進行分頻產(chǎn)生實時的標準時間信息，如年、月、日、時、分、秒、毫秒、微秒等。然后將標準時間信號傳送給時間編碼發(fā)生器編碼，編碼后的時間信號通過調(diào)制器調(diào)制到長波載波信號（４０ｋＨｚ～８０ｋＨｚ）上，經(jīng)過功率放大器將信號沿傳輸線傳送到天線塔發(fā)射出去。由于授時信號屬于長波信號，以地波形式沿地球表面?zhèn)鞑ァ?BR>
２．２ ＲＣＴ技術系統(tǒng)授時信號的接收原理

ＲＣＴ接收機通過內(nèi)置微型無線接收系統(tǒng)接收長波時間編碼信號，由專用芯片（ＡＳＩＣ）對其進行解調(diào)，獲得解調(diào)后的時間編碼信號，然后由接收裝置內(nèi)的顯示電路將標準時間顯示在ＬＥＤ或ＬＣＤ上，或由此標準時間控制其它裝置（如機械式走時鐘表）。通過ＲＣＴ技術，使得所有接收該標準時間編碼信號的接收計時裝置都可以與授時中心的標準時間同步，確保了時間的準確性。

通常授時信號的接收裝置主要由ＲＣＴ專用接收芯片、接收天線及外圍器件構成，其中ＲＣＴ專用接收芯片是整個接收系統(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

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

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