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無線控制授時技術(shù)(RCT)及其應(yīng)用
摘要：介紹了無線控制授時技術(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)在我國的應(yīng)用前景。Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?技術(shù)的應(yīng)用背景及目前各國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用情況
正確的時間在人們?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(fù)位，此時必須依照廣播、電視或電話公司提供的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)的應(yīng)用，使得需要標(biāo)準(zhǔn)時間的系統(tǒng)通過內(nèi)嵌微型ＲＣＴ接收裝置自動設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時間，時間精度一般為秒級且與國家標(biāo)準(zhǔn)時間同步、無需手工調(diào)整。從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)時裝置計(jì)量時間和顯示時間的精確性（與授時中心的標(biāo)準(zhǔn)時間同步）、統(tǒng)一性（所有接收該時間信號的計(jì)時裝置都顯示同一時間）。
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，使得市場對具有自動接收時間功能的鐘表及其它計(jì)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(biāo)準(zhǔn)及其使用頻率。
表1 各國RCT技術(shù)使用的時間編碼及發(fā)射頻率
JJY60本州福島
九州富網(wǎng)40kHz
60kHz50kW
50kW1000km
1000km
①中國的長波授時編碼標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)，對接收芯片的靈敏度要求不高。④德國的長波授時編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＤＣＦ，與ＭＳＦ類似。２０世紀(jì)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(qiáng)，是ＲＣＴ技術(shù)中對接收芯片的靈敏度要求最低的，因而比較容易開發(fā)。⑤日本的長波授時編碼標(biāo)準(zhǔn)為ＪＪＹ。由于日本地形狹長，在本洲福島的４０ｋＨｚ（ＪＪＹ４０）發(fā)射機(jī)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(shù)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(yīng)用于軍事目的,現(xiàn)已轉(zhuǎn)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(gòu)成如圖１所示。
首先，通過在標(biāo)準(zhǔn)授時中心內(nèi)的銫（或銣）原子鐘產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行分頻產(chǎn)生實(shí)時的標(biāo)準(zhǔn)時間信息，如年、月、日、時、分、秒、毫秒、微秒等。然后將標(biāo)準(zhǔn)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(shù)系統(tǒng)授時信號的接收原理
ＲＣＴ接收機(jī)通過內(nèi)置微型無線接收系統(tǒng)接收長波時間編碼信號，由專用芯片（ＡＳＩＣ）對其進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)時間顯示在ＬＥＤ或ＬＣＤ上，或由此標(biāo)準(zhǔn)時間控制其它裝置（如機(jī)械式走時鐘表）。通過ＲＣＴ技術(shù)，使得所有接收該標(biāo)準(zhǔn)時間編碼信號的接收計(jì)時裝置都可以與授時中心的標(biāo)準(zhǔn)時間同步，確保了時間的準(zhǔn)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(gòu)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
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