Войти
| Передатчик временного кода DCF77 | |
|---|---|
 Низкая частота T-антенны антенны DCF77 в Майнфлингене | |
| Местоположение | Длинноволновый передатчик Майнфлинген, Майнфлинген, Германия |
| Координаты | 50 ° 00′56 ″ N 9 ° 00′39 ″ E / 50,01556 ° N 9,01083 ° E / 50,01556; 9.01083 Координаты : 50 ° 00′56 ″ N 9 ° 00′39 ″ E / 50,01556 ° N 9,01083 ° E / 50,01556; 9.01083 |
| Высота | 113 м (371 фут) |
| Оператор | Media Broadcast GmbH от имени PTB |
| Частота | 77,5 кГц |
| Мощность | 50 кВт |
| Начали работу | 1 января 1959 г.; непрерывная информация о дате и времени была добавлена в июне 1973 года. |
| Официальная дальность действия | 2000 км (1243 мили) |
| Веб-сайт | DCF 77 |
Недорогой приемник DCF77 DCF77 немецкая длинноволновая радиостанция времени и стандартной частоты. Он начал работу в качестве станции стандартной частоты 1 января 1959 года. В июне 1973 года была добавлена информация о дате и времени. Его основной и резервный передатчик расположены в 50 ° 0′56 ″ N 9 ° 00′39 ″ E / 50,01556 ° N 9,01083 ° E / 50,01556; 9.01083 в Майнфлинген, примерно в 25 км к юго-востоку от Франкфурта-на-Майне, Германия. Передатчик вырабатывает номинальную мощность 50 кВт, из которых от 30 до 35 кВт может излучаться через Т-образную антенну.
DCF77 управляется Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Национальная лаборатория физики Германии и передает в непрерывном режиме (24 часа). Он управляется Media Broadcast GmbH (ранее дочерняя компания Deutsche Telekom AG ) от имени PTB. С Media Broadcast GmbH была согласована временная доступность передачи не менее 99,7% в год или менее 26,28 часов ежегодного простоя. Большинство перебоев в обслуживании - это кратковременные отключения на срок менее двух минут. Более длительные перерывы в работе передачи обычно вызваны сильным ветром, ледяным дождем или движением Т-антенны, вызванным снегом. Это проявляется в электрической расстройке резонансного контура антенны и, следовательно, в измеримой фазовой модуляции принятого сигнала. Если смещение слишком велико, передатчик временно выводится из эксплуатации. В 2002 году доступность составила почти 99,95% или чуть более 4,38 часов простоя. Отправляемая временная метка находится в формате всемирного координированного времени (UTC) +1 или UTC +2 в зависимости от летнего времени.
Высокая точность 77,5 кГц (приблизительно 3868,3 м). длина волны) сигнал несущей генерируется локальными атомными часами, которые связаны с немецкими главными часами в PTB в Брауншвейге. Сигнал времени DCF77 используется для распространения немецкого национального юридического времени среди общественности.
Радиочасы и часы были очень популярны в Европе с конца 1980-е годы и в континентальной Европе большинство из них используют сигнал DCF77 для автоматической установки времени. Другие промышленные системы хронометража на железнодорожных станциях, в области телекоммуникаций и информационных технологий, на радио- и телестанциях управляются по радио с помощью DCF77, а также часы переключения тарифов энергоснабжающих компаний и часы на светофорах.
Сигнал времени DCF77 используется такими организациями, как железнодорожная компания Deutsche Bahn, для синхронизации своих станционных часов 
Передатчик Mainflingen использует изолированные Guyed решетчатые мачты для поднятия антенны DCF77 
Низкочастотные Т-антенны непрерывно работающего сигнала DCF77 в Майнфлингене ночью Сигнал станции DCF77 несет 1 бит с амплитудной модуляцией и широтно-импульсной кодировкой / с сигнал данных. Тот же самый сигнал данных также модулируется по фазе на несущую с использованием 512-битной псевдослучайной последовательности (модуляция с расширенным спектром прямой последовательности ). Переданный сигнал данных повторяется каждую минуту.
С 2003 года 14 ранее неиспользованных битов временного кода использовались для сигналов тревоги гражданской обороны. Это экспериментальная услуга, направленная на то, чтобы однажды заменить немецкую сеть сирен гражданской обороны.
С 22 ноября 2006 года передатчик DCF77 использует биты 1–14 для передачи предупреждающие сообщения и информация о погоде. Под ответственностью Федерального управления гражданской защиты и помощи при стихийных бедствиях Германии (German Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe, BBK) предупреждения населению могут передаваться с использованием этих 14 битов. В качестве дальнейшего расширения информационного содержания, передаваемого DCF77, соответствующим образом оборудованные радиочасы могут предоставлять четырехдневный прогноз погоды для 60 различных регионов Европы. Данные прогноза предоставляются швейцарской компанией Meteo Time GmbH и под ее ответственность и передаются по собственному протоколу передачи. Те же 14 битов используются таким образом, чтобы обеспечить совместимость с протоколами передачи предупреждающих сообщений. Для расшифровки данных прогноза погоды требуется лицензия. Поскольку используются биты, ранее зарезервированные для PTB, более старые радиочасы не должны зависеть от сигнала данных о погоде.
Контракт на распространение сигнала между PTB и оператором передатчика DCF77 Media Broadcast GmbH периодически продлевается. После переговоров в 2013 году PTB и Media Broadcast GmbH договорились продолжить распространение информации о немецком национальном юридическом времени в течение следующих 8 лет. В PTB заявили, что начнут новые переговоры, если работы по модернизации передающей станции для повышения надежности приема сигнала по всей Европе за счет увеличения мощности передачи до 2021 года будут сочтены необходимыми.
Позывной DCF77 означает D = Deutschland (Германия), C = длинноволновый сигнал, F = длинноволновые передатчики на территории передающей станции Майнфлинген (из-за ее близости к Франкфурту-на-Майне), 77 = частота: 77,5 кГц.
Как и у большинства длинноволновых передатчиков времени (сродни сигналу времени 162 кГц 2 МВт TDF, транслируемому из Франции), марки DCF77 секунд за счет уменьшения мощности несущей на интервал, начинающийся с секунды. Продолжительность сокращения варьируется, чтобы передавать один бит временного кода в секунду, повторяющийся каждую минуту. Несущая синхронизирована, поэтому переход через нуль происходит на второй секунде. Все изменения модуляции также происходят при переходе через нуль с возрастанием.
Амплитудно-модулированный сигнал DCF77 как функция времени Сигнал DCF77 использует амплитудную манипуляцию для передачи информации о времени, закодированной в цифровом виде, за счет уменьшения амплитуды несущая до 15% от нормы (-16½ дБ ) на 0,1 или 0,2 секунды в начале каждой секунды. Уменьшение на 0,1 секунды (7750 циклов амплитуды несущей 77500 Гц) означает двоичный 0; уменьшение на 0,2 секунды обозначает двоичную 1. В качестве особого случая последняя секунда каждой минуты отмечается без снижения мощности несущей.
До 2006 года также существовала идентификация станции азбукой Морзе, отправляемая в течение 19, 39 и 59 минут каждого часа, однако это было прекращено, поскольку станцию легко идентифицировать по характерному сигналу. Тон 250 Гц генерировался посредством прямоугольной волны, модулирующей несущую от 100% до 85% мощности, и этот тон использовался для отправки одной буквы в секунду между вторыми метками. В течение секунд 20–32 дважды передавался позывной «DCF77».
Кроме того, в течение 793 мс, начиная с 200 мс, каждый бит временного кода передается с использованием расширенного спектра прямой последовательности. Бит смешивается с 512-битной псевдослучайной последовательностью чипа и кодируется на несущей с использованием фазовой манипуляции с точностью ± 13 ° . Последовательность чипов содержит равное количество каждой фазы, поэтому средняя фаза остается неизменной. Каждая микросхема охватывает 120 циклов несущей, поэтому точная продолжительность составляет от 15500 до 76940 циклов из 77500. Последние 560 циклов (7,22 мс) каждой секунды не модулируются по фазе.
Последовательность чипов генерируется 9-битным регистром сдвига с линейной обратной связью (LFSR), повторяется каждую секунду и начинается с 00000100011000010011100101010110000….
Программная реализация Galois LFSR может генерировать полную последовательность чипа:
unsigned int i, lfsr; lfsr = 0; for (i = 0; i < 512; i++) { unsigned int chip; chip = lfsr 1; output_chip(chip); lfsr>>= 1; if (chip ||! lfsr) lfsr ^ = 0x110;}Каждый бит временного кода, который должен быть передан, является эксклюзивным с Выход LFSR. Последняя последовательность фрагментов используется для модуляции фазы передатчика. Во время 0 элементарных посылок несущая передается с фазовым опережением + 13 °, в то время как в течение 1 чипа она передается с фазовой задержкой -13 °.
Вместо специального маркера минут, используемого в амплитудном коде, бит 59 передается как обычный 0-бит, а первые 10 бит (секунды 0–9) передаются как двоичный 1.
При сравнении Что касается амплитудной модуляции, то фазовая модуляция позволяет лучше использовать доступный частотный спектр и приводит к более точному распределению низкочастотного времени с меньшей чувствительностью к помехам. Однако фазовая модуляция не используется многими приемниками DCF77. Причина этого - доступность во всем мире сигналы (точное время), передаваемые глобальными навигационными спутниковыми системами, такими как Global Po Система позиционирования (GPS) и ГЛОНАСС. Из-за структуры сигнала GPS и большей доступной полосы пропускания при приеме GPS, в принципе, достигается неопределенность передачи времени, которая по крайней мере на на один порядок меньше неопределенности, которая может быть достигнута. с оборудованием для приема фазовой модуляции DCF77 (время GPS с точностью примерно от ± 10 до 30 наносекунд ).
Время представлено в десятичной системе с двоичным кодом. Это гражданское время, включая корректировку летнего времени. Переданное время - это время следующей минуты; например 31 декабря, 23:59, передаваемое время кодируется 1 января 00:00.
Первые 20 секунд являются специальными флагами. Минуты кодируются в секундах 21–28, часы - в секундах 29–34, а дата - в секундах 36–58.
Два флажка предупреждают об изменениях, которые произойдут в конце текущего часа: изменение часовых поясов и добавление дополнительной секунды. Эти флаги устанавливаются в течение часа до события. Это включает последнюю минуту перед событием, в течение которой другие биты временного кода (включая биты индикатора часового пояса) кодируют время первой минуты после события.
| Бит | Вес | Значение | Бит | Вес | Значение | Бит | Вес | Значение | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PM | AM | PM | AM | PM | AM | ||||||||
| : 00 | 1 | M | Начало минуты. Всегда 0. | : 20 | S | Начало закодированного времени. Всегда 1. | : 40 | 10 | День месяца (продолжение) | ||||
| : 01 | 1 | Гражданские предупреждения, предоставленные. Bundesamt für Bevölkerungsschutz. und Katastrophenwarnung (Федеральное ведомство. Гражданской защиты и помощи при стихийных бедствиях).. Также содержит прогнозы погоды. | : 21 | 1 | Минут. 00–59 | :41 | 20 | ||||||
| : 02 | 1 | : 22 | 2 | : 42 | 1 | День недели. понедельник = 1, воскресенье = 7 | |||||||
| : 03 | 1 | : 23 | 4 | : 43 | 2 | ||||||||
| : 04 | 1 | : 24 | 8 | : 44 | 4 | ||||||||
| : 05 | 1 | : 25 | 10 | : 45 | 1 | Номер месяца. 01–12 | |||||||
| : 06 | 1 | : 26 | 20 | :46 | 2 | ||||||||
| :07 | 1 | :27 | 40 | : 47 | 4 | ||||||||
| : 08 | 1 | : 28 | P1 | Четность по минутным битам 21–28. | : 48 | 8 | |||||||
| : 09 | 1 | : 29 | 1 | Часы. 0–23 | :49 | 10 | |||||||
| : 10 | 0 | : 30 | 2 | : 50 | 1 | Год в столетии. 00–99 | |||||||
| : 11 | 0 | : 31 | 4 | : 51 | 2 | ||||||||
| : 12 | 0 | : 32 | 8 | : 52 | 4 | ||||||||
| :13 | 0 | :33 | 10 | :53 | 8 | ||||||||
| :14 | 0 | :34 | 20 | : 54 | 10 | ||||||||
| : 15 | R | Бит вызова: ненормальная работа передатчика. Ранее: использовалась резервная антенна. | : 35 | P2 | Четность по часам, биты 29–35. | :55 | 20 | ||||||
| : 16 | A1 | Объявление летнего времени.. Устанавливается за час до изменения. | : 36 | 1 | День месяца.. 01–31 | :56 | 40 | ||||||
| : 17 | Z1 | Устанавливается на 1, когда Действует CEST. | :37 | 2 | :57 | 80 | |||||||
| : 18 | Z2 | Устанавливается на 1, когда действует CET. | : 38 | 4 | : 58 | P3 | Проверка четности по битам даты 36–58. | ||||||
| : 19 | A2 | Объявление секунды координации.. Устанавливается за час до секунды координации. | : 39 | 8 | : 59 | 0 | Метка минут: нет амплитудной модуляции. | ||||||
В случае добавления дополнительной секунды, 0-бит вставляется в течение секунды 59, а специальный недостающий бит передается во время самой секунды координации, секунда 60.
Хотя временной код включает только две цифры года, можно вывести два бита века, используя день недели. По-прежнему существует 400-летняя двусмысленность, поскольку григорианский календарь повторяет недели каждые 400 лет, но этого достаточно, чтобы определить, какие годы, заканчивающиеся на 00, являются високосными.
Биты часового пояса можно рассматривать как двоичное представление смещения UTC. Набор Z1 указывает UTC + 2, а Z2 указывает UTC + 1.
. Фазовая модуляция обычно кодирует те же данные, что и амплитудная модуляция, но отличается для битов с 59 по 14 включительно. Бит 59 (без амплитудной модуляции) модулируется по фазе как 0-бит. Биты 0–9 модулируются по фазе как 1 бит, а биты 10–14 модулируются по фазе как 0 бит. Предупреждения гражданской обороны и информация о погоде не включаются в данные с фазовой модуляцией.
Зона приема DCF77 из Майнфлингена 
Уровень сигнала DCF77 за 24-часовой период, измеренный в Нерхе, на южном побережье Испании, 1801 км (1119 миль) от передатчика. Рано ночью он достигает максимальной мощности сигнала ≈ 100 мкВ / м. Благодаря относительно высокой мощности в 50 кВт передачи DCF77 могут надежно приниматься в больших частях Европы, на расстоянии до 2000 км (1243 миль) от передатчик в Майнфлинген. В пределах этого диапазона уровень сигнала сигнала DCF77, как указано в Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), составляет ≥ 100 мкВ / м. Эта оценка мощности сигнала была сделана в соответствии с моделью отражения с отражением (один скачок) на D-слое ионосферы. Например, прием с помощью часов потребительского класса - при условии, что используемые радиочасы могут управлять приемом с силой сигнала ≈ 100 мкВ / м - возможен в Норвегии (Будё), России (Москва), Турции (Стамбул), Гибралтаре и Португалии (во время ночные часы). Металлические конструкции или помехи, вызванные другими электронными устройствами, могут вызвать проблемы с приемом в этом диапазоне. На меньших расстояниях сила сигнала DCF77 намного выше. Например, на расстоянии менее 500 км (311 миль) от передатчика в Майнфлингене ожидаемая мощность сигнала земной волны составляет ≥ 1 мВ / м.
В зависимости от распространения сигнала и множественные отражения (скачки) и локальные помехи, сигнал DCF77 иногда может приниматься дальше (см. тропосферное распространение ). Это связано со значительным снижением мощности сигнала и зависит от многих факторов, например, дня и сезона, угла падения небесной волны на слой D и солнечной активности.
Atomic Master Clock CS2, используемый на PTB для проверки отклонений Управляющий сигнал не передается по проводам от Physikalisch-Technische Bundesanstalt ( PTB) в Брауншвейге на передающую радиостанцию в Майнфлинген, но генерируется в месте излучения с помощью блока управления, разработанного PTB. Этот блок управления, расположенный в помещении передающей станции с кондиционированием воздуха, защищен от высокочастотных помех и управляется из Брауншвейга. По соображениям эксплуатационной надежности управляющий сигнал генерируется тремя независимыми управляющими каналами, каждый из которых оснащен собственными цезиевыми атомными часами. Кроме того, на сайте доступны атомные часы с рубидием. Чтобы избежать неправильного излучения, выходные данные этих трех каналов сравниваются в двух схемах электронного переключателя на месте. Выходные данные для передачи генерируются только тогда, когда согласованы по крайней мере два из трех каналов. Через телефонную сеть общего пользования рабочие данные блока управления могут быть вызваны с помощью системы телеуправления. Кроме того, время фазы несущей и состояния вторых маркеров сравниваются в Брауншвейге с уставками, заданными атомарными главными часами PTB, которые обеспечивают UTC (PTB). Из этих атомных часов атомные часы CS2 в Брауншвейге обеспечивают немецкий национальный юридический стандарт времени и могут использоваться в качестве высокоточного стандарта частоты. Если есть отклонения, необходимые корректировки будут внесены через систему телеуправления.
Передаваемая DCF77 несущая частота Относительная погрешность 2 × 10 за 24-часовой период и 2 × 10 за 100 дней с отклонением по фазе относительно UTC, которое никогда не превышает 5,5 ± 0,3 микросекунд. Четыре немецких первичных атомных часа цезия (фонтанных) (CS1, CS2, CSF1 и CSF2), используемые PTB в Брауншвейге, обеспечивают значительно меньший длительный дрейф часов, чем атомные часы, используемые на установке DCF77 в Майнфлинген. Ожидается, что с помощью внешних поправок из Брауншвейга блок управления DCF77 в Майнфлингене не будет ни выигрывать, ни терять ни секунды примерно через 300 000 лет.
Теоретически внешние часы, управляемые DCF77, должны быть способны синхронизировать с точностью до половины периода передаваемой несущей частоты 77,5 кГц сигнала DCF77, либо в пределах ± 6,452 × 10 с или ± 6,452 микросекунды.
Движение радиочасов потребительского уровня с приемником DCF77 (справа) в часах. Слева видна небольшая ферритовая рамочная антенна, используемая в этом будильнике. Из-за процесса распространения, фазовых и / или частотных сдвигов, наблюдаемых в принимаемых сигналах, практически достижимая точность ниже, чем первоначально реализовано с помощью атомных часов на месте передачи. Как и в случае любого радиопередатчика сигнала времени, точное установление времени зависит от расстояния до передатчика, поскольку сигнал времени распространяется к приемнику сигнала времени со скоростью скорости света. Для приемника DCF77, расположенного на расстоянии 1000 км (621 миль ) от передатчика DCF77, из-за задержки передачи приемник будет установлен более чем на 3 миллисекунды позже. Такое небольшое отклонение редко представляет интерес, и, при желании, приемники времени приборного уровня могут быть скорректированы на задержку прохождения.
Дальнейшие неточности могут быть вызваны типом волны, регистрируемой приемником. В случае приема только земной волны в расчет включается постоянная величина, если расстояние является постоянным. В случае приема просто космической волны приемная сторона не может влиять на колебания времени. На временные колебания напрямую влияет изменение высоты отражающего и изгибающегося слоя ионосферы. Подобные проблемы возникают, когда наземные и небесные волны перекрываются. Это поле не является постоянным, но изменяется в течение дня примерно от 600 до 1100 км (от 373 до 684 миль ) от положения передатчика.
Скорректированный прибор Приемники класса DCF77, использующие амплитудно-модулированные временные сигналы с соответствующими антеннами, ориентированными тангенциально к антенне передатчика в Майнфлингерне для обеспечения наилучшего возможного приема сигнала времени без помех в фиксированных точках, могут улучшить практическую погрешность чем ± 2 миллисекунды.
В дополнение к передаче сигнала времени с амплитудной модуляцией эта информация также передается с июня 1983 года посредством DCF77 посредством фазовой модуляции несущей волны с последовательность псевдослучайного шума длиной 512 бит. Используя взаимную корреляцию, воспроизведенный сигнал на принимающей стороне можно использовать для более точного определения начала вторых маркеров. Недостаток использования сигналов времени с фазовой модуляцией заключается в сложном приемном оборудовании приборного класса, необходимом для использования этого метода приема сигналов времени. Используя этот метод, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) измеряет стандартные отклонения от ± 2 до 22 микросекунд между UTC (PTB) и UTC (DCF77), в зависимости от времени дня и сезона. Это было сделано в Брауншвейге, расположенном в 273 км (170 миль ) от передатчика в Майнфлингене.
Обычные недорогие потребительские приемники DCF77 полагаются исключительно на амплитудно-модулированные сигналов времени и использовать узкополосные приемники (с полосой пропускания 10 Гц) с небольшими ферритовыми рамочными антеннами и схемами с неоптимальной задержкой цифровой обработки сигнала, поэтому можно ожидать, что они будут определять начало секунды с практической точностью погрешность ± 0,1 секунды. Этого достаточно для радиоуправляемых недорогих часов потребительского уровня и часов, использующих стандартные кварцевые часы для хронометража между ежедневными попытками синхронизации DCF77, так как они будут наиболее точными сразу после успешной синхронизации и станут менее точными из-за это указывает вперед до следующей синхронизации.
Серверы времени сетевого протокола времени отображают идентификатор refid.DCFa. (амплитудная модуляция) или.DCFp. (фазовая модуляция), когда в качестве эталонного источника времени используется стандартный приемник времени DCF77.
 | Викискладе есть носители, относящиеся к DCF77. |
