[科普中国]-无线电时钟

无线电时钟，又称电波时钟，是指可以通过接收授时无线电波进行即时时间校准的时钟。

介绍无线电时钟 (Radio Clock )也叫无线电控制时钟，种类很多，凡是用无线电时间信号来校对时间的时钟都称为无线电时钟。陆地上用的便携式无线电时钟自身带有无 线电接收单元，简单的就是一个收音机带有一个时钟，比较专业 的带有专 用授时台的频率 ，特点是通过 自身接收的无线电时。问信号来校对时钟，这些无线电时钟非常适合野外考察、探险使用。有些无线电时钟自身不带无线电接收单元，无线电时间信号需要另外的接收装置，船舶航海天文钟就是一个典型自身不带无线电时间信号接收装置的无线电时钟。它的标准时间信号主要通过船舶无线电台提供。

无线电时钟发展也很快，例如 GPS 时钟等 ，并可以根据标准的时间信号自动调整时钟指示时间。

无线电时钟其核心有一个具极端精确的电波接收器，每天自动接收由世界各地以原子钟计时的基地台发射出的“标准时刻”无线电波，自动校正时刻及日历。无线电时钟的误差与原子钟相同，为每10万年误差1秒1。

发展历史1989年提出构想并开始研发，最原始的构想是借由接收中波收音机所发出的报时来修正时间

1991年才开始进行现今的收发研究

1993年最早的商品问世

时钟接收器许多制造商和零售商销售无线电时钟，这些无线电时钟接收来自无线电台的编码时间信号，而无线电台又从真正的原子钟获得时间。

Heathkit于1983年末提供了第一批无线电时钟之一。他们的GC-1000型“最精确时钟”接收了科罗拉多州科林斯堡的无线电台WWV的短波时间信号。它会在WWV的5,10和15 MHz频率之间自动切换，以便在日期和年份条件发生变化时找到最强的信号。它在接收不良的时候用石英晶体振荡器保持时间。这个振荡器是训练有素的，这意味着基于微处理器的时钟使用从WWV接收的高精度时间信号来修整晶体振荡器。因此，更新之间的计时比单独使用晶体更准确。时间下降到十分之一秒显示在LED显示屏上。 GC-1000最初以套装形式售价250美元，预装好400美元，当时被认为令人印象深刻。希思公司因其设计获得了专利。

在2000年代（十年），基于无线电的“原子钟”在零售店中变得普遍;截至2010年，许多国家的价格约为15美元。时钟可能具有其他功能，如室内温度计和气象站功能。这些信号使用由适当的发射机发送的信号用于它们所在的国家。根据信号强度，它们可能需要放置在具有相对无阻碍的发射器路径的位置，并且需要良好的大气条件才能成功更新时间。廉价的时钟通过非规范的石英晶体时钟跟踪更新之间或不存在之间的时间，具有非无线电控制石英时计的典型精度。某些时钟包括指示器，用于在最近未成功同步时提醒用户可能存在的不准确性。

其他广播主要文章：时间信号

附加到其他广播电台许多国家的广播电台都具有与标准相位和频率精确同步的载波，例如198 kHz的BBC Radio 4长波服务，还有一些还传输次声音甚至听不见的时间码信息，如法国无线电长波发射机162 kHz。附加时间信号系统通常使用载波的可听音调或相位调制。

图文电视（TTX）嵌入在电视视频中的数字文本页面也提供准确的时间。许多带有TTX解码器的现代电视机和录像机可以从图文电视获得准确的时间并设置内部时钟。然而，TTX时间最长可达5分钟。

许多数字无线电和数字电视方案还包括时间码传输的规定。

数字地面电视DVB和ATSC标准有2种数据包类型，它们向接收器发送时间和日期信息。如果发射机站点（或网络）支持该级别的功能，则数字电视系统可以等于GPS第2层准确度（具有短期时钟规则）和第1层（具有长期时钟规则）。

VHF调频广播数据系统（RDS）RDS可以发送亚秒级精度的时钟信号，但精度不超过100 ms，并且没有时钟层的指示。并非所有使用RDS的RDS网络或站都发送准确的时间信号。此技术的时间戳格式为Modified Julian Date（MJD）加上UTC小时，UTC分钟和本地时间偏移。

L波段和VHF数字音频广播DAB系统提供的时间信号的精度等于或优于Digital Radio Mondiale（DRM），但FM RDS并不表示时钟层。如果发射机站点（或网络）支持该级别的功能，则DAB系统可以等于GPS第2层准确度（短期时钟规则）和第1层（长期时钟规则）。该技术的时间戳格式为BCD。

数字广播Mondiale（DRM）DRM能够发送时钟信号，但不像导航卫星时钟信号那样精确。由于路径延迟，通过短波（或多跳中波）接收的DRM时间戳可以最多关闭200毫秒。该技术的时间戳格式为BCD。

多个发射器无线电时钟接收器可以组合多个时间源以提高其准确性。这就是全球定位系统等卫星导航系统所做的工作。 GPS，Galileo和GLONASS卫星导航系统在每颗卫星上有一个或多个铯，铷或氢脉泽原子钟，以地面上的一个或多个时钟为参考。专用定时接收器可用作本地时间标准，精度优于50 ns。[23] [24] [25] [26]最近陆地无线电导航系统LORAN的复兴和增强将提供另一个多源时间分配系统。

GPS时钟主要文章：GPS训练振荡器

许多现代无线电时钟使用全球定位系统来提供比从地面无线电台获得的更准确的时间。这些GPS时钟将来自多个卫星原子钟的时间估计与由地面站网络维持的误差估计相结合。由于无线电传播和电离层扩散和延迟固有的影响，GPS定时需要在几个周期内对这些现象进行平均。没有GPS接收器直接计算时间或频率，而是使用GPS来训练振荡器，其范围可以从低端导航接收器中的石英晶体，通过专用单元中的烤箱控制晶体振荡器（OCXO）到原子振荡器（铷） ）在一些用于电信同步的接收机中。出于这个原因，这些设备在技术上被称为GPS纪律振荡器。

主要用于时间测量而不是导航的GPS单元可以设置为假定天线位置是固定的。在此模式下，设备将平均其位置修正。经过大约一天的操作后，它将知道它的位置在几米之内。一旦它平均其位置，即使它只能从一个或两个卫星接收信号，它也可以确定准确的时间。

GPS时钟提供商业电网上同步相量测量电压和电流所需的精确时间，以确定系统的健康状况。

天文计时虽然任何执行其主要导航功能的卫星导航接收器必须具有精确到一小部分秒的内部时间参考，但显示的时间通常不如内部时钟精确。大多数便宜的导航接收器都有一个多任务CPU。 CPU的最高优先级任务是维护卫星锁定 - 不更新显示器。用于导航系统的多核CPU只能在高端产品上找到。

对于严格的精确计时，需要更专业的GPS设备。一些业余天文学家，尤其是那些在月亮阻挡恒星和行星光线时放牧月球掩星事件的天文学家，需要在大型研究机构以外工作的人能够获得最高精度。国际掩星时间协会的网站提供了有关业余天文学家精确计时的详细技术信息。

夏令时上述各种格式包括指示发射机本国的夏令时（DST）状态的标志。时钟通常使用此信号来调整显示的时间以满足用户的期望。

被淘汰的船舶报务钟船舶报务钟(Radio Room Clock )也叫报房钟 ，是在 GM DSS 实施以前船舶报房里面的专用钟表。实际上它与船舶使用的其他时钟没有什么区别 ，唯一的区别就是在表盘上，表盘上 00～03 分，30 ～33 分使用蓝颜色来标识无线电话静默时问，l5 ～l8分 ，45 ～48 分使用红 色标识 无线电报静默时间，作用是在值班期间 ，提醒报务员在有特殊标志的区域，如果本船没有紧急情况，应停止无线电发射机的工作，收听专 门的遇险频率，其中在标有蓝色的时间段内，收听2182kHz 有无无线电话遇险报警信号，在标有红色 的时间段 内，要收听 500kHz 频率上有无无线电报遇险报警信号，以确保不漏听无线电遇险报警信号，从而最大限度地保证海上人命安全。

船舶报务钟不具有调节秒针的功能，它就是一个普通的时钟 ，无非表盘多了 4 个 提醒区域而 已。它不是无 线 电时钟。它的校对与船舶其他 的时钟一样 ，是 以航海天 文钟作为标准的 ，并没有特殊的校对要求。

随着GM DSS的全面实施，旧系统的静默时间已经完全取消 ，这种带有特殊标识的报务钟已经完全失去其应有 的作用 ，在船上难觅其踪影，只有在一些个别 旧船上才能发 现它 的存在。另外，船舶把无线电通信设备直接放到驾驶台，不再有传统意义上的报房 ，也没有报务钟或报房钟，更不用说调节了。因此用无线电时问信号来校对报务钟是一项不可能完成的任务。

现代的船舶电台设备 ，根据规范的要求，必须与 GPS 设备相连，通信设备内部的时间信号直接由 GPS 设备提供。同时设备内部有一个准确的机内时钟，即使 GPS 故障，也保持走时的准确性 ，等GPS 信号恢复后，设备 内部自行校对，根本不需要人工校对时间。同时必须清楚 ，机器内的时间信号不是来控制人们日常活动的，而是控制电台设备的通信过程的，因此，人工校对时间的精度也不能满足通信过程控制的需要，也就没有必要由人工来校对。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学