전파 시계

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전파 시계, 라디오 클럭(radio clock) 또는 전파 통제 시계(radio-controlled clock, RCC)는 종종 구어적으로(그리고 부정확하게) "원자 시계"라고 불리기도 하며, 원자 시계와 같은 시간 표준에 연결된 라디오 송신기가 송신하는 타임 코드에 자동으로 동기화되는 석영 시계 또는 손목시계의 일종이다. 이러한 시계는 많은 국가 또는 지역 시간 송신기와 같이 단일 송신기가 보내는 시간에 동기화될 수도 있고, 위성 항법 시스템에서 사용하는 여러 송신기를 이용할 수도 있다. 이러한 시스템은 시계를 자동으로 설정하거나 정확한 시간이 필요한 모든 목적에 사용될 수 있다. 전파 시계에는 알람 기능, 주변 온도 및 습도 표시, 방송 라디오 수신 등 시계에 사용할 수 있는 모든 기능이 포함될 수 있다.

일반적인 전파 시계는 지상파 장파 라디오 송신기가 전송하는 시간 신호를 사용하며, 이 송신기는 전파 통제 시계가 복조하여 표시할 수 있는 타임 코드를 방출한다. 전파 통제 시계는 라디오 신호가 일시적으로 사용할 수 없는 경우에도 시간을 유지하기 위해 정확한 시간 기준 발진기를 포함한다. 다른 전파 통제 시계는 단파 대역의 전용 송신기가 전송하는 시간 신호를 사용한다. 전용 시간 신호국을 사용하는 시스템은 수십 밀리초의 정확도를 달성할 수 있다.

GPS 위성 수신기는 위성 신호에서 정확한 시간 정보를 내부적으로 생성하기도 한다. 전용 GPS 타이밍 수신기는 1 마이크로초 미만의 정확도를 가지지만, 일반적인 또는 소비자 등급 GPS는 내부적으로 계산된 시간(1초보다 훨씬 정확함)과 화면에 표시되는 시간 사이에 최대 1초의 오프셋이 있을 수 있다.

다른 방송 서비스는 신호 내에 다양한 정확도의 시간 유지 정보를 포함할 수 있다. 모바일 앱을 통한 기본 기능 제어 시계부터 완전한 스마트워치에 이르는 블루투스 라디오 지원 시계는 연결된 휴대 전화로부터 시간 정보를 얻으므로, 시간 신호 방송을 수신할 필요가 없다.

단일 송신기
지상파 시보에 동기화되는 전파 시계는 일반적으로 전파의 전파의 불확실성과 변동성으로 인해 시간 표준에 대해 100분의 1초 이내의 정확도를 달성할 수 있다. 일부 시간 측정 기구, 특히 여행 시 데스크 시계보다 더 자주 사용될 수 있는 일부 카시오 웨이브 셉터와 같은 손목시계는 여러 지역에서 송신되는 여러 시보 중 하나에 동기화될 수 있다.

장파 및 단파 전송
전파 시계는 라디오 방송국에서 전송되는 코드화된 시간 신호에 의존한다. 방송국은 방송 주파수, 지리적 위치, 현재 시간을 식별하기 위해 신호가 변조되는 방식이 다양하다. 일반적으로 각 방송국은 자체적인 시간 코드 형식을 가지고 있다.

 시보 방송국 목록 

설명

다른 많은 국가에서도 이러한 신호를 수신할 수 있지만(JJY는 밤에 뉴질랜드, 서호주, 태즈메이니아, 동남아시아, 서유럽 일부 및 북미 태평양 북서부에서 때때로 수신될 수 있음), 성공 여부는 시간, 대기 조건 및 중간 건물로부터의 간섭에 따라 달라진다. 일반적으로 시계가 송신기를 향하는 창문 근처에 배치되면 수신이 더 좋다. 수신기에서 송신기까지 마다 약 의 전파 지연도 있다.

시계 수신기
여러 제조업체와 소매업체는 무선 방송국으로부터 코드화된 시간 신호를 수신하는 전파 시계를 판매하며, 이 방송국은 다시 실제 원자 시계로부터 시간을 얻는다.

최초의 전파 시계 중 하나는 1983년 말 히스킷에서 제공되었다. 이들의 모델 GC-1000 "가장 정확한 시계"는 포트콜린스에 있는 WWV 라디오 방송국에서 단파 시간 신호를 수신했다. 이는 낮과 연도에 따라 조건이 변함에 따라 가장 강한 신호를 찾기 위해 WWV의 5, 10, 15 MHz 주파수 사이를 자동으로 전환했다. 수신이 좋지 않은 기간 동안에는 석영 발진기로 시간을 유지했다. 이 발진기는 훈련되어, 마이크로프로세서 기반 시계는 WWV에서 수신된 매우 정확한 시간 신호를 사용하여 수정 발진기를 조정했다. 따라서 업데이트 간의 시간 유지는 수정 단독으로 달성할 수 있었던 것보다 훨씬 정확했다. 10분의 1초까지의 시간은 LED 디스플레이에 표시되었다. GC-1000은 원래 키트 형태로 US$250, 조립된 형태로 US$400에 판매되었으며, 당시에는 인상적인 것으로 간주되었다. 히스 컴퍼니는 이 디자인에 대해 특허 를 받았다.

1990년까지 독일 시계 제조업체 융한스의 엔지니어들은 이 기술을 소형화하여 디지털 손목시계 케이스에 맞추었다. 이듬해 아날로그 버전 융한스 메가가 출시되었다.

2000년대에 라디오 기반 "원자 시계"는 소매점에서 흔해졌고, 2010년 현재 많은 국가에서 가격은 약 US$15부터 시작한다. 시계에는 실내 온도계 및 기상관측소 기능과 같은 다른 기능이 있을 수 있다. 이들은 사용될 국가에 적합한 송신기가 전송하는 신호를 사용한다. 신호 강도에 따라 송신기까지 비교적 방해받지 않는 경로가 있는 위치에 배치해야 할 수 있으며, 시간을 성공적으로 업데이트하려면 적당히 좋은 대기 조건이 필요하다. 저가형 시계는 비훈련 쿼츠 시계로 업데이트 간 또는 업데이트가 없는 경우 시간을 추적하며, 이는 비무선 제어 석영 시간 측정 기구의 일반적인 정확도이다. 일부 시계에는 동기화가 최근 성공하지 못했을 때 사용자에게 가능한 부정확성을 알리는 지표가 포함되어 있다.

미국 국립표준기술연구소 (NIST)는 반올림하여 가장 가까운 초로 표시될 때 시간을 정확하게 유지하기 위해 전파 시계 무브먼트가 동기화 간에 ±0.5초 이내로 시간을 유지하도록 권장하는 지침을 발표했다. 이러한 무브먼트 중 일부는 하루에 여러 번 동기화하여 동기화 간에 ±0.2초 이내로 시간을 유지할 수 있다.

모바일 앱을 통한 기본 기능 제어 시계부터 완전한 스마트워치에 이르는 블루투스 라디오 지원 시계는 연결된 휴대 전화로부터 시간 정보를 얻으므로, 시간 신호 방송을 수신할 필요가 없다.

기타 방송

 기타 방송국에 부착 많은 국가의 방송국은 BBC 라디오 4 장파 서비스 198 kHz와 같이 표준 위상 및 주파수에 정확히 동기화된 반송파를 가지고 있으며, 일부는 라디오 프랑스 장파 송신기 162 kHz와 같이 가청 이하 또는 심지어 비가청 타임 코드 정보를 전송하기도 한다. 부착된 시간 신호 시스템은 일반적으로 가청음 또는 반송파의 위상 변조를 사용한다.

 문자 다중 방송 (TTX) 텔레비전 비디오에 내장된 디지털 텍스트 페이지도 정확한 시간을 제공한다. TTX 디코더가 있는 많은 최신 TV 및 VCR은 문자 다중 방송에서 정확한 시간을 얻어 내부 시계를 설정할 수 있다. 그러나 TTX 시간은 최대 5분까지 다를 수 있다.

많은 디지털 라디오 및 디지털 텔레비전 방식 또한 타임 코드 전송을 위한 조항을 포함한다.

 지상파 디지털 텔레비전 DVB 및 ATSC 표준에는 수신기로 시간 및 날짜 정보를 전송하는 2가지 패킷 유형이 있다. 디지털 텔레비전 시스템은 송신기 사이트(또는 네트워크)가 해당 수준의 기능을 지원하는 경우 GPS 스트라툼 2 정확도(단기 클록 훈련 포함) 및 스트라툼 1(장기 클록 훈련 포함)을 달성할 수 있다.

 VHF FM 라디오 데이터 시스템 (RDS) RDS는 100ms를 초과하지 않는 정확도로 서브 초 정밀도의 클록 신호를 보낼 수 있지만, 클록 스트라툼 표시는 없다. 모든 RDS 네트워크 또는 RDS를 사용하는 방송국이 정확한 시간 신호를 보내는 것은 아니다. 이 기술의 타임 스탬프 형식은 수정 줄리안 날짜(MJD)에 UTC 시간, UTC 분 및 현지 시간 오프셋을 더한 것이다.

 L-밴드 및 VHF 디지털 오디오 방송 DAB 시스템은 DRM(Digital Radio Mondiale)과 같거나 더 나은 정밀도의 시간 신호를 제공하지만, FM RDS와 마찬가지로 클록 스트라툼을 표시하지 않는다. DAB 시스템은 송신기 사이트(또는 네트워크)가 해당 수준의 기능을 지원하는 경우 GPS 스트라툼 2 정확도(단기 클록 훈련) 및 스트라툼 1(장기 클록 훈련)을 달성할 수 있다. 이 기술의 타임 스탬프 형식은 BCD이다.

 DRM (Digital Radio Mondiale) DRM은 클록 신호를 보낼 수 있지만, 항법 위성 클록 신호만큼 정확하지는 않다. 단파(또는 다중 홉 중파)를 통해 수신된 DRM 타임스탬프는 경로 지연으로 인해 최대 200ms까지 오차가 발생할 수 있다. 이 기술의 타임스탬프 형식은 BCD이다.

갤러리

여러 송신기
전파 시계 수신기는 여러 시간 소스를 결합하여 정확도를 향상시킬 수 있다. 이는 범지구 위성 항법 시스템과 같은 위성 항법 시스템, 갈릴레오, GLONASS에서 이루어진다. 위성 항법 시스템은 각 위성에 하나 이상의 세슘, 루비듐 또는 수소 메이저 원자 시계를 가지고 있으며, 지상의 시계 또는 시계에 참조된다. 전용 타이밍 수신기는 50 ns보다 더 정밀하게 로컬 시간 표준 역할을 할 수 있다. 육상 기반 무선 항법 시스템인 LORAN의 최근 부활과 강화는 또 다른 다중 소스 시간 분배 시스템을 제공할 것이다.

GPS 시계

많은 현대 전파 시계는 지상파 라디오 방송국에서 얻을 수 있는 것보다 더 정확한 시간을 제공하기 위해 범지구 위성 항법 시스템과 같은 위성 항법 시스템을 사용한다. 이러한 GPS 시계는 여러 위성 원자 시계의 시간 추정치와 지상국 네트워크에서 유지되는 오차 추정치를 결합한다. 전파 전파 및 전리층 확산 및 지연에 내재된 효과로 인해 GPS 타이밍은 여러 기간 동안 이러한 현상을 평균해야 한다. GPS 수신기는 시간을 직접 계산하거나 주파수를 직접 계산하지 않고, GPS를 사용하여 로우엔드 항법 수신기의 석영 결정에서부터 특수 장치의 오븐 제어 수정 발진기 (OCXO), 통신망 동기화에 사용되는 일부 수신기의 원자 발진기(루비듐)에 이르는 발진기를 훈련시킨다. 이러한 이유로 이러한 장치는 기술적으로 GPS-훈련 발진기라고 불린다.

항법이 아닌 시간 측정을 주 목적으로 하는 GPS 장치는 안테나 위치가 고정되어 있다고 가정하도록 설정할 수 있다. 이 모드에서 장치는 위치 고정값을 평균할 것이다. 약 하루 작동 후, 몇 미터 이내의 정확도로 자신의 위치를 알게 될 것이다. 위치를 평균화하면, 단 하나 또는 두 개의 위성으로부터 신호를 수신할 수 있는 경우에도 정확한 시간을 결정할 수 있다.

GPS 시계는 상업용 전력망의 전압 및 전류 동기 페이저 측정에 필요한 정확한 시간을 제공하여 시스템의 건전성을 결정한다.

천문학적 시간 기록
일차 항법 기능을 수행하는 모든 위성 항법 시스템 수신기는 초 단위의 작은 부분까지 정확한 내부 시간 기준을 가지고 있어야 하지만, 표시되는 시간은 내부 시계만큼 정확하지 않은 경우가 많다. 대부분의 저가형 항법 수신기는 멀티태스킹하는 하나의 CPU를 가지고 있다. CPU의 최우선 작업은 위성 잠금을 유지하는 것이지 디스플레이를 업데이트하는 것이 아니다. 항법 시스템용 멀티코어 CPU는 고급 제품에서만 찾아볼 수 있다.

정밀한 시간 기록을 위해서는 더 특화된 GPS 장치가 필요하다. 일부 아마추어 천문학자들, 특히 달이 별과 행성의 빛을 가리는 달 엄폐 현상을 관측하는 사람들은 대규모 연구 기관 외부에서 일하는 사람들이 사용할 수 있는 최고의 정밀도를 요구한다. 국제 엄폐 타이밍 협회 웹사이트에는 아마추어 천문학자를 위한 정밀 시간 기록에 대한 자세한 기술 정보가 있다.

일광 절약 시간제
위에 나열된 다양한 형식에는 송신기 본국의 일광 절약 시간제 (DST) 상태를 나타내는 플래그가 포함되어 있다. 이 신호는 일반적으로 시계에서 사용자의 기대에 맞게 표시 시간을 조정하는 데 사용된다.

 같이 보기 
 카시오 웨이브 셉터
 클록 네트워크
 말하는 시계
 표준 주파수 및 시간 신호 서비스
 NPL의 시보
 시간 및 주파수 전송
 북미 시간 동기화

 각주 

 외부 링크 

 IOTA 관측자 매뉴얼 국제 엄폐 타이밍 협회의 이 매뉴얼은 정확한 시간 측정 방법에 대한 매우 광범위한 세부 정보를 포함한다.
 NIST 웹사이트: WWVB 무선 제어 시계
 NTP 프로젝트 개발 웹사이트

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