WWV — это коротковолновая (« высокочастотная » или HF) радиостанция, расположенная недалеко от Форт-Коллинза, штат Колорадо . Она транслирует непрерывный сигнал времени с 1945 года и реализует государственные стандарты частоты США с передатчиками, работающими на частотах 2,5, 5, 10, 15 и 20 МГц . [1] WWV управляется Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) под надзором его Отдела времени и частоты, который является частью Лаборатории физических измерений NIST, расположенной в Гейтерсберге, штат Мэриленд . [2]
WWV была основана в 1919 году Бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, что делает ее одной из старейших непрерывно работающих радиостанций в Соединенных Штатах. [3] NIST отпраздновал столетие WWV 1 октября 2019 года. [4]
В 1931 году станция переехала на первый из трех участков в пригороде Мэриленда, прежде чем переехать в место около Форт-Коллинза в 1966 году. WWV делит этот участок с длинноволновой (также известной как « низкочастотная » или LF) станцией WWVB , которая передает несущую и временной код (без голоса) на частоте 60 кГц . NIST также управляет коротковолновой станцией WWVH на Кауаи , Гавайи . И WWV, и WWVH объявляют время суток каждую минуту по всемирному координированному времени и делают другие записанные объявления общего характера по часовому графику, включая статус спутниковой группировки Глобальной системы позиционирования (GPS). Поскольку они одновременно передают на тех же частотах, WWV использует мужской голос, чтобы отличаться от WWVH, которая использует женский голос.
С 1945 года WWV распространяет «официальное время США», предоставляемое государственными организациями NIST и Военно-морской обсерваторией США (USNO), чтобы гарантировать поддержание единого времени на всей территории США и во всем мире. WWV предоставляет общественную услугу, делая информацию о времени свободно доступной в любое время.
Сигналы времени, генерируемые WWV, позволяют устройствам для измерения времени, таким как радиоуправляемые часы и наручные часы, автоматически поддерживать точное время без необходимости ручной настройки. Эти сигналы времени используются коммерческими и институциональными интересами, где точное время играет жизненно важную роль в ежедневных операциях, включая судоходство, транспорт, технологии, исследования, образование, военную сферу, общественную безопасность и телекоммуникации . Это имеет особое значение в вещании, будь то коммерческие, общественные или частные интересы, такие как радиолюбители , которые используют передачи станции для проверки своего оборудования.
WWV вещает через шесть передатчиков, каждый из которых предназначен для одной частоты. Частоты передачи и сигналы времени WWV, WWVB и WWVH, а также четыре атомных (цезиевых) часа , из которых выводятся их сигналы времени, поддерживаются Отделом времени и частоты NIST, который находится в соседнем Боулдере, штат Колорадо . [2] Несущая частота WWVB поддерживается с точностью до 1 части из 10 14 и может использоваться в качестве опорной частоты. [5] [6] [7] Время вещания точно в пределах100 нс UTC [8] и20 нс национального стандарта времени. [5]
Передатчики для 2,5 МГц и 20 МГц имеют ERP 2,5 кВт, в то время как передатчики для трех других частот используют 10 кВт ERP. [9] Каждый передатчик имеет специальную антенну с высотой, соответствующей половине его длины волны , и всенаправленную диаграмму направленности сигнала. Верхняя половина каждой антенной вышки имеет излучающий элемент длиной в четверть волны, а нижняя половина использует девять растяжек , соединенных со средней точкой вышки и наклоненных один к одному от земли — с длиной √ 2/4 раз больше длины волны — как дополнительные излучающие элементы. [10]
Сигнал времени WWV можно получить по телефону, позвонив по номеру +1 (303) 499-7111 (WWV). Телефонные звонки ограничены 2 минутами, а сигнал задерживается в среднем на 30 миллисекунд из-за времени распространения сигнала по телефонной сети. [11]
.jpg/1280px-Portaphone_radio_receiver_(1920).jpg)
Самая ранняя официальная запись о существовании WWV содержится в выпуске Радиобюллетеня Министерства торговли от 1 октября 1919 года , где она была указана как новая «экспериментальная станция» [13], закрепленная за Бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, с произвольно выдаваемыми позывными WWV. [14] Однако были и более ранние сообщения о радиодемонстрациях Бюро, начиная с февраля предыдущего года. [15] [16] [17]
По состоянию на май 1920 года сообщалось, что Радиолаборатория Бюро проводила еженедельные пятничные вечерние концерты с 8:30 до 11:00, передавая данные на частоте 600 кГц. [18] В том же месяце Бюро продемонстрировало портативный радиоприемник, называемый «портафон», который, как говорили, был способен принимать транслируемые программы на расстоянии до 15 миль (24 км). [12] В газетной статье, опубликованной в августе следующего года, сообщалось, что еженедельные концерты можно было услышать на расстоянии до 100 миль (160 км) от Вашингтона. В ней также отмечалось, что «Бюро экспериментировало с беспроводной музыкой в течение нескольких месяцев и достигло такой продвинутой стадии развития, что дальнейшее расследование для них бесполезно, и они собираются прекратить концерты». [19] Тем не менее, станция продолжала время от времени выходить в эфир, и в январе 1921 года был объявлен новый рекорд дальности, когда слушатель в Чаттануге, штат Теннесси, сообщил, что слышал «джазовые волны, вырывающиеся из Бюро стандартов». [20]
15 декабря 1920 года WWV начала трансляцию «Ежедневных радиорыночных грамм» объемом 500 слов, подготовленных Бюро рынков США, на азбуке Морзе на частоте 750 кГц, которые, как сообщается, можно было услышать на расстоянии до 200 миль (320 км) от Вашингтона. [21] Однако 15 апреля 1921 года ответственность за сообщения была передана четырем станциям, управляемым почтовым департаментом, включая WWX в Вашингтоне, округ Колумбия [22]
В конце 1922 года цель WWV сместилась на трансляцию сигналов стандартной частоты. Это было важным подспорьем для вещательных и любительских станций, поскольку ограничения их оборудования в то время означали, что им было трудно оставаться на назначенных частотах. Испытания начались 29 января 1923 года. [23] Регулярные запланированные операции начались 6 марта 1923 года, состоящие из семи передающих частот в диапазоне от 550 до 1500 кГц (длины волн от 545 до 200 метров). [24] Частоты были точны до «лучше, чем три десятых процента». [25] Сначала передатчик приходилось вручную переключать с одной частоты на другую, используя волномер. Первые кварцевые резонаторы (которые стабилизировали генераторы, генерирующие частоту) были изобретены в середине 1920-х годов, и они значительно улучшили точность частотных передач WWV. [10]
В 1926 году WWV была почти закрыта. Ее сигнал мог покрывать только восточную часть Соединенных Штатов, а другие станции, расположенные в Миннеаполисе , Стэнфордском университете и Массачусетском технологическом институте , постепенно делали WWV ненужной. О предстоящем закрытии станции было объявлено в 1926 году, но ее спас поток протестов граждан, которые полагались на эту услугу. Позже, в 1931 году, WWV претерпела модернизацию. Ее передатчик, теперь напрямую управляемый кварцевым генератором, был перемещен в Колледж-Парк, штат Мэриленд . Трансляции начались на частоте 5 МГц. Год спустя станция снова была перемещена на земли Департамента сельского хозяйства в Белтсвилле, штат Мэриленд . [10] Трансляции были добавлены на частотах 10 и 15 МГц, мощность была увеличена, а сигналы времени, тон A440 и отчеты об ионосфере были добавлены в трансляцию в июне 1937 года. [10]
WWV была почти уничтожена пожаром 6 ноября 1940 года. Частота и передающее оборудование были восстановлены, и станция снова вышла в эфир (с уменьшенной мощностью) 11 ноября. Конгресс профинансировал новую станцию в июле 1941 года, и она была построена в 5 километрах (3,1 мили) к югу от прежнего местоположения, по-прежнему именуемого Белтсвиллем (хотя в 1961 году название, используемое для местоположения передатчика, было изменено на Гринбелт, Мэриленд ). [10] WWV возобновила нормальное вещание на 2,5, 5, 10 и 15 МГц 1 августа 1943 года. [23]
Начиная с 1913 года основной официальной станцией времени, вещающей на востоке США, была NAA ВМС в Арлингтоне, штат Вирджиния. NAA была выведена из эксплуатации в 1941 году. WWV начала транслировать секундные импульсы в 1937 году, но они изначально не были синхронизированы с фактическим временем. В июне 1944 года Военно-морская обсерватория США разрешила WWV использовать часы USNO в качестве источника своих сигналов времени. Более года спустя, в октябре 1945 года, WWV транслировала объявления времени азбукой Морзе каждые пять минут. Голосовые объявления начались 1 января 1950 года и транслировались каждые пять минут. Звуковые частоты 600 Гц и 440 Гц использовались в течение чередующихся минут. К этому времени WWV вещала на частотах 2,5, 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 МГц. Вещание на частотах 30 и 35 МГц прекратилось в 1953 году. [10]
Двоично -десятичный код времени начал тестироваться в 1960 году и стал постоянным в 1961 году. Этот «код времени НАСА» был модулирован на звуковой тон 1000 Гц на частоте 100 Гц, звучащий как монотонное повторяющееся «баага-бонг». [10] Код также был описан как звучащий как «жужжащая пила». 1 июля 1971 года трансляция кода времени была изменена на поднесущую 100 Гц , которая неслышна при использовании обычного радио (но может быть услышана с помощью наушников или записана с помощью самописца ) . [26]
WWV переехала в место около Форт-Коллинза 1 декабря 1966 года, [27] что позволило улучшить прием ее сигнала по всей континентальной части Соединенных Штатов. WWVB подписала контракт в этом месте тремя годами ранее. В апреле 1967 года WWV прекратила использовать местное время передатчика ( восточное время до 1966 года и горное время после этого) и перешла на вещание по Гринвичскому времени или GMT. Станция снова перешла на Всемирное координированное время (UTC) в 1974 году. [10]
Вещание на частотах 20 и 25 МГц было прекращено в 1977 году, но вещание на частоте 20 МГц было возобновлено в следующем году. [10] Начиная с 4 апреля 2014 года сигнал на частоте 25 МГц снова появился в эфире в «экспериментальном» режиме. [28]
Голос, используемый на WWV, принадлежал профессиональному вещателю Дону Эллиотту Хилду до 13 августа 1991 года, когда смена оборудования потребовала перезаписать голос другого профессионального вещателя, Джона Дойла, но вскоре был переключен на голос утреннего ведущего KSFO Ли Роджерса. С тех пор голос Джона Дойла был возвращен в трансляцию. [29] [30]
WWV, наряду с WWVB и WWVH, была рекомендована к прекращению финансирования и ликвидации в бюджетной заявке NIST на 2019 финансовый год. [31] Однако окончательный бюджет NIST на 2019 год сохранил финансирование для трех станций. [32]
Сигнал WWV на частоте 20 МГц использовался в 1958 году для уникальной цели: отследить распад российского спутника Спутник-1 после отказа бортовой электроники аппарата. Джон Д. Краус , профессор Университета штата Огайо , знал, что метеор, входящий в верхние слои атмосферы, оставляет после себя небольшое количество ионизированного воздуха. Этот воздух отражает случайный радиосигнал обратно на Землю, усиливая сигнал на поверхности на несколько секунд. Этот эффект известен как рассеивание метеоров . Краус предположил, что то, что осталось от Спутника, будет демонстрировать тот же эффект, но в большем масштабе. Его предсказание оказалось верным; сигнал WWV был заметно усилен на время более минуты. Усиление происходило с направления и в то время суток, которые совпадали с прогнозами траекторий последних орбит Спутника. Используя эту информацию, Краус смог составить полную временную шкалу распада Спутника. В частности, он заметил, что спутники не падают как единое целое; Вместо этого космический корабль распался на составные части по мере приближения к Земле. [33] [34]
В дополнение к стандартным несущим частотам, WWV переносит дополнительную информацию, используя стандартную двухполосную амплитудную модуляцию . Передачи WWV следуют регулярному шаблону, повторяющемуся каждую минуту. Они координируются с родственной станцией WWVH, чтобы ограничить помехи между ними. Поскольку они очень похожи, обе описаны здесь.
WWV передает дату и точное время следующим образом:
В обоих случаях передаваемое время указывается по всемирному координированному времени (UTC).
WWV передает аудио «тики» раз в секунду, чтобы обеспечить точную ручную синхронизацию часов. Эти тики всегда передаются, даже во время голосовых объявлений и периодов молчания. Каждый тик начинается с секунды, длится 5 мс и состоит из 5 циклов синусоиды частотой 1000 Гц. Чтобы сделать тик более заметным, все остальные сигналы подавляются на 40 мс, с 10 мс до секунды до 30 мс после (25 мс после тика). В качестве исключения тик (и интервал молчания) не передается в 29 или 59 секунд после минуты. В случае високосной секунды тик не передается и в течение 60-й секунды минуты. [36]
В минуту тиканье продлевается до длинного звукового сигнала в 0,8 секунды, за которым следует тишина в 0,2 секунды. В час этот минутный импульс передается на частоте 1500 Гц, а не 1000 Гц. Начало тона соответствует началу минуты. [37]
Между секундами один и шестнадцать включительно после минуты текущая разница между UTC и UT1 передается путем удвоения некоторых тиков, идущих один раз в секунду, путем передачи второго тика через 100 мс после первого. (Второй тик вытесняет другие передачи, но не получает зону молчания. [36] ) Абсолютное значение этой разницы в десятых долях секунды определяется количеством удвоенных тиков. Знак определяется позицией; если удвоенные тики начинаются со второго, UT1 опережает UTC; если они начинаются со второго, UT1 отстает от UTC. [37]
WWVH передает похожие тики по 5 мс, но они отправляются как 6 циклов по 1200 Гц. Минутный сигнал также имеет частоту 1200 Гц, за исключением часового, когда он составляет 1500 Гц.
Тики и минутные тоны передаются со 100% модуляцией (-3 дБн для обеих боковых полос). [9]
Голосовые объявления времени суток производятся в конце каждой минуты, указывая время следующего минутного сигнала. Формат голосового объявления: "В тон, X час(ов), Y минут(ы), Всемирное координированное время". Объявление мужским голосом и начинается за 7,5 секунд до минутного сигнала.
WWVH делает аналогичное объявление времени, начиная за 15 секунд до минутного сигнала, женским голосом.
Когда голосовые объявления были впервые введены, они были сформулированы следующим образом: «Национальное бюро стандартов, WWV; когда тон возвращается, восточное стандартное время [время в 12-часовом формате, например, четыре десять вечера]» [38] с последующим 4-значным GMT, отправленным кодом Морзе. После перехода на GMT в 1967 году объявление изменилось на «Национальное бюро стандартов, WWV, Форт-Коллинз, Колорадо; следующий тон начинается в X часов, Y минут(ы), среднее время по Гринвичу». [39] Однако этот формат просуществовал недолго. Объявление было снова изменено на текущий формат в 1971 году. «В тон, X часов, Y минут(ы), среднее время по Гринвичу». Название «Среднее время по Гринвичу» было изменено на «Всемирное координированное время» в 1974 году. [40]
Голосовые оповещения о времени передаются с модуляцией 75% (−1,25 дБн), т. е . несущая варьируется от 25% до 175% от номинальной мощности. [9]
WWV передает 44-секундные официальные объявления от различных правительственных департаментов (вместо стандартных частотных тонов) по часовому графику: [37]
Далее следуют солнечно-земные индексы на 23 мая. Солнечный поток 73 и предполагаемый планетарный индекс А 9. Предполагаемый планетарный индекс К в 09:00 UTC 24 мая был 1. Никаких космических погодных бурь не наблюдалось в течение последних 24 часов. Никаких космических погодных бурь не прогнозируется в течение следующих 24 часов." [44]
Дополнительные временные интервалы обычно передаются как стандартный частотный тон, но при необходимости могут быть заменены голосовыми сообщениями:
WWVH передает ту же информацию по другому графику. Голосовые объявления WWV и WWVH синхронизированы, чтобы избежать перекрестных помех; WWV транслирует мертвый эфир , когда WWVH транслирует голосовые объявления, и наоборот.
Ранее транслировавшиеся на WWV, но теперь прекращенные, объявления включают в себя:
WWV идентифицирует себя дважды в час, в 0 и 30 минут каждого часа. Текст идентификации следующий:
Время Национального института стандартов и технологий: это радиостанция WWV, Форт-Коллинз, Колорадо, вещающая на международных стандартных несущих частотах 2,5, 5, 10, 15 и 20 мегагерц, предоставляющая время суток, стандартный временной интервал и другую связанную информацию. Запросы относительно этих передач можно направлять в Национальный институт стандартов и технологий, радиостанция WWV, 2000 East County Road 58, Форт-Коллинз, Колорадо, 80524.
WWV принимает отчеты о приеме, отправленные на адрес, указанный в идентификаторе станции, и отвечает QSL-карточками .
WWV и WWVH передают 44 секунды аудиотонов в течение большинства минут. Они начинаются после 1-секундной отметки минуты и продолжаются до начала объявления времени WWVH через 45 секунд после минуты.
Четные минуты (кроме минуты 2) передают 500 Гц, а 600 Гц слышно в течение нечетных минут. Тон прерывается на 40 мс каждую секунду секундными тиками. WWVH похож, но меняет два тона местами. Это облегчает различение двух станций; два тона находятся в противоположном расположении между каждой станцией в течение 10 миллисекунд.
WWV также передает тон 440 Гц, высоту тона, обычно используемую в музыке ( A440 , музыкальная нота A выше средней C ) в течение 2-й минуты каждого часа, за исключением первого часа дня UTC. Поскольку тон 440 Гц передается только один раз в час, многие самописцы могут использовать этот тон для обозначения каждого часа дня, и, аналогично, пропуск тона 440 Гц один раз в день может использоваться для обозначения каждого двадцатичетырехчасового периода. WWVH передает тот же тон в течение 1-й минуты каждого часа.
Во время голосовых объявлений от WWV или WWVH тон не передается; последний заставляет WWV не передавать тон в течение минут с 43 по 51 (включительно) и минут 29 и 59 каждого часа. [37] Аналогично, WWVH не передает тон в течение минут 0, 8, 9, 10, 14 по 19 и 30.
Аудиосигналы и другие голосовые сообщения передаются с 50% модуляцией (−3 дБн). [9]
Время суток также непрерывно передается с использованием цифрового временного кода , интерпретируемого радиоуправляемыми часами . Временной код использует поднесущую 100 Гц основного сигнала. То есть, это дополнительный низкоуровневый тон 100 Гц, добавленный к другим аудиосигналам AM.
Этот код похож на временной код IRIG H и временной код, который передает WWVB , и имеет ту же структуру, за исключением того, что отдельные поля кода переставлены и передаются с наименее значимым битом, отправленным первым. Как и в случае временного кода IRIG, передаваемое время является временем начала минуты. Также как и в случае временного кода IRIG, числовые данные (минута, час, день года и последние две цифры года) отправляются в двоично-десятичном формате (BCD), а не как простые двоичные целые числа: каждая десятичная цифра отправляется как два, три или четыре бита (в зависимости от ее возможного диапазона значений).
Поднесущая 100 Гц передается на уровне −15 дБн (18% модуляции), начиная с 30 мс от начала секунды (первые 30 мс зарезервированы для секундного тика), а затем уменьшается на 15 дБ (до −30 дБн, 3% модуляции) в один из трех моментов в течение секунды. Длительность поднесущей с высокой амплитудой 100 Гц кодирует бит данных 0, бит данных 1 или «маркер» следующим образом:
Один бит или маркер отправляется таким образом в каждую секунду каждой минуты, кроме первой (секунды :00). Первая секунда каждой минуты зарезервирована для минутного маркера, описанного ранее.
На диаграмме выше красные и желтые полосы указывают на наличие поднесущей 100 Гц, причем желтый представляет поднесущую с большей силой (−15 дБ относительно 100% модуляции), а красный — поднесущую с меньшей силой (−30 дБ относительно 100% модуляции). Самые широкие желтые полосы представляют маркеры, самые узкие представляют биты данных со значением 0, а те, что имеют среднюю ширину, представляют биты данных со значением 1.
Передача полного временного кода занимает одну минуту. Большинство битов кодируют время UTC, день года, год столетия и поправку UT1 до ±0,7 с.
Как и в коде времени WWVB, передаются только десятки и единицы года ; в отличие от кода времени WWVB, нет прямого указания на високосный год. Таким образом, приемники, предполагающие, что год 00 является високосным (верно для 2000 года), будут неверны в 2100 году. С другой стороны, приемники, предполагающие, что год 00 не является високосным, будут верны для 2001 по 2399 год.
В таблице ниже показана интерпретация каждого бита, при этом столбец «Ex» содержит значения из примера выше.
В показанном примере закодирован 86-й день (27 марта) 2009 года в 21:30:00 UTC. DUT1 равен +0,3, поэтому UT1 равен 21:30:00,3. Летнее время не действовало в предыдущие 00:00 UTC (DST1=0) и не будет действовать в следующие 00:00 UTC (DST2=0). Високосная секунда не запланирована (LSW=0). День года обычно длится с 1 (1 января) по 365 (31 декабря), но в високосные годы 31 декабря будет днем 366, а день 86 будет 26 марта вместо 27 марта.
Временной код содержит три бита, объявляющих об изменении летнего времени (DST) и приближающихся дополнительных секундах .
Если биты DST1 и DST2 различаются, то DST меняется в течение текущего дня UTC в следующие 02:00 по местному времени. До следующих 02:00 по местному времени после этого биты будут одинаковыми. Каждое изменение битов DST происходит в 00:00 UTC и поэтому будет впервые получено в материковой части США между 16:00 (PST) и 20:00 (EDT), в зависимости от местного часового пояса и от того, начинается или заканчивается DST. Поэтому приемник в Восточном часовом поясе (UTC−5) должен правильно получить указание «DST is changing» в течение семи часов до начала DST и шести часов до окончания DST, если он должен изменить отображение местного времени в правильное время. Приемники в Центральном, Горном и Тихоокеанском часовых поясах имеют еще один, два и три часа предварительного уведомления соответственно.
Во время високосной секунды в коде времени передается двоичный ноль; [47] в этом случае минуте не будет предшествовать маркер.
Стабильность шкалы времени теперь позволяет поддерживать станционное время в пределах ±0,02 мкс (20 нс) от национального стандарта времени в Боулдере и согласовываться в пределах
1 × 10 −14 по частоте.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite AV media}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Время поддерживается с точностью менее 0,0001 миллисекунды от всемирного координированного времени (UTC)
сокращение] 6,3 млн долларов на поддержку распространения фундаментальных измерений, включая закрытие радиостанций NIST в Колорадо и на Гавайях.
40°40′47″с.ш. 105°2′33″з.д. / 40,67972°с.ш. 105,04250°з.д. / 40,67972; -105,04250
