WWV — коротковолновая (« высокочастотная » или HF) радиостанция, расположенная недалеко от Форт-Коллинза, штат Колорадо . Он передает непрерывный временной сигнал с 1945 года и соответствует государственным стандартам 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 контролем его отдела времени и частоты, который является частью Лаборатории физических измерений NIST, расположенной в Гейтерсбурге, штат Мэриленд . [2]
WWV была основана в 1919 году Бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, что сделало ее одной из старейших постоянно действующих радиостанций в Соединенных Штатах. [3] НИСТ отпраздновал столетие WWV 1 октября 2019 года. [4]
В 1931 году станция переехала в первую из трех пригородных станций Мэриленда, а в 1966 году переехала в место недалеко от Форт-Коллинза. WWV делит это место с длинноволновой (также известной как « низкочастотная » или LF) станция 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 всемирного координированного времени и делают другие записанные объявления, представляющие общий интерес, по часовому графику, включая состояние спутниковой группировки Глобальной системы позиционирования (GPS). Поскольку они одновременно передают на одних и тех же частотах, WWV использует мужской голос, чтобы отличаться от WWVH, который использует женский голос.
С 1945 года WWV распространяет «официальное время США», предоставленное государственными организациями NIST и Военно-морской обсерваторией США (USNO), чтобы гарантировать единообразие времени на всей территории Соединенных Штатов и во всем мире. WWV предоставляет общедоступную услугу, предоставляя информацию о времени бесплатно и в любое время.
Сигналы времени, генерируемые WWV, позволяют устройствам для измерения времени, таким как радиоуправляемые 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 повседневных операциях, включая судоходство, транспорт, технологии, исследования, образование, военные силы, общественную безопасность и телекоммуникации . Это имеет особое значение в радиовещании, будь то коммерческие, общественные или частные интересы, например, радиолюбители , которые используют передачи станции для проверки своего оборудования.
WWV вещает через шесть передатчиков, каждый из которых работает на одной частоте. Частоты передачи и сигналы времени WWV, WWVB и WWVH, а также четыре атомных (цезиевых) часа, из которых получены их сигналы времени, поддерживаются Отделом времени и частот NIST, который базируется 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 трансляции указано с точностью до100 нс UTC [8] и20 нс национального стандарта времени. [5]
Передатчики на 2,5 МГц и 20 МГц имеют ERP 2,5 кВт, а передатчики на трех других частотах используют ERP 10 кВт. [9] Каждый передатчик имеет специальную антенну высотой, соответствующей половине его длины волны , и всенаправленную диаграмму направленности сигнала. Верхняя половина каждой антенной башни имеет четвертьволновой излучающий элемент, а нижняя половина использует девять оттяжек , соединенных с средней точкой башни и наклоненных один к одному от земли, длиной .√ 2/4 раз больше длины волны — в качестве дополнительных излучающих элементов. [10]
Сигнал времени WWV можно узнать по телефону +1 (303) 499-7111 (WWV). Телефонные звонки ограничены 2 минутами, а сигнал задерживается в среднем на 30 миллисекунд из-за времени распространения телефонной сети. [11]
.jpg/1280px-Portaphone_radio_receiver_(1920).jpg)
Самая ранняя официальная запись о существовании WWV содержится в выпуске Бюллетеня радиослужбы 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 случайно выданные позывные WWV. [14] Однако были и более ранние сообщения о радиодемонстрациях Бюро, начиная с февраля прошлого года. [15] [16] [17]
Сообщалось, что по состоянию на май 1920 года Радиолаборатория Бюро проводила еженедельные пятничные вечерние концерты с 8:30 до 11:00, передавая на частоте 600 кГц. [18] В том же месяце Бюро продемонстрировало портативный радиоприемник, названный «портафон», который, как утверждается, был способен принимать радиовещательные программы на расстоянии до 15 миль (24 км). [12] В газетной статье, опубликованной в августе следующего года, сообщалось, что еженедельные концерты можно услышать на расстоянии до 100 миль (160 км) от Вашингтона. В нем 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] Однако станция продолжала время от времени вести передачи, и в январе 1921 года был объявлен новый рекорд дальности, когда слушатель в Чаттануге, штат Теннесси, сообщил, что слышал «джазовые волны, доносящиеся из Бюро стандартов». [20]
15 декабря 1920 года WWV начала трансляцию «Ежедневных радиомаркетграмм» из 500 слов, подготовленных Бюро рынков США, кодом 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 отчеты была передана четырем станциям почтового отделения, включая WWX в Вашингтоне, округ Колумбия [22]
В конце 1922 года цель WWV сместилась к передаче сигналов стандартной частоты. Они были важным подспорьем для радиовещательных и любительских станций, поскольку ограничения их оборудования в то время означали, что им было трудно оставаться на назначенных им частотах. Испытания начались 29 января 1923 года. [23] Регулярные плановые операции начались 6 марта 1923 года и включали семь частот передачи в диапазоне от 550 до 1500 кГц (длины волн от 545 до 200 метров). [24] Точность частот была «лучше трех десятых процента». [25] Сначала передатчик приходилось вручную переключать с одной частоты на другую, используя волномер. Первые кварцевые резонаторы (которые стабилизировали частоту генерирующих генераторов) были изобретены в середине 1920-х годов и значительно повысили точность частотного вещания WWV. [10]
В 1926 году WWV едва не закрылась. Его сигнал мог охватывать только восточную половину 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 его спас поток протестов граждан, которые полагались на эту услугу. Позже, в 1931 году, WWV подверглась модернизации. Его передатчик, теперь напрямую управляемый кварцевым генератором, был перенесен в Колледж-Парк, штат Мэриленд . Вещание началось на частоте 5 МГц. Год спустя станция снова была перенесена на территорию Министерства сельского хозяйства в Белтсвилле, штат Мэриленд . [10] В июне 1937 года к трансляции были добавлены передачи на частотах 10 и 15 МГц, мощность была увеличена, а к трансляции были добавлены сигналы времени, тон A440 и отчеты об ионосфере . [10]
WWV была почти уничтожена пожаром 6 ноября 1940 года. Частота и передающее оборудование были восстановлены, и 11 ноября станция вернулась в эфир (с пониженной мощностью). Конгресс профинансировал новую станцию в июле 1941 года, и она была построен в 5 км (3,1 мили) к югу от прежнего места, до сих пор называемого Белтсвиллем (хотя в 1961 году название, используемое для местоположения передатчика, было изменено на Гринбелт, штат Мэриленд ). [10] WWV возобновила нормальное вещание на частотах 2,5, 5, 10 и 15 МГц 1 августа 1943 года. [23]
Начиная с 1913 года основной официальной станцией, вещающей на востоке Соединенных Штатов, была NAA ВМФ в Арлингтоне, штат Вирджиния. NAA была выведена из эксплуатации в 1941 году. WWV начала транслировать вторые импульсы в 1937 году, но изначально они не были синхронизированы с реальным временем. В июне 1944 года Военно-морская обсерватория США разрешила WWV использовать часы USNO в качестве источника сигналов времени. Год спустя, в октябре 1945 года, WWV каждые пять минут транслировала объявления времени по коду Морзе . 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 закончилось в 1953 году. [10]
Двоично -десятичный временной код начал тестироваться в 1960 году и стал постоянным в 1961 году. Этот «временной код НАСА» модулировался звуковым тоном частотой 1000 Гц с частотой 100 Гц, звучащим чем-то вроде монотонного повторяющегося «баага-бонга». [10] Кодекс также был описан как похожий на «циркулярную пилу». 1 июля 1971 года временной код трансляции был изменен на поднесущую 100 Гц , которую невозможно услышать при использовании обычного радио (но ее можно услышать в наушниках или записать с помощью самописца ) . [26]
1 декабря 1966 года WWV переехала в место недалеко от Форт-Коллинза, [27] что позволило улучшить прием ее сигнала на всей континентальной территории Соединенных Штатов. WWVB подписал контракт в этом месте тремя годами ранее. В апреле 1967 года WWV прекратила использовать местное время передатчика ( восточное время до 1966 года, а затем горное время ) и переключилась на вещание по среднему времени по Гринвичу или GMT. В 1974 году станция снова перешла на всемирное координированное время (UTC). [10]
Вещание на частотах 20 и 25 МГц было прекращено в 1977 году, но вещание на частоте 20 МГц было восстановлено в следующем году. [10] С 4 апреля 2014 года сигнал 25 МГц снова появился в эфире в «экспериментальном» режиме. [28]
На WWV использовался голос профессионального телеведущего Дона Эллиотта Хилда до 13 августа 1991 года, когда для замены оборудования потребовалась перезапись голоса другого профессионального телеведущего, Джона Дойла, но вскоре он был переключен на голос утреннего ведущего KSFO Ли Роджерса. С тех пор в эфир вернулся голос Джона Дойла. [29] [30]
WWV, наряду с WWVB и WWVH, было рекомендовано к прекращению финансирования и ликвидации в бюджетном запросе NIST на 2019 финансовый год. [31] Однако в окончательном бюджете NIST на 2019 год было сохранено финансирование трех станций. [32]
Сигнал WWV частотой 20 МГц использовался в 1958 году с уникальной целью: отследить распад российского спутника «Спутник-1» после отказа бортовой электроники корабля. Джон Д. Краус , профессор Университета штата Огайо , знал, что метеор, попадающий в верхние слои атмосферы, оставляет за собой небольшое количество ионизированного воздуха. Этот воздух отражает паразитный радиосигнал обратно на Землю, усиливая сигнал на поверхности на несколько секунд. Этот эффект известен как рассеяние метеоров . Краус полагал, что то, что осталось от Спутника, проявит тот же эффект, но в большем масштабе. Его предсказание оказалось верным; Сигнал WWV был заметно усилен на время, продолжавшееся более минуты. Усиление произошло с направления и в то время суток, которые соответствовали предсказаниям траекторий последних орбит спутника. Используя эту информацию, Краус смог составить полную хронологию 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]
Помимо стандартных несущих частот, WWV несет дополнительную информацию, используя стандартную двухполосную амплитудную модуляцию . Передачи WWV следуют регулярному шаблону, повторяющемуся каждую минуту. Они координируются с дочерней станцией WWVH, чтобы ограничить помехи между ними. Поскольку они очень похожи, здесь описаны оба.
WWV передает дату и точное время следующим образом:
В обоих случаях передаваемое время указывается во всемирном координированном времени (UTC).
WWV передает звуковые «тики» один раз в секунду, чтобы обеспечить точную ручную синхронизацию часов. Эти тики передаются всегда, даже во время голосовых объявлений и периодов молчания. Каждый тик начинается со секунды, длится 5 мс и состоит из 5 циклов синусоидального сигнала частотой 1000 Гц. Чтобы тик выделялся сильнее, все остальные сигналы подавляются на 40 мс, от 10 мс до второго и до 30 мс после (25 мс после тика). В виде исключения тик (и интервал молчания) не передается через 29 или 59 секунд после минуты. В случае дополнительной секунды тик также не передается в течение 60-й секунды. [36]
Каждую минуту тик увеличивается до звукового сигнала длиной 0,8 секунды, за которым следует 0,2 секунды тишины. В час этот минутный пульс передается с частотой 1500 Гц, а не 1000 Гц. Начало тона соответствует началу минуты. [37]
Между первой и шестнадцатой секундами после минуты текущая разница между UTC и UT1 передается путем удвоения некоторых тактов, повторяющихся один раз в секунду, с передачей второго тика через 100 мс после первого. (Второй тик вытесняет другие передачи, но не получает зоны молчания. [36] ) Абсолютное значение этой разницы в десятых долях секунды определяется количеством удвоенных тиков. Знак определяется положением; если удвоенные тики начинаются со второго, UT1 опережает UTC; если они начинаются со второй девятки, UT1 отстает от UTC. [37]
WWVH передает аналогичные такты длительностью 5 мс, но они отправляются как 6 циклов по 1200 Гц. Минутный сигнал также имеет частоту 1200 Гц, за исключением часа, 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, сообщая время следующего минутного звукового сигнала. Формат голосового объявления: «По сигналу, X часов, Y минут, всемирное координированное время». Объявление произносится мужским голосом и начинается за 7,5 секунд до минутного сигнала.
WWVH делает такое же объявление времени, начиная за 15 секунд до минутного сигнала, женским голосом.
Когда голосовые объявления были впервые введены, они были сформулированы так: «Национальное бюро стандартов, WWV; когда сигнал возвращается, восточное стандартное время — это [время в 12-часовом формате, например, четыре десять вечера]» [38] , за которым следует 4-часовое время. цифра GMT передается азбукой Морзе. После перехода на GMT в 1967 году объявление изменилось на «Национальное бюро стандартов, WWV, Форт-Коллинз, Колорадо; следующий звуковой сигнал начинается в X часов Y минут по среднему времени по Гринвичу». [39] Однако этот формат просуществует недолго. В 1971 году объявление было снова изменено на нынешний формат : «По сигналу, X час (ы), Y минута (ы), среднее время по Гринвичу». Название «Среднее время по Гринвичу» было изменено на «Всемирное координированное время» в 1974 году. [40]
Объявления о речевом времени передаются с модуляцией 75 % (-1,25 дБн), т. е . несущая варьируется от 25 % до 175 % номинальной мощности. [9]
WWV передает 44-секундные официальные объявления от различных правительственных ведомств (вместо тонов стандартной частоты) по часовому графику: [37]
Далее следуют солнечно-земные индексы за 23 мая. Солнечный поток 73 и расчетный планетарный А-индекс 9. Расчетный планетарный К-индекс в 09:00 UTC 24 мая составлял 1. За последние 24 часа штормов космической погоды не наблюдалось. В ближайшие 24 часа штормов космической погоды не прогнозируется». [44]
Дополнительные временные интервалы обычно передаются в виде стандартного частотного тона, но при необходимости могут быть вытеснены голосовыми сообщениями:
WWVH передает ту же информацию по другому расписанию. Голосовые объявления WWV и WWVH рассчитаны так, чтобы избежать перекрестных помех; WWV транслирует мертвый эфир, когда WWVH транслирует голосовые объявления, и наоборот.
Объявления, которые раньше публиковались WWV, но теперь прекращены, включают:
WWV идентифицирует себя дважды каждый час, в 0 и 30 минут часа. Текст удостоверения следующий:
Время Национального института стандартов и технологий: это радиостанция WWV, Форт-Коллинз, штат Колорадо, вещающая на международно выделенных стандартных несущих частотах 2,5, 5, 10, 15 и 20 мегагерц, предоставляющая время суток, стандартный временной интервал и другие связанные данные. информация. С запросами относительно этих передач можно обращаться в Национальный институт стандартов и технологий, радиостанция WWV, 2000 East County Road 58, Fort Collins, Colorado, 80524.
WWV принимает отчеты о приеме, отправленные на адрес, указанный в идентификаторе станции, и отвечает QSL-карточками .
WWV и WWVH передают 44 секунды звуковых сигналов в течение большинства минут. Они начинаются после отметки 1 секунды и продолжаются до начала объявления времени WWVH через 45 секунд после минуты.
Минуты с четными номерами (кроме минуты 2) передают частоту 500 Гц, а минуты с нечетными номерами слышны с частотой 600 Гц. Звуковой сигнал прерывается на 40 мс каждую секунду вторыми тиками. WWVH аналогичен, но два тона заменены местами. Это облегчает различие между двумя станциями; два тона находятся в противоположном расположении между каждой станцией в течение 10 миллисекунд.
WWV также передает тон 440 Гц, высоту, обычно используемую в музыке ( A440 , музыкальная нота A выше средней C ) в течение второй 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 отметки каждого часа дня, и аналогичным образом пропуск тона 440 Гц один раз в день может использоваться для отметки каждых двадцати часов. четырехчасовой период. WWVH передает один и тот же сигнал в течение первой минуты каждого часа.
Во время голосовых объявлений WWV или WWVH не передается тональный сигнал; последнее приводит к тому, что WWV не передает тональный сигнал в течение минут с 43 по 51 (включительно), а также минут 29 и 59 каждого часа. [37] Аналогично, WWVH не передает тональный сигнал в течение минут 0, 8, 9, 10, 14–19 и 30.
Звуковые сигналы и другие голосовые объявления передаются с модуляцией 50 % (-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, добавляемый к другим аудиосигналам AM.
Этот код аналогичен временному коду IRIG H и временному коду, который передает WWVB , и имеет ту же структуру, за исключением того, что отдельные поля кода переставляются и передаются с отправкой младшего бита первым. Как и тайм-код IRIG, передаваемое время представляет собой время начала минуты. Также, как и временной код IRIG, числовые данные (минуты, часы, день года и последние две цифры года) передаются в двоично-десятичном формате (BCD), а не в виде простых двоичных целых чисел: каждая десятичная цифра отправляется как два, три или четыре бита (в зависимости от возможного диапазона значений).
Поднесущая 100 Гц передается с уровнем -15 дБн (модуляция 18%), начиная с 30 мс от начала секунды (первые 30 мс зарезервированы для секунды), а затем уменьшается на 15 дБ (до -30 дБн, 3% модуляция) в один из трех раз в течение второго. 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 каждую секунду каждой минуты, кроме первой (вторая: 00). Первая секунда каждой минуты зарезервирована для минутного маркера, описанного ранее.
На приведенной выше диаграмме красные и желтые полосы обозначают наличие поднесущей 100 Гц, причем желтый цвет представляет поднесущую с более высокой интенсивностью (-15 дБ относительно 100% модуляции), а красный - поднесущую с более низкой интенсивностью (-30 дБ соответствует 100% модуляции). модуляция). Самые широкие желтые полосы представляют собой маркеры, самые узкие представляют биты данных со значением 0, а полосы промежуточной ширины представляют биты данных со значением 1.
Для передачи полного тайм-кода требуется одна минута. Большинство битов кодируют время UTC, день года, год столетия и поправку UT1 до ±0,7 с.
Как и временной код WWVB, передаются только десятки и единицы года ; в отличие от временного кода WWVB, здесь нет прямого указания на високосный год. Таким образом, получатели, предполагающие, что год 00 является високосным (верно для 2000 года), будут неправильными для 2100 года. С другой стороны, получатели, которые предполагают, что год 00 не является високосным годом, будут правильными для годов с 2001 по 2399.
В таблице ниже показана интерпретация каждого бита, причем в столбце «Ex» указаны значения из приведенного выше примера.
В показанном примере кодируется день 86 (27 марта) 2009 года, 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). Дополнительная секунда не запланирована (LSW=0). День года обычно длится с 1 (1 января) по 365 (31 декабря), но в високосные годы 31 декабря будет 366-м днем, а 86-й день будет 26 марта вместо 27 марта.
Временной код содержит три бита, объявляющие об изменении летнего времени (DST) и приближающихся дополнительных секундах .
Если биты DST1 и DST2 различаются, летнее время меняется в течение текущего дня UTC, в следующие 02:00 по местному времени. До следующих 02:00 по местному времени биты будут такими же. Каждое изменение битов летнего времени происходит в 00:00 UTC и поэтому сначала будет получено на материковой части Соединенных Штатов между 16:00 (PST) и 20:00 (EDT), в зависимости от местного часового пояса и от того, приближается ли переход на летнее время. начать или закончить. Таким образом, приемник в восточном часовом поясе (UTC-5) должен правильно принять индикацию «Переход на летнее время» в течение семи часов до начала летнего времени и за шесть часов до окончания летнего времени, если он хочет изменить отображение местного времени на правильное время. время. Получателям в центральном, горном и тихоокеанском часовых поясах предоставляется предварительное уведомление на один, два и три часа соответственно.
Во время дополнительной секунды во временном коде передается двоичный ноль; [47] в этом случае минуте не будет предшествовать маркер.
Стабильность шкалы времени теперь позволяет поддерживать время станции в пределах ±0,02 мкс (20 нс) от национального стандарта времени в Боулдере и согласовывать его с точностью до
Частота 1 × 10 −14 .
{{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] на 6,3 миллиона долларов на поддержку распространения фундаментальных измерений, включая закрытие радиостанций NIST в Колорадо и на Гавайях.
40 ° 40'47 "N 105 ° 2'33" W / 40,67972 ° N 105,04250 ° W / 40,67972; -105.04250
