專利名稱：民用無線電標準鐘表的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種民用無線電標準鐘表，涉及無線電授時和電子校時技術，國際專利分類號為G04G。
目前，電子計時鐘表十分普及。該類鐘表多采用石英晶體振蕩源，因易受環(huán)境溫度等因素的影響，誤差通常可達每天0.5到1鈔，時間一長，積累誤差就不容忽視，因此校調(diào)工作就必不可少而且十分重要?，F(xiàn)在主要利用無線電傳遞的時間信號為基準進行人工校調(diào)和自動校調(diào)。
應用無線電傳遞時間信號的手段主要有(1)長波信號穩(wěn)定，定時精度高(達微秒級)，但是需建立專用的發(fā)射臺，花費較高，且信號覆蓋半徑一般只能達到1000多公里。
(2)短波信號覆蓋面廣(一跳天波達4000公里)，接收簡易，但是短波信號的傳遞受電離層信道變化影響大，常常不穩(wěn)定。
(3)電視信號穩(wěn)定，但各電視臺覆蓋范圍小，信號特征不一，接收較為復雜，難以實現(xiàn)大范圍覆蓋。
(4)衛(wèi)星信號穩(wěn)定，覆蓋范圍大，精度高，但接收設備較昂貴，需架設室外天線接收信號。
(5)無線電廣播主要指中波、調(diào)頻廣播整點報時信號，這是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫娜斯ばＵ{(diào)鐘表的手段。它的信號較穩(wěn)定，但時間精度較低(發(fā)播精度0.01到0.05鈔)，信號格式簡單，只有整點報時；各廣播臺覆蓋范圍較小，但接收設備非常簡單。
在利用上述無線電手段傳遞時間的方法中，除無線電廣播外，其他手段常用于國防、工程和科研等需要較高精度時間的領域。在民用上，人們一般采用廣播報時信號及電視臺顯示的時間信號進行人工校調(diào)，但人工校調(diào)不僅麻煩，而且精度也低。
在利用其它無線電手段傳遞時間信號大區(qū)域校調(diào)民用鐘表，目前尚未見產(chǎn)品報道。對于采用廣播報時信號提取時間信息來控制時鐘，人們也做了許多努力。但由于廣播電臺(中波或調(diào)頻)的覆蓋半徑較小(幾十到一、二百公里)，通常采用不同臺不同頻率交叉覆蓋，故在不同地方需人工調(diào)收不同的電臺頻率。此外，廣播報時信號只有整點報時，信號簡單，目前采用的濾波、鑒寬等處理方法常不能很好排除各種干擾，可靠提取時間信息。這可能是當前還未見大量采用廣播報時信號控制鐘表的產(chǎn)品問世的主要原因。
本發(fā)明旨在解決目前電子計時鐘表校調(diào)工作中較多技術難題和矛盾，提供一種利用現(xiàn)有無線電廣播報時信號對鐘表進行自動校調(diào)的簡便可靠的方法，并依此方法提供一種新型的民用無線電標準鐘表，使該鐘表長期工作無積累誤差，與標準時間信號相比，誤差優(yōu)于1秒。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的(1)采用一種對無線電廣播報時信號從其頻率、寬度和間隔等綜合參量檢測中提取整時信號的方法。
(2)由強臺自動搜索系統(tǒng)完成在不同地區(qū)自動尋找到當?shù)匦盘栕顝姷膹V播電臺。
(3)由報時信號檢測提取系統(tǒng)按中國廣播報時信號格式完成綜合檢測，獲取可靠的整點時號，達到自動校調(diào)鐘表、獲得標準時間的目的。
下面結(jié)合附圖作進一步說明。


圖1為中國廣播報時信號格式圖。
圖2為強臺自動搜索系統(tǒng)電原理圖。
圖3為本發(fā)明電原理圖。
其中1—低音信號頻率f1(800Hz)、2—高音信號頻率f2(1600Hz)、3—信號寬度(信號持續(xù)時間)、4—相鄰兩聲時間間隔、5—報時時間(10鈔)、6—兩相鄰高音的時間間隔(3600秒)、7—電調(diào)諧廣播接收機8—A/D采樣器、9—單片機、10—D/A變換器、11—800Hz窄帶濾波器、12—1600Hz窄帶濾波器、13—LED時鐘顯示器、14—鍵盤、15—時鐘掉電保持器、16—報時定時器。
由圖1可知，在每小時前的59分50秒開始報時，先報出五聲低音，到整點時報出一聲高音，并以其高音起點作為整點時刻。低音信號頻率1為800Hz，誤差小于0.8Hz，高音信號頻率2為1600Hz，誤差小于1.6Hz。低音和高音的信號寬度(持續(xù)時間)3均為0.5S，誤差小于0.01S。每相鄰兩聲時間間隔4為2S，誤差小于0.1S。整點報時準確度中央廣播電臺優(yōu)于0.01S，地方廣播電臺優(yōu)于0.05S。
因此，利用上述廣播電臺報時信號來滿足本發(fā)明優(yōu)于1秒的精度是沒有問題的。但由于中國廣播報時信號格式特別簡單，每小時只有五個低音和一個高音(整點)。對這種時間信號的提取，現(xiàn)有的方法主要是利用窄帶濾波和信號寬度鑒別，例如對整點1600Hz窄帶濾波后的信號寬度大于0.4S以上，就認為是整點信號。也有對整點前的五個低音濾波整形后計數(shù)，作為判斷整點信號的前提條件。總之，這些方法一般均用脈沖數(shù)字電路完成。在實際中，由于廣播電臺信號中存在與報時信號相同頻率和寬度的信號或干擾，并且往往在報時開始時有音樂播放，從而對報時信號形成干擾?；谶@些情況，用上述傳統(tǒng)方法處理常會引起誤判或漏判整點信號，長期工作時難以達到可靠提取整點信號的要求。
為了解決上述困難，本發(fā)明提出了一種對廣播報時信號進行頻率、寬度、時間間隔綜合檢測分析，自動可靠提取時號的方法。具體為用中心頻率為800Hz和1600Hz的二個窄帶濾波器11和12分別提取低音和高音報時信號完成頻域檢測；用單片機內(nèi)定時器測量低音、高音信號的起止時間，實現(xiàn)信號寬度3檢測；用定時器和秒計數(shù)器對低音到低音，低音到高音，高音到高音(即二個整點高音信號)之間的時間間隔進行測量。也就是說，在出現(xiàn)六個持續(xù)時間均為0.5S、相距2秒間隔的信號，且前五個為800Hz低音而第六個為1600Hz高音時，就被認為是1個有效的整時信號；如果在3600秒又有一個有效整時信號時，立即對時鐘校調(diào)將分、秒清零。由于這種綜合檢測提取廣播報時信號的方法，充分利用了現(xiàn)有廣播報時信號的一切特征，具有很高的可靠性。實際上在民用鐘表中，一天只需校調(diào)幾次，其他時間由鐘表保持，就能使日誤差優(yōu)于1秒。因為每天有24個整時，考慮各種因素，每天找出幾次滿足上述條件的整時信號去校調(diào)鐘表是沒有問題的。在技術上，對頻率寬度、時間間隔的檢測參數(shù)相比信號格式參數(shù)需要有一定放寬，放寬的范圍是保證既不錯判又不丟失為原則。顯然，這種自動校調(diào)鐘表方法要求第一次應將鐘表的時間誤差用人工調(diào)到半小時以內(nèi)，即時間的自動校調(diào)范圍為±30分鐘。
2、現(xiàn)有的對廣播報時信號提取方案均采用人工找臺，這種方法帶來二個問題(1)變換不同地方后需人工再調(diào)整當?shù)亟邮盏膹V播信號；(2)即使在同一地方，廣播接收機工作一段時間后，由于元器件、溫度等因素會引起原收到的臺失諧，信號變?nèi)跎踔潦詹坏?，若無人工再調(diào)整，將無法再獲得報時信號。為解決這二個問題，本發(fā)明提出了利用電調(diào)諧廣播接收機7，A/D采樣器8，D/A數(shù)模變換器10和單片機9等構成廣播接收強臺自動搜索系統(tǒng)，保證對當?shù)貜娕_的報時信號準確可靠接收。
其工作原理如下由圖2可知，電調(diào)諧廣播接收機7與通常的中波調(diào)幅或調(diào)頻收音機原理相同，它能輸出檢波后的音頻信號，并給出信號強度指示電壓。不同的是它能用電壓控制，進行接收頻率的調(diào)整。單片機9輸出一個數(shù)字量，經(jīng)D/A變換器10變換成模擬電壓去驅(qū)動接收機7改變接收頻率，接收機7輸出的信號強度值被A/D采樣器8采樣進入單片機。這樣，通過從頻段低端到高端逐點搜索可獲得一條接收信號強度隨接收頻率變化的曲線。單片機9從中很容易分析獲得各廣播信號對應的驅(qū)動D/A變換器10的數(shù)字量。也就是說，可收到的每個廣播電臺與相應的單片機9中一個數(shù)字量對應起來，再找出最強信號對應的一個數(shù)字量，經(jīng)D/A變換器10變換成模擬電壓去控制廣播接收機7，從而完成強臺信號的自動搜索與接收。
3、作為實例，圖3具體給出了本發(fā)明利用廣播報時信號控制一種無線電標準鐘表的電原理圖。由圖3可知，實施本發(fā)明上述方法的鐘表由強自動臺搜索系統(tǒng)和報時信號檢測提取系統(tǒng)兩部分組成。該兩系統(tǒng)功能獨立，但共用電調(diào)諧廣播接收機7及單片機9，強臺自動搜索系統(tǒng)已詳細說明。這里僅對報時信號檢測提取系統(tǒng)作進一步說明。該系統(tǒng)由廣播接收機7、800Hz窄帶濾波器11、1600Hz窄帶濾波器12、單片機9，LED時鐘顯示器13、鍵盤14、時鐘掉電保持器15及報時定時器16組成，其連接順序為電調(diào)諧廣播接收機7接收到的報時信號分別經(jīng)過800Hz窄帶濾波器11和1600Hz濾波器12進入單片機9，單片機9受鍵盤14控制并分別和LED時鐘顯示器13、時鐘掉電保持器15及時報定時器16相連接。由單片機9、LED時間顯示器13、鍵盤14、時鐘掉電保持器15、報時定時器16等構成實時鐘部分，它與通常的電腦鐘基本相用，用鍵盤14設置時間、報時、定時等參數(shù)，LED時鐘顯示器13顯示年、月、日、時、分、秒。時鐘掉電保持器15采用專用時鐘芯片，由一節(jié)小型充電池保持時鐘、數(shù)據(jù)等信息，來電后單片機9可從中讀出時間和數(shù)據(jù)。報時定時器16是為時鐘整點報時和特定時間定時設置的。無線電廣播報時信號提取、校調(diào)由電調(diào)諧廣播接收機7、窄帶濾波器11和12及單片機9等構成。收音機輸出的音頻信號經(jīng)中心頻率為800Hz和1600Hz二個窄帶濾波器11和12，分別提取低音和高音報時信號，經(jīng)單片機9進行信號頻率、寬度和時間間隔等綜合特征分析，最后獲得整點信號去校調(diào)時鐘，提供標準時間。
由以上分析可知，采取無線電廣播自動選臺和廣播報時信號綜合檢測的方法去校調(diào)、控制電子鐘表，適用于各無線電廣播頻段及不同報時信號格式。因此，本發(fā)明在利用現(xiàn)有眾多的無線電廣播資源來實現(xiàn)無線電標準鐘表，具有普遍和實用的意義。
權利要求
1.民用無線電標準鐘表，采用一種強臺自動搜索及對無線電廣播報時信號從頻率、寬度和間隔等綜合參量檢測中提取整時信號的方法，其特征在于不僅根據(jù)廣播報時信號格式對低音和高音信號頻率(1)和(2)、信號寬度(信號持續(xù)時間)(3)進行檢測，而且對兩個相鄰信號的時間間隔(4)及高音到高音(二個整點高音信號)的時間間隔(3600S)(6)進行檢測。
2.實施權利要求1所述方法的民用無線電標準鐘表，其特征在于該鐘表由強臺自動搜索系統(tǒng)和報時信號檢測提取系統(tǒng)兩部分組成；該兩系統(tǒng)功能獨立，但共用電調(diào)諧廣播接收機(7)及單片機(9)。
3.按權利要求1和2所述的民用無線電標準鐘表，其特征在于強臺自動搜索系統(tǒng)由電調(diào)諧廣播接收機(7)、A/D采樣器(8)、單片機(9)和D/A變換器(10)組成，并依次閉環(huán)連接。
4.按權利要求1和2所述的民用無線電標準鐘表，其特征在于報時信號檢測提取系統(tǒng)由電調(diào)諧廣播接收機(7)、800Hz窄帶濾波器(11)、1600Hz窄帶濾波器(12)、單片機(9)、LED時鐘顯示器(13)、鍵盤(14)、時鐘掉電保持器(15)及報時定時器(16)組成；其連接順序為電調(diào)諧廣播接收機(7)接收到的報時信號分別經(jīng)過800Hz窄帶濾波器(11)和1600Hz窄帶濾波器(12)進入單片機(9)，單片機(9)受鍵盤(14)控制并分別和LED時鐘顯示器(13)、時鐘掉電保持器(15)及報時定時器(16)連接。
全文摘要
本發(fā)明民用無線電標準鐘表,涉及無線電授時及電子校時技術。為了解決目前各種電子鐘表校調(diào)精度不高,并存在積累誤差等問題,本發(fā)明公開了一種強臺自動搜索及對廣播報時信號進行頻率、寬度和間隔綜合檢測,可靠提取整時信號的方法,并依此方法由強臺自動搜索系統(tǒng)和報時信號檢測提取系統(tǒng)組成的新型鐘表,使鐘表的時間精度優(yōu)于1秒,簡便可靠,實用性強,極易推廣。
文檔編號G04G3/00GK1211758SQ9710924
公開日1999年3月24日 申請日期1997年9月12日 優(yōu)先權日1997年9月12日
發(fā)明者寧百齊, 金陶, 陳炘 申請人:中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所