WWV是一个短波授时台,位于美国科罗拉多州科林斯堡附近。它自1945年起开始连续播出时间信号,并执行美国政府的频率标准,发射机的工作频率为2.5、5、10、15、20和25MHz。WWV由美国国家标准与技术研究院(NIST)负责运营,并接受其时间和频率部门的监督,该部门隶属于位于马里兰州盖瑟斯堡的NIST物理测量实验室。
WWV于1919年由华盛顿特区标准局建立,是美国历史最悠久的连续运营广播电台之一。2019年10月1日,NIST举办了纪念WWV成立一百周年的庆典。
1931年,电台搬迁到马里兰州郊区,之后于1966年搬迁到科林斯堡附近。WWV与长波电台WWVB共用该站点,后者以60 kHz频率发射载波和时码(无语音)。NIST还在夏威夷运营授时台WWVH。WWV和WWVH每分钟都会以协调世界时播报一天的时间,并每小时播报其他普通信息,包括全球定位系统(GPS)卫星群的状态。由于WWV和WWVH同时使用相同的频率进行广播,因此WWV使用男声,以区别于WWVH使用女声。
授时
自1945年以来,WWV一直在授权由政府机构NIST和美国海军天文台(USNO)提供的“美国官方时间”,以确保全美和全世界保持统一的时间。WWV随时免费提供时间信息,为公众提供服务。
通过WWV发出的时间信号,无线电控制时钟、气象站和无线电波手表等计时设备可以自动保持准确的时间,而无需手动调整。这些时间信号被商业和机构所使用,准确的时间在日常运作中起着至关重要的作用,包括航运、运输、技术、研究、教育、军事、公共安全和电信。时间信号在广播领域尤为重要,无论是商业、公共还是私人利益,如业余无线电爱好者,他们会使用广播电台的信号来测试自己的设备。
发播系统
WWV通过六个发射机进行广播,每个发射机专用于一个频率。WWV、WWVB和WWVH的发射频率和时间信号,以及四个铯原子钟的时间信号都由位于科罗拉多州博尔德附近的NIST时间和频率部负责维护。广播时间与世界协调时的误差在100ns以内,与国家时间标准的误差在20ns以内。每个发射机都有一个专用天线,高度相当于其波长的二分之一,信号辐射模式为全向。每个天线塔的上半部分都有一个四分之一波长的辐射元件,下半部分使用九根缆绳作为额外的辐射元件,这些缆绳与天线塔的中点相连,与地面呈一比一的斜度,长度为波长的√2/4倍。
电话授时
WWV的时间信号亦可通过电话拨打+1(303)499-7111获取。电话通话限时2分钟,由于电话信号传播时间的原因,信号平均延迟30毫秒。
历史
建立
关于WWV存在的最早正式记录是1919年10月1日出版的商务部《无线电服务公报》,该公报将WWV列为一个新的“实验电台”,分配给华盛顿特区的标准局,并随机发布了WWV呼号,该电台最初还不具备授时服务。不过,早些时候也有报道称,从上一年2月开始,该台就进行了无线电信号测试。
据报道,截至1920年5月,该局的无线电实验室每周五晚8:30至11:00进行音频发播,发射频率为60 kHz。同月,该局展示了一种名为"传声筒"的便携式无线电接收器,据称可以接收以外的广播。1921年1月,田纳西州查塔努加的一位听众报告说,他听到了"从标准局呼啸而出的爵士声"。
1920年12月15日,WWV开始用摩尔斯电码在750 kHz上播放由美国市场局编写的500个字的"每日广播市场节目",据称在华盛顿范围内都能收听到。之后,1921年4月15日,报告的责任移交给了邮政部运营的四个站点,包括位于华盛顿特区的WWX。
标准频率发播
1922年底,WWV的目标转向广播标准频率信号。这对广播和业余电台来说是一个重要的帮助,因为它们当时的设备有限,很难保持在指定的频率上。测试于1923年1月29日开始。定期发播于1923年3月6日开始进行,包括7个发射频率,频率范围为550至1,500kHz(波长为545至200m)。频率精确度"高于十分之三"。起初,发射机必须使用波表从一个频率手动切换到另一个频率。20世纪20年代中期发明了第一批石英谐振器(用于稳定频率发生振荡器),它们大大提高了WWV频率广播的准确性。
1966年12月1日,WWV搬到了科林斯堡附近,这样,整个美国大陆都能更好地接收到它的信号。早在三年前,WWVB就已在该地签约。1967年4月,WWV停止使用发射台所在地的当地时间(1966年前为东部时间,1966年后为山区时间),转而使用格林威治标准时间(GMT)。1974年,电台再次改用协调世界时(UTC)。
1991年8月13日之前,WWV使用的是专业播音员唐•埃利奥特•希尔德的声音,因为设备更换,重新录制了另一位专业播音员约翰•多伊尔的声音,但很快又换成了KSFO早间主持人李•罗杰斯的声音。从那以后,约翰•多伊尔的声音又重新回到了广播中。
在NIST的2019年财政年度预算申请中,WWV以及WWVB和WWVH被建议撤资和取消。不过,2019年NIST的最终预算保留了这三个站点的经费。
WWV与卫星
1958年,WWV的20MHz信号被用于一个独特的目的:跟踪苏联人造卫星史普尼克1号在机载电子设备失灵后的解体情况。俄亥俄州立大学教授约翰•D•克劳斯(John D. Kraus)知道,流星进入高层大气后会留下少量电离空气。这些空气会将杂散的无线电信号反射回地球,从而在几秒钟内增强地表的信号。这种效应被称为流星散射。克劳斯认为,人造地球卫星的残骸也会产生同样的效应,只不过规模更大而已。他的预测是正确的:WWV的信号明显增强,持续时间超过一分钟。信号增强的方向和时间与人造地球卫星最后轨道路径的预测一致。利用这些信息,克劳斯绘制出了人造地球卫星解体的完整时间表。特别是,他观察到卫星并不是作为一个整体坠落的;相反,飞船在靠近地球时分解成了各个组成部分。
广播内容
除标准载波频率外,WWV还使用标准双侧带振幅调制来传输附加信息。WWV的传输遵循每分钟重复一次的固定模式。它们与姊妹台WWVH相互协调,以防止相互之间的干扰。由于两台非常相似,因此在此对两台同时进行介绍。
日期与时间
WWV发送的日期和准确时间如下:
英语语音报时。
日期和时间的二进制十进制时间码,以100赫兹音调的不同长度脉冲形式传输,每秒一位。
在这两种情况下,传送的时间都是协调世界时(UTC)。
秒与分的音频
WWV每秒传送一次音频“滴答”声,以便进行精确的手动时钟同步。这些“滴答”声始终在传输,即使在语音播报和静音期间也是如此。每个“滴答”从秒开始,持续5毫秒,由5个周期的1,000赫兹正弦波组成。为了使嘀嗒声更加突出,所有其他信号都会被抑制40毫秒,从秒钟前10毫秒到秒钟后30毫秒(嘀嗒声后25毫秒)。例外情况是,在29秒或59秒时不发送滴答声(也不发送静音间隔)。在闰秒的情况下,一分钟的第60秒也不发送。
分钟时,滴答声延长为0.8秒长的蜂鸣声,随后是0.2秒的静音。小时,分钟脉冲以1500赫兹而不是1000赫兹的频率传送。音调的开始与分钟的开始相对应。
在1秒到16秒(含1秒)之间,UTC和UT1之间的时差是通过将一些每秒一次的刻度加倍来传输的,在第一个刻度之后100毫秒传输第二个刻度。(第二个刻度会抢先传输其他信息,但不会进入静默区随后是以摩尔斯电码发送的4位数格林尼治标准时间。1967年改用格林尼治标准时间后,广播变为“科罗拉多州科林斯堡国家标准局WWV;下一次提示音从格林尼治标准时间X小时Y分钟开始”。然而,这种形式并不长久。1971年,广播再次改为现在的形式。“格林威治时间,X时Y分"。1974年,“格林威治标准时间”更名为“协调世界时”。.
语音定时播报以75%调制(-1.25dBc)发送,即载波在额定功率的25%至175%之间变化。这些信号于2021年11月15日开始发出。
- 18分,美国国家海洋和大气管理局会发送一份特别的"地球物理警报"报告,其中包含有关太阳活动和短波无线电传播条件的信息。下面是2018年5月24日9时05分(世界协调时)的这一公告示例:参考翻译:
*
- 在47分和52分,WWVH会播出有关电话授时服务的公告。
附加消息通常以标准频率音调的形式传输,但必要时可由语音信息抢先传输:
- 如果有国防部的信息,WWV会在10分播放;WWVH会在50分播放。
- 16分用于在必要时发布更多NIST公告。
WWVH以不同的时间播放相同的信息。WWV和WWVH的语音播报在时间上避免串扰;WWV在WWVH会在播出语音播报时发出无音频载波,反之亦然。
以前由WWV播放但现已停播的公告包括:
- 海洋风暴警报由美国国家气象局提供,大西洋的警报时间为每小时08分和09分,太平洋的警报时间为每小时10分,必要时可在每小时11分发布附加警报。WWVH的风暴警报播出时间为48分至51分,覆盖夏威夷群岛和远东地区,而不是北美。WWV和WWVH于2019年2月7日停止了所有气象内容,之前占用的时段现在被归类为"NIST保留"。
- 14分和15分,由海岸警卫队导航中心提供的GPS卫星健康报告(WWVH为43分和44分)。
- 在欧米茄导航系统于1997年关闭之前,欧米茄的状态报告在每小时16点播出。
- 有人曾提议在2011年9月6日停止地球物理警报。然而,截至2011年6月17日,WWV宣布撤回该决定,地球物理警报报告"将在可预见的未来继续进行"。
参考资料
外部链接
*[https://www.nist.gov/time-and-frequency-services/nist-radio-stations/wwv WWV官网] (NIST.gov)
*[https://services.swpc.noaa.gov/text/wwv.txt 当前的WWV地球物理警报文本] (NOAA.gov)
*[https://shortwavemusic.bandcamp.com/album/at-the-tone-a-little-history-of-nist-radio-stations-wwv-wwvh “音调:NISTWWV和WWVH广播电台小史] (bandcamp.com)
*无线电成就:国家标准局无线电科学、技术、标准和测量七十年,作者Wilbert F. Snyderand Charles L. Bragaw(1986)
*[http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=4,582,434.PN.&OS=PN/4,582,434&RS=PN/4,582,434 美国专利4582434:WWV控制的"时间校正、持续更新时钟”]1984年4月23日申请,1986年4月15日颁发给Heath公司(USPTO.gov)
*[http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=4768178.PN.&OS=PN/4768178&RS=PN/4768178 美国专利4768178:WWV控制的"高精度无线电信号控制连续更新数字时钟”]1987年2月24日申请,1988年8月30日颁发给Precision Standard Time,Inc.(USPTO.gov)
[https://www.eecis.udel.edu/~mills/database/reports/wwv/wwv.pdf 用于WWV发射的精密无线电时钟*] 作者David L. Mills,特拉华大学电气工程系,1997,介绍使用数字信号处理的WWV时码解码软件(udel.edu)
*[https://www.eecis.udel.edu/~mills/teaching/eleg403/wwv/wwv.pdf “课堂项目:WWV/H接收器解调器/解码器”] 特拉华大学David L. Mills关于WWV时间解码器DSP算法的幻灯片,2004年11月12日(udel.edu)
*[http://www.Genesisradio.com.au/VK2DX/time_signals.html “接收、识别和解码低频/高频无线电时间信号”] 作者Nick Hacko,VK2DX(genesisradio.com.au)
- 有许多网络软件定义无线电接收器(WebSDR)可以在浏览器中播放接收到的WWV信号。下面是其中的一小部分。信号延迟约1秒,因此不能作为准确的时间参考。(注意,目前的浏览器禁止网站在页面首次加载时播放音频。单击瀑布流显示右侧的“音频启动”按钮即可启用音频)。
**[http://websdr1.kfsdr.com:8901/?tune=10000am KFSWebSDR] ,位于加利福尼亚州半月湾附近,同时接收WWV和WWVH。哪个声音更大取决于现在的的时间。
**[http://websdr2.sdrutah.org:8902/index1a.html?tune=10000am&zoom=3 犹他州北部WebSDR] ,只接收WWV,因此收听起来更清晰。
**[http://websdr4.sdrutah.org:8904/index1a.html?tune=10000am&zoom=3 犹他州北部使用东向天线的WebSDR]
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