DE4202435A1 - GPS satellite-synchronised chronometer with local time display - uses XTAL-controlled clock and interpolation signal processor - Google Patents
GPS satellite-synchronised chronometer with local time display - uses XTAL-controlled clock and interpolation signal processorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine funkgestützte Uhr mit einem Uhrwerk mit einer Zeitanzeige, einer Antenne und Empfangsmittel zum Empfang von Funksignalen und Erzeugung von Funkstützsignalen und Mitteln zur Korrektur der Zeit anzeige durch die Funkstützsignale.The invention relates to a radio-controlled watch with a Clockwork with a time display, an antenna and Receiving means for receiving radio signals and generation of radio support signals and means for correcting the time display by the radio support signals.
Das Uhrwerk ist zweckmäßigerweise ein Quarzwerk. Die Erfindung ist aber auch bei mechanischen Uhrwerken anwendbar.The movement is expediently a quartz movement. The Invention is also in mechanical watch movements applicable.
Es ist bekannt die Ganggenauigkeit von Quarzuhren mit Funksignalen zu stützen, die von einem Langwellensender ausgesandt werden, welcher Zeitsignale hoher Genauigkeit aussendet. Über diesen Sender können auch Signale empfangen werden, die eine automatische Umschaltung der Uhr von Sommerzeit auf Winterzeit und umgekehrt bewirken.The accuracy of quartz watches is known Support radio signals from a long wave transmitter be sent out which time signals of high accuracy sends out. Signals can also be sent via this transmitter are received, the automatic switching of the Effect clock from summer time to winter time and vice versa.
Nachteilig bei solchen Uhren ist die Tatsache, daß die Funkstützsignale nur im Ausbreitungsbereich des betreffenden Senders empfangen werden können. Das ist etwa ein Umkreis von 1500 km. Damit ist kein weltweiter Einsatz der funkgestützten Uhren möglich. A disadvantage of such watches is the fact that the Radio support signals only in the range of the concerned station can be received. That is about a radius of 1500 km. This is not a worldwide one Use of radio-controlled clocks possible.
Es sind Navigationssysteme bekannt, die auf Funksignalen von Satelliten beruhen. Ein solches System ist das "GPS" (Global Positioning System). Bei einem solchen System wird aus den Signalen von vier Satelliten, die von einem Empfänger auf der Erde empfangen werden, eine Positions information gewonnen. Die Satelliten senden je ein hoch genaues GPS-Zeitsignal, einen Pseudo-Zufallscode und eine Zeitmarke (Satellitenuhr) für die Aussendung dieses Zufallscodes. Der Zufallscode ist eine sich periodisch wiederholende, unregelmäßige Abfolge von Impulsen. Dieser Zufallscode wird zu einem im Empfänger von einer Empfängeruhr bestimmten Zeitpunkt mit einem gleichartigen, in dem Empfänger erzeugten Pseudo- Zufallscode korreliert. Zu diesem Zweck wird der empfängerseitige Zufallscode über einen gewissen Zeitbereich hinweg hin- und her verschoben, also gewissermaßen phasenmoduliert. Bei einer bestimmten Phase tritt eine Korrelation ein: Die Pseudo-Zufallscodes fallen deckend aufeinander. Es entsteht ein Korrelations maximum. Die Lage dieses Korrelationsmaximums, also der Zeitpunkt bezogen auf eine Referenzmarke, zu welchem das Korrelationsmaximum auftritt, ist abhängig einmal von der Laufzeit der elektromagnetischen Wellen vom Satelliten zum Empfänger, oder - anders gesagt - von der Entfernung des Satelliten vom Empfänger, und außerdem von einem Zeitfehler der Empfängeruhr gegenüber der Satellitenuhr. Es werden nun in gleicher Weise die Signale von vier Satelliten empfangen und ausgewertet. Bekannt sind dann die Positionen der Satelliten und die Entfernung zum Empfänger, wobei letztere jeweils durch den Zeitfehler verfälscht ist. Aus den dabei erhaltenen vier Informationen kann in einem Rechner die Position des Empfängers bestimmt werden. Der Zeitfehler ist dabei eine Hilfsgröße, die zwar anfällt aber nicht benutzt wird. Navigation systems based on radio signals are known based on satellites. One such system is the "GPS" (Global Positioning System). With such a system from the signals from four satellites, from one Receivers on Earth are received a position information gained. The satellites each send one up accurate GPS time signal, a pseudo random code and one Time stamp (satellite clock) for sending this Random codes. The random code is a periodic repetitive, irregular sequence of impulses. This Random code becomes one in the receiver of one Receiver clock at a specific point in time with a similar, Correlated pseudo-random code generated in the receiver. For this purpose, the recipient's random code is over shifted back and forth over a certain period of time, in other words, phase-modulated. At a certain Phase occurs a correlation: the pseudo-random codes coincide. A correlation arises maximum. The location of this correlation maximum, i.e. the Time related to a reference mark at which the Correlation maximum occurs depends on the Runtime of the electromagnetic waves from the satellite to Receiver, or - in other words - the distance of the Satellites from the receiver, and also from one Time error of the receiver clock compared to the satellite clock. There are now the signals from four in the same way Receive and evaluate satellites. Are known then the positions of the satellites and the distance to the Receiver, the latter due to the time error is falsified. From the four obtained The position of the Be determined by the recipient. The time error is one Auxiliary size, which arises but is not used.
Es sind weiterhin mit Langwelle arbeitende Navigations systeme wie das LORAN-Verfahren oder das OMEGA-Verfahren bekannt. Auch diese dienen ausschließlich der Positions bestimmung.It is still long-wave navigation systems such as the LORAN process or the OMEGA process known. These also serve exclusively for positions determination.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weltweit verwendbare funkgestützte Uhr zu schaffen.The invention has for its object a worldwide to create usable radio-based clock.
Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Uhr so auszubilden, daß sie sich automatisch auf die verschiedenen Zeitzonen einstellt, in denen sie gerade betrieben wird.The invention is further based on the object of a watch to train so that they automatically on the different time zones in which they are currently is operated.
Erfindungsgemäß wird die erstere Aufgabe dadurch gelöst, daßAccording to the invention, the former object is achieved by that
- a) die Empfangsmittel auf den Empfang von Signalen von Navigations-Funknetzen abgestimmt sind unda) the receiving means to receive signals from Navigation radio networks are coordinated and
- b) aus den empfangenen Signalen Funkstützsignale ableitbar sind.b) radio signals from the received signals are derivable.
Zur Erzeugung von Funkstützsignalen wird somit nicht ein gesonderter Sender verwandt, der nur in einem begrenzten Bereich empfangen werden kann. Vielmehr werden Navigations-Funknetze benutzt, die weltweit verfügbar sind. Solche Navigations-Funknetze dienen üblicherweise nur zur Erzeugung von Positions-Informationen. Diese Navigations-Funknetze werden erfindungsgemäß abweichend von ihrer eigentlichen Bestimmung zur Erzeugung von Funk stützsignalen zur Stützung der Zeitanzeige von Uhren ausgenutzt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das möglich ist. A is therefore not used to generate radio support signals separate transmitter related, which only in a limited Range can be received. Rather be Navigation radio networks used that are available worldwide are. Such navigation radio networks usually serve only for generating position information. These Navigation radio networks are different according to the invention from its actual purpose to the generation of radio support signals to support the time display of clocks exploited. The invention is based on the knowledge that that is possible.
Vorteilhafterweise sind die Empfangsmittel zum Empfang und zur Verarbeitung von Satellitensignalen eingerichtet, wobei die bei der Signalverarbeitung der Satellitensignale anfallenden Zeitinformationen die Funkstützsignale bilden. Insbesondere können die Empfangsmittel zum Empfang und zur Verarbeitung von GPS-Satellitensignalen eingerichtet sein.The receiving means for receiving and set up to process satellite signals, where the signal processing of the satellite signals accumulating time information form the radio support signals. In particular, the receiving means for receiving and Processing of GPS satellite signals can be set up.
Die zweite Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daßThe second problem can be solved in that
- a) Signalverarbeitungsmittel Positionsinformationen liefern,a) Signal processing means position information deliver,
- b) die Positionsinformationen auf Speichermittel geschaltet sind, in welchen für die verschiedenen Zeitzonen die Zeitdifferenzen gegenüber einer von dem Navigations-Funknetz gelieferten Zeitinformation gespeichert sind, undb) the position information on storage means are switched, in which for the different Time zones the time differences from one of the Navigation radio network delivered time information are stored, and
- c) die von der Uhr angezeigte Zeit in Abhängigkeit von der Positionsinformation hinsichtlich dieser Zeit differenz korrigiert ist.c) the time displayed by the watch depending on the position information regarding this time difference is corrected.
Dabei kann die Positionsinformation die geographische Länge sein.The position information can be geographical Length.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Funk stützung einer Uhr unter Verwendung eines Satelliten- Navigationssystems zeigt.An embodiment of the invention is as follows with reference to the accompanying drawing which explains a block diagram of an arrangement for radio support of a watch using a satellite Navigation system shows.
Mit 10 ist eine Antenne bezeichnet, die Signale von vier GPS-Satelliten 12, 14, 16 und 18 empfängt. Die GPS-Satelliten senden jeweils ein hochgenaues Zeitsignal, ihre Ephemerisdaten sowie einen bestimmten Pseudo- Zufallscode sowie eine Zeitmarke (Satellitenuhr) für die Aussendung dieses Pseudo-Zufallscodes.With 10 an antenna is designated, which receives signals from four GPS satellites 12 , 14 , 16 and 18 . The GPS satellites each send a highly precise time signal, their ephemeris data and a specific pseudo-random code as well as a time stamp (satellite clock) for the transmission of this pseudo-random code.
Die Antenne 10 ist mit einem Empfänger 20 verbunden. Der Empfänger 20 enthält einen Vorverstärker 22, einen HF- Teil 24 und einen Quarzoszillator 26. Der Quarzoszillator 26 stellt die Empfängeruhr dar. Der Quarzoszillator ist mit einem Zeitfehler ΔtB behaftet. Das ist durch den Pfeil 28 angedeutet.The antenna 10 is connected to a receiver 20 . The receiver 20 contains a preamplifier 22 , an RF part 24 and a quartz oscillator 26 . The quartz oscillator 26 represents the receiver clock. The quartz oscillator has a time error Δt B. This is indicated by arrow 28 .
Der HF-Teil bewirkt in der vorstehend umrissenen, an sich bei GPS-Geräten bekannten Weise die Erzeugung und Phasen modulation des Pseudo-Zufallscodes. Der Pseudo-Zufallscode stimmt in seiner Abfolge mit dem von dem Satelliten ausge sandten Pseudo-Zufallscode überein. Bei einer bestimmten Phasenlage tritt ein Korrelationsmaximum auf. Aus der Lage dieses Korrelationsmaximums wird ein Meßwert für die Ent fernung zum Satelliten 12, 14, 16 oder 18 gewonnen. Wenn die Empfängeruhr, nämlich der Quarzoszillator 26 genau synchron mit der Satellitenuhr arbeiten würde, dann könnte die Entfernung zum Satelliten unmittelbar aus der Lage des Korrelationsmaximums bestimmt werden. Durch den "Gangfehler" der Satellitenuhr ist das Ausgangssignal PS nur eine scheinbare Entfernung (pseudo range). Es steht aber die Information von vier Satelliten zur Verfügung. Aus den daraus gebildeten vier Gleichungen läßt sich mittels eines Prozessors 30 die Position des Empfängers 20 auf der Erdoberfläche und der Zeitfehler ΔtB des Quarz oszillators bestimmen. Als weitere Information kann aus den Gleichungen die geographische Länge bestimmt werden.The HF part effects the generation and phase modulation of the pseudo-random code in the manner outlined above, which is known per se in GPS devices. The sequence of the pseudo-random code corresponds to the pseudo-random code sent out by the satellite. A correlation maximum occurs at a certain phase position. From the position of this correlation maximum, a measured value for the distance to the satellite 12 , 14 , 16 or 18 is obtained. If the receiver clock, namely the quartz oscillator 26 , were to operate in exactly synchronous fashion with the satellite clock, then the distance to the satellite could be determined directly from the position of the correlation maximum. Due to the "gait error" of the satellite clock, the output signal PS is only an apparent distance (pseudo range). However, the information from four satellites is available. From the four equations formed from this, the position of the receiver 20 on the earth's surface and the time error Δt B of the quartz oscillator can be determined by means of a processor 30 . The geographical longitude can be determined from the equations as further information.
Ein Schätzwert für den Zeitfehler ΔtB wird an einem Ausgang 32 erhalten und auf einen Zeitgenerator 34 aufge schaltet. Die geographische Länge, die an einem Ausgang 36 erhalten wird, ist auf einen Speicher 38 aufgeschaltet. An estimated value for the time error Δt B is obtained at an output 32 and switched to a time generator 34 . The geographic longitude, which is obtained at an output 36 , is applied to a memory 38 .
Der Speicher 38 enthält für die verschiedenen Zeitzonen, die von der geographischen Länge (und ggf. auch von der geographischen Breite) bestimmt sind, die Zeitdifferenzen zwischen Ortszeit (LMT) und Greenwich-Zeit (GMT). Diese Zeitdifferenzen sind über einen Ausgang 40 ebenfalls auf den Zeitgenerator 34 aufgeschaltet. Schließlich erhält der Zeitgenerator noch vom Empfänger 20 über einen Ausgang 42 das GPS-Zeitsignal.The memory 38 contains the time differences between local time (LMT) and Greenwich time (GMT) for the different time zones, which are determined by the geographical longitude (and possibly also by the geographical latitude). These time differences are also applied to the time generator 34 via an output 40 . Finally, the time generator receives the GPS time signal from the receiver 20 via an output 42 .
Die Greenwich Zeit GMT läßt sich mit Hilfe des GPS-Zeit signals und der Laufzeiten des Pseudo-Zufallscode-Signals vom Satelliten z. B. 12 zum Empfänger 20 berechnen. Die Laufzeit muß dabei um den gemessenen Fehler ΔtB des Quarzoszillators 26 als der Empfängeruhr korrigiert sind. Weiterhin wird die Greenwich-Zeit GMT um die von dem Speicher 38 für die gemessene Position ausgegebene Zeit differenz der betreffenden Zeitzone korrigiert. Daraus gibt der Zeitgenerator 34 die genaue Ortszeit (LMT) aus. Diese wird von einer Anzeigevorrichtung 44 angezeigt.The Greenwich Mean Time GMT can be signaled using the GPS time signal and the transit times of the pseudo-random code signal from the satellite. B. 12 to the receiver 20 . The running time must be corrected by the measured error Δt B of the quartz oscillator 26 as the receiver clock. Furthermore, the Greenwich Mean Time GMT is corrected by the time difference of the relevant time zone output by the memory 38 for the measured position. From this, the time generator 34 outputs the exact local time (LMT). This is displayed by a display device 44 .
Es kann auf diese Weise eine Uhr realisiert werden, die sich automatisch auf die Ortszeit einstellt und über Satellitensignale weltweit hochgenau gestützt ist.In this way, a clock can be realized that adjusts itself automatically to the local time and via Satellite signals is supported with high precision worldwide.
Claims (5)
- a) die Empfangsmittel auf den Empfang von Signalen von Navigations-Funknetzen abgestimmt sind und
- b) aus den empfangenen Signalen Funkstützsignale ableitbar sind.
- a) the receiving means are matched to the reception of signals from navigation radio networks and
- b) radio support signals can be derived from the received signals.
- a) Signalverarbeitungsmittel Positionsinformationen liefern,
- b) die Positionsinformationen auf Speichermittel geschaltet sind, in welchen für die verschiedenen Zeitzonen die Zeitdifferenzen gegenüber einer von dem Navigations-Funknetz gelieferten Zeit information gespeichert sind, und
- c) die von der Uhr angezeigte Zeit in Abhängigkeit von der Positionsinformation hinsichtlich dieser Zeitdifferenz korrigiert ist.
- a) signal processing means deliver position information,
- b) the position information is switched to storage means in which the time differences for the different time zones compared to a time information supplied by the navigation radio network are stored, and
- c) the time displayed by the clock is corrected as a function of the position information with regard to this time difference.
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