DE4202435C2 - Funkgestützte Uhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine funkgestützte Uhr.

Funkgestützte Uhren bestehen aus einem Uhrwerk, einer Zeitanzeige, einer Antenne, Empfangsmittel zum Empfang von Funksignalen und Mittel zur Korrektur der Zeitanzeige. Die Ganggenauigkeit der funkgestützten Uhr wird mit Funksignalen gestützt, die von einem Sender ausgesandt werden, welche Zeitsignale hoher Genauigkeit aussendet. Eine solche funkgestützte Uhr ist in DE 38 22 412 C2 beschrieben.

Aus DE 38 22 412 C2 ist auch ein Verfahren zum automatischen Stellen autonomer Funkuhren bekannt. Von Hauptuhren werden Sender- Zeitsignale ausgestrahlt, welche eine Zeitreferenz und die "Koordinierte Weltzeit" UTC enthalten. Durch Aussenden von Kalenderinformationen und weiterer Zusatzinformationen über den Signalursprung von den jeweiligen Hauptuhren, kann die Funkuhr auch über die Grenzen der Zeitzonen benützt werden.

Nachteilig bei solchen Uhren ist die Tatsache, daß die Sender- Zeitsignale nur im Ausbreitungsbereich des betreffenden Senders empfangen werden können. Das ist etwa ein Umkreis von 1500 km. Ein weltweiter Einsatz solcher funkgestützten Uhren erfordert also eine große Anzahl von Hauptuhren.

Es sind Navigationssysteme bekannt, (z. B. "Principle of Operation of NAVSTAR and System Characteristics, von R. J. Milliken und J. Zoller sowie "Performance Enhancements of GPS User Equipment" von N. B. Hemesath, beide veröffentlicht in "Global Positioning System" von The Institute of Navigation, 1980), 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 und der Zeitfehler bestimmt werden.

Es sind weiterhin mit Langwelle arbeitende Navigations­ systeme wie das LORAN-Verfahren oder das OMEGA-Verfahren bekannt. Auch diese dienen ausschließlich der Positions­ bestimmung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von Navigations-Funknetzen funkgestützte Uhr so auszubilden, daß sie sich automatisch auf die verschiedenen Zeitzonen einstellt, in denen sie gerade betrieben wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine funkgestützte Uhr nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

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.

Es ist bekannt, von den Empfängern eines Navigations-Funknetzes auch Zeitinformationen zu erhalten. Nach der Erfindung wird aber die Zeitinformation, die eine weltweit gleiche "GPS-Zeit" liefert, mit der von dem Navigations-Funknetz ebenfalls verfügbaren Position zu einer automatischen Einstellung der zeitzonenabhängigen Ortszeit kombiniert. Es wird so eine funkgestützte Uhr erhalten, die weltweit automatisch die jeweilige Ortszeit anzeigt, ohne daß der Benutzer dazu irgendwelche Manipulationen an der Uhr vornehmen müßte.

Vorteilhafterweise sind die Empfangsmittel zum Empfang und zur Verarbeitung von GPS-Satellitensignalen eingerichtet.

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.

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.

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 Δ t_B behaftet. Das ist durch den Pfeil 28 angedeutet.

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 PR 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 Δ t_B des Quarz­ oszillators bestimmen. Als weitere Information kann aus den Gleichungen die geographische Länge bestimmt werden.

Ein Schätzwert für den Zeitfehler Δ t_B 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.

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.

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 Δ t_B 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.

Es kann auf diese Weise eine Uhr realisiert werden, die sich automatisch auf die Ortszeit einstellt und über Satellitensignale weltweit hochgenau gestützt ist.

Claims (2)

1. Funkgestützte Uhr mit einem Uhrwerk (26), einer Zeitanzeige (44), einer Antenne (10), Empfangsmittel (20) zum Empfang von Funksignalen von Navigations-Funknetzen, Mittel (30) zur Bestimmung von Positions- und Zeitinformationen aus den Funksignalen, Mittel (38) zur Bestimmung der Zeitzone aus den Positionsinformationen und Mittel (34) zum Anpassen der Zeitanzeige (44) an die der bestimmten Position entsprechende Zeitzone.

2. Funkgestützte Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsmittel (20) zum Empfang und zur Verarbeitung von GPS- Satellitensignalen eingerichtet sind.