сигнал dcf что это
DCF77
DCF77 — позывной длинноволнового передатчика точного времени и частоты, обеспечивающий функционирование среди прочего часов с автоматической синхронизацией (англ. Radio controlled ), а также систем телеметрии в Европе.
Содержание
Основные положения [2]
Передатчик DCF77 находится в Майнфлингене, Германия (в 25 км к юго-востоку от Франкфурта-на-Майне) и работает на частоте 77,5 кГц с мощностью 50 кВт.
Передатчик эксплуатируется подразделением Дойче Телеком. Сигнал находится под ведением Физико-технического федерального учреждения в Брауншвайге. Посылался с 1959 года как сигнал эталонной частоты, с 1973 года стал содержать данные о дате и времени.
Точное время формируется на основании полученных данных от трёх атомных часов, погрешность составляет меньше одной секунды в один миллион лет. Точное время, передающееся с помощью передатчика DCF77, является официальным в ФРГ.
Приём сигнала DCF77 в зависимости от времени суток и года может быть осуществлён на максимальном расстоянии от 1900 (днём) до 2100 км (ночью). Известны случаи приёма сигнала передатчика DCF77 на территории Канады и Урала. По ночам на открытой местности сигнал достаточно хорошо принимается в Москве (особенно в пасмурную погоду). Большинство европейских бытовых часов с функцией радиосинхронизации времени исправно работают в Москве. Однако следует учитывать, что часы без коррекции часового пояса будут показывать центральноевропейское время.
Описание сигнала
Посылаемые ежеминутно сигналы [4] [3] содержат текущее время (в UTC+1 (MEZ)), дату (в том числе день недели). В отличие от других систем поправка UT1-UTC не передаётся.
Дополнительно содержится информация о начале и конце действия летнего времени, о сбоях в системе.
Биты данных сигнала формируются путём уменьшения амплитуды несущей на 25% в начале каждой секунды на 0,1 с («0») или на 0,2 с («1»). Продолжительность передачи всей последовательности — 59 секунд. Значения битов:
Погодные данные
Другие страны
Похожие службы точного времени существуют в Швейцарии — HBG (75 кГц), в России — RWM и другие, США — WWV, Японии и др. Содержание и форматы сигналов никак не стандартизированы и зависят от станции.
DCF77: как работает система передачи сигналов точного времени?
Наверное многие, приобретающие часы или метеостанцию, видели на упаковке логотип Radio Controlled Clock или даже Atomic Clock. Это весьма удобно, ведь достаточно поставить часы на стол, и они через некоторое время автоматически настроятся на точное время.
Разберемся как это работает и напишем декодер на языке Python.
Существуют разные системы синхронизации времени. Наиболее популярная в Европе — немецкая система DCF-77, в Японии есть своя система JJY, в США есть система WWVB, и так далее. Далее рассказ будет о DCF77, как о наиболее актуальной и доступной для приема в некоторых местах европейской части России и соседних странах (у жителей Дальнего Востока может быть противоположное мнение, впрочем они в свою очередь могут принять и проанализировать японский сигнал;).
Все написанное далее, будет про DCF77.
Прием сигнала
DCF77 это длинноволновая станция, работающая на частоте 77.5КГц, и передающая сигналы в амплитудной модуляции. Станция мощностью 50КВт расположена в 25км от Франкфурта, она начала работу еще в 1959 году, в 1973 к точному времени была добавлена информация о дате. Длина волны при частоте 77КГц весьма большая, поэтому размеры антенного поля тоже весьма приличные (фото из Википедии):
При такой антенне и подводимой мощности, зона приема охватывает практически всю Европу, Белоруссию, Украину и часть России.
Записать сигнал может каждый. Для этого достаточно зайти на онлайн-приемник http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/, выбрать там частоту 76.5КГц и USB-модуляцию. Должна открыться картинка примерно типа такой:
Там же нажимаем кнопку download и записываем фрагмент длиной в несколько минут. Разумеется, при наличии «настоящего» приемника, способного записать частоту 77.5КГц, можно использовать и его.
Конечно, принимая радиосигналы точного времени через Интернет, мы не получим действительно точное время — сигнал передается с задержкой. Но наша цель лишь понять структуру сигнала, для этого интернет-записи более чем достаточно. В реале конечно, используются специализированные устройства для приема и декодирования, о них будет сказано ниже.
Итак, мы получили запись, приступим к ее обработке.
Декодирование сигнала
Загрузим файл с помощью Python и посмотрим его структуру:
Мы видим типичную амплитудную модуляцию:
Для упрощения декодирования возьмем огибающую сигнала с помощью преобразования Гильберта:
Результат в увеличенном виде:
Сгладим выбросы от помех с помощью low-pass фильтра, заодно вычислим среднее значение, оно пригодится потом для парсинга.
Результат (желтая линия): практически прямоугольный сигнал, который довольно легко анализировать.
Парсинг
Сначала нужно получить битовую последовательность. Сама структура сигнала очень проста.
Импульсы поделены на секундные интервалы. Если расстояние между импульсами составляет 0.1с (т.е. длина самого импульса 0.9с), к битовой последовательности добавляем «0», если расстояние составляет 0.2с (т.е. длина 0.8с), добавляем «1». Конец каждой минуты обозначается «длинным» импульсом, длиной 2с, битовая последовательность при этом обнуляется, и заполнение начинается заново.
Вышенаписанное несложно записать на языке Python.
В результате получаем последовательность бит, в нашем примере для двух минут она выглядит так:
Кстати интересно, что в сигнале есть и «второй слой» данных. Последовательность бит также закодирована с помощью фазовой модуляции. Теоретически, это должно обеспечивать более устойчивое декодирование даже в случае ослабленного сигнала.
Наш последний шаг: получить собственно данные. Биты передаются раз в секунду, так что мы имеем всего 59 бит, в которых закодировано достаточно много информации:
Биты описаны в Википедии, и они довольно любопытны. Первые 15 бит не используются, хотя были планы использовать для систем оповещения и гражданской обороны. Бит A1 указывает на то, что в следующий час часы будут переведены на летнее время. Бит А2 указывает, что в следующий час будет добавлена дополнительная секунда, которая иногда используется для коррекции времени в соответствии с вращением Земли. Остальные биты кодируют часы, минуты и дату.
Для тех, кто захочет поэкспериментировать самостоятельно, код для декодирования приведен под спойлером.
Запустив программу, мы увидим примерно такой вывод:
0011110110111000001011000001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:41
0001111100110110001010100001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:42
Собственно, вот и вся магия. Плюс такой системы в том, что декодирование чрезвычайно простое, и может быть сделано на любом, самом несложном микроконтроллере. Просто считаем длину импульсов, накапливаем 60 бит, и в конце каждой минуты получаем точное время. По сравнению с другими способами синхронизации времени (GPS например, или не дай бог, Интернет:), такая радиосинхронизация практически не требует электроэнергии — для примера, обычная домашняя метеостанция работает около года от 2х батареек АА. Поэтому с радиосинхронизацией делают даже наручные часы, не говоря уже конечно, о настенных или об уличных вокзальных.
Удобство и простота DCF привлекают и любителей самоделок. Всего за 10-20$ можно купить готовый модуль из антенны с готовым приемником и TTL-выходом, который можно подключить к Arduino или другому контроллеру.
Желающие могут даже проапгрейдить старые бабушкины часы, установив в них новый механизм с радиосинхронизацией:
Найти такой можно на ebay по ключевым словам «Radio Controlled Movement».
И наконец, лайфхак для тех, кто дочитал досюда. Даже если в ближайших паре тысяч км нет ни одного передатчика радиосигнала, такой сигнал несложно сгенерировать самостоятельно. В Google Play есть программа с названием «DCF77 Emulator», которая выводит сигнал на наушники. По заверениям автора, если обмотать провод наушников вокруг часов, они поймают сигнал (интересно как, ведь обычные наушники не выдадут сигнал 77КГц, но вероятно прием идет за счет гармоник). У меня на Android 9 программа не заработала совсем — просто не было звука (а может я его не слышал — 77КГц ведь:), но может кому-то повезет больше. Некоторые впрочем, делают себе и полноценный генератор сигналов DCF, который несложно сделать на той же Arduino или ESP32:
(источник sgfantasytoys.wordpress.com/2015/05/13/synchronize-radio-controlled-watch-without-access)
Сигнал dcf что это
Добрый Всем, Камрады!
В СМИ много обсуждают и задумываются о различных сценариях БП: экономические, пандемии, войны, алиены-содомиты, восстание машин по Терминатору, Айзеку Азимову, Филиппу К. Дику, а то и Стивену Кингу =), зомбоапокалипсис, астероиды, тектонические сдвиги, климат, солнечная активность и т.п.
Но сегодня я хочу обратить Ваше внимание на проблему более приземленную, но на мой обывательский непрофессиональный взгляд не менее глобальную и опасную.
Многие ли из Вас задумывались, насколько современная техногенная цивилизация зависит от работоспособности систем навигации и.
СИНХРОНИЗАЦИИ ВРЕМЕНИ.
Большинство людей воспринимает привычный, уютный, удобный окружающий мир как само собой разумеющееся.
Но дело в том, что практически вся современная связь, интернет, транспорт, энергетика, производство, военщина, СТРОИТЕЛЬСТВО ( ВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ! ) привязаны к GPS, и это не только точное местоположение, но и синхронизация времени, без которой например на всех GSM базах гикнется синхронизация сигналов и связь накроется медным тазом..
1. Много ли людей умеют ориентироваться без навигатора?
2. Много ли есть нормальных карт на руках у населения?
3. Какие были и остались старые системы навигации и синхронизации времени?
4. Используются или насколько готовы использовать эти системы как аварийный резерв, пока будет парализовано государство?
Попробую для себя и для Вас ответить на 3-й вопрос.
1. Приводные маяки.
Приводная радиостанция (ПРС), NDB (англ. Non-Directional Beacon) представляет собой наземную радиопередающую станцию, предназначенную для радионавигации в авиации.
«..В 20 веке ОПРС были основным радионавигационным средством, обеспечивающих движение самолётов и вертолётов по воздушным трассам, однако в начале 21 веке их значение резко снизилось в связи с широким распространением новых средств радионавигации (VOR, DME, а также GPS-навигация). Например, в 2011 году в филиале ФГУП выведены из эксплуатации 15 из 20 трассовых ОПРС; в эксплуатации остались только две ОПРС в Ульяновском и три в Саратовском центре ОВД..»
Aнтенна такого маяка на платформе GORM в Cеверном море.
Провод прорисован для чёткости потемнее.
Красный Сулин. 486кгц.
2. Государственная служба времени, частот и определения параметров вращения Земли
Эталонные сигналы частоты и времени предназначены для передачи размеров единиц времени и частоты и шкалы координированного времени от государственного первоначального эталона к образцовым и рабочим средствам измерения с целью обеспечения единства измерения в стране. Для передачи эталонных сигналов государственная служба времени и частоты использует разветвленную сеть средств передачи, которая включает в себя радиостанции ОНЧ, НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов как специализированные, так и другого назначения (вещательные, навигационные и т.п., передающие эти сигналы на вторичной основе), а также телевидение и сеть звукового вещания.
Специализированные радиостанции РБУ и РВМ.
Радиоцентр N9 (бывший N11). Сигналы точного времени поступают от атомных часов.
Фото непосредственно с места:
Фото официальных источников:
Общий вид передатчика.
Комната оперативного персонала.
Частоты:
66.6 кГц
( не спрашивайте меня почему такая частота.. )
4996, 9996, 14996 кгц.
Запись передачи позывного РВМ и переход в рабочий режим
http://www.radioscanner.ru/fil. 17h_4996khz.wav
Частоты и расписание передач радиостанций стандартных частот и времени в других городах.
http://www.radioscanner.ru/bands/document23/
3. Зарубежный аналог это DCF.
D = german; C = long wave signal; F = frankfurt; 77 = frequency
Передатчик DCF77 находится в Майнфлингене, Германия (в 25 км к юго-востоку от Франкфурта-на-Майне) и работает на частоте 77,5 кГц с мощностью 50 кВт.
Передатчик эксплуатируется подразделением Дойче Телеком. Сигнал находится под ведением Физико-технического федерального учреждения в Брауншвайге. Посылался с 1959 года как сигнал эталонной частоты, с 1973 года стал содержать данные о дате и времени.
Точное время формируется на основании полученных данных от трёх атомных часов, погрешность составляет меньше одной секунды в один миллион лет. Точное время, передающееся с помощью передатчика DCF77, является официальным в ФРГ.
Приём сигнала DCF77 в зависимости от времени суток и года может быть осуществлён на максимальном расстоянии от 1900 (днём) до 2100 км (ночью). Известны случаи приёма сигнала передатчика DCF77 на территории Канады и Урала. По ночам на открытой местности сигнал достаточно хорошо принимается в Москве (особенно в пасмурную погоду). Большинство европейских бытовых часов с функцией радиосинхронизации времени исправно работают в Москве. Однако следует учитывать, что часы без коррекции часового пояса будут показывать центральноевропейское время.
Передатчик LORAN в заливе Кембридж, Канада (высота 189 м)
В ноябре 2009 года береговая охрана США объявила, что система LORAN-C не требуется для морской навигации. Это решение ставило дальнейшее существование LORAN и eLORAN в США на усмотрение секретаря министерства национальной безопасности США. В соответствии с актом об ассигнованиях министерства национальной безопасности США береговая охрана США прекратила передачу всех сигналов LORAN-C 8 февраля 2010 года. Это прекращение не затронуло участие США в российско-американской или канадской сети Canadian LORAN-C. Участие США в этих сетях продолжилось временно в соответствии с международными соглашениями.
Пользователям системы LORAN-C было рекомендовано для навигации использовать систему GPS. С 1 августа 2010 года была прекращена работа американских станций LORAN-C в составе российско-американской цепи, а с 3 августа 2010 года и в составе американо-канадской цепи. Таким образом в настоящее время работа системы LORAN-C на территории США полностью завершена.
6.«Чайка»
— импульсно-фазовая радионавигационная система длинноволнового диапазона, предназначенная для определения координат самолётов и кораблей с погрешностью 50. 100 м. Система была разработана в 1958 г. по заказу ВВС СССР и является российским аналогом американской системы Loran-C. Главный конструктор Э. С. Полторак.
Зона покрытия систем и LORAN-C
Отечественные станции систем входят в состав международных (объединенных) радионавигационных цепей:
Российско-Американская;
Российско-Белоруско-Украинская цепь;
Российско-Норвежская цепь;
Радионавигационные цепи Дальневосточной радионавигационной службы:
Российско-Японская цепь.
Корейско-Японско-Российская цепь
DCF77: как работает система передачи сигналов точного времени?
Наверное многие, приобретающие часы или метеостанцию, видели на упаковке логотип Radio Controlled Clock или даже Atomic Clock. Это весьма удобно, ведь достаточно поставить часы на стол, и они через некоторое время автоматически настроятся на точное время. 
Разберемся как это работает и напишем декодер на языке Python.
Существуют разные системы синхронизации времени. Наиболее популярная в Европе — немецкая система DCF-77, в Японии есть своя система JJY, в США есть система WWVB, и так далее. Далее рассказ будет о DCF77, как о наиболее актуальной и доступной для приема в некоторых местах европейской части России и соседних странах (у жителей Дальнего Востока может быть противоположное мнение, впрочем они в свою очередь могут принять и проанализировать японский сигнал;).
Все написанное далее, будет про DCF77.
Прием сигнала
DCF77 это длинноволновая станция, работающая на частоте 77.5КГц, и передающая сигналы в амплитудной модуляции. Станция мощностью 50КВт расположена в 25км от Франкфурта, она начала работу еще в 1959 году, в 1973 к точному времени была добавлена информация о дате. Длина волны при частоте 77КГц весьма большая, поэтому размеры антенного поля тоже весьма приличные (фото из Википедии): 
При такой антенне и подводимой мощности, зона приема охватывает практически всю Европу, Белоруссию, Украину и часть России.
Записать сигнал может каждый. Для этого достаточно зайти на онлайн-приемник http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/, выбрать там частоту 76.5КГц и USB-модуляцию. Должна открыться картинка примерно типа такой:
Там же нажимаем кнопку download и записываем фрагмент длиной в несколько минут. Разумеется, при наличии «настоящего» приемника, способного записать частоту 77.5КГц, можно использовать и его.
Конечно, принимая радиосигналы точного времени через Интернет, мы не получим действительно точное время — сигнал передается с задержкой. Но наша цель лишь понять структуру сигнала, для этого интернет-записи более чем достаточно. В реале конечно, используются специализированные устройства для приема и декодирования, о них будет сказано ниже.
Итак, мы получили запись, приступим к ее обработке.
Декодирование сигнала
Загрузим файл с помощью Python и посмотрим его структуру:
Мы видим типичную амплитудную модуляцию: 
Для упрощения декодирования возьмем огибающую сигнала с помощью преобразования Гильберта:
Результат в увеличенном виде: 
Сгладим выбросы от помех с помощью low-pass фильтра, заодно вычислим среднее значение, оно пригодится потом для парсинга.
Результат (желтая линия): практически прямоугольный сигнал, который довольно легко анализировать. 
Парсинг
Сначала нужно получить битовую последовательность. Сама структура сигнала очень проста. 
Импульсы поделены на секундные интервалы. Если расстояние между импульсами составляет 0.1с (т.е. длина самого импульса 0.9с), к битовой последовательности добавляем «0», если расстояние составляет 0.2с (т.е. длина 0.8с), добавляем «1». Конец каждой минуты обозначается «длинным» импульсом, длиной 2с, битовая последовательность при этом обнуляется, и заполнение начинается заново.
Вышенаписанное несложно записать на языке Python.
В результате получаем последовательность бит, в нашем примере для двух секунд она выглядит так:
Кстати интересно, что в сигнале есть и «второй слой» данных. Последовательность бит также закодирована с помощью фазовой модуляции. Теоретически, это должно обеспечивать более устойчивое декодирование даже в случае ослабленного сигнала.
Наш последний шаг: получить собственно данные. Биты передаются раз в секунду, так что мы имеем всего 59 бит, в которых закодировано достаточно много информации: 
Биты описаны в Википедии, и они довольно любопытны. Первые 15 бит не используются, хотя были планы использовать для систем оповещения и гражданской обороны. Бит A1 указывает на то, что в следующий час часы будут переведены на летнее время. Бит А2 указывает, что в следующий час будет добавлена дополнительная секунда, которая иногда используется для коррекции времени в соответствии с вращением Земли. Остальные биты кодируют часы, минуты, секунды и дату.
Для тех, кто захочет поэкспериментировать самостоятельно, код для декодирования приведен под спойлером.
Запустив программу, мы увидим примерно такой вывод:
0011110110111000001011000001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:41
0001111100110110001010100001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:42
Собственно, вот и вся магия. Плюс такой системы в том, что декодирование чрезвычайно простое, и может быть сделано на любом, самом несложном микроконтроллере. Просто считаем длину импульсов, накапливаем 60 бит, и в конце каждой минуты получаем точное время. По сравнению с другими способами синхронизации времени (GPS например, или не дай бог, Интернет:), такая радиосинхронизация практически не требует электроэнергии — для примера, обычная домашняя метеостанция работает около года от 2х батареек АА. Поэтому с радиосинхронизацией делают даже наручные часы, не говоря уже конечно, о настенных или об уличных вокзальных.
Удобство и простота DCF привлекают и любителей самоделок. Всего за 10-20$ можно купить готовый модуль из антенны с готовым приемником и TTL-выходом, который можно подключить к Arduino или другому контроллеру. 
Желающие могут даже проапгрейдить старые бабушкины часы, установив в них новый механизм с радиосинхронизацией:
Найти такой можно на ebay по ключевым словам «Radio Controlled Movement».
И наконец, лайфхак для тех, кто дочитал досюда. Даже если в ближайших паре тысяч км нет ни одного передатчика радиосигнала, такой сигнал несложно сгенерировать самостоятельно. В Google Play есть программа с названием «DCF77 Emulator», которая выводит сигнал на наушники. По заверениям автора, если обмотать провод наушников вокруг часов, они поймают сигнал (интересно как, ведь обычные наушники не выдадут сигнал 77КГц, но вероятно прием идет за счет гармоник). У меня на Android 9 программа не заработала совсем — просто не было звука (а может я его не слышал — 77КГц ведь:), но может кому-то повезет больше. Некоторые впрочем, делают себе и полноценный генератор сигналов DCF, который несложно сделать на той же Arduino или ESP32:
(источник sgfantasytoys.wordpress.com/2015/05/13/synchronize-radio-controlled-watch-without-access)