Wissenwertes
Erfahren Sie hier Wissenswertes aus der Welt der Uhren und Zeitsysteme.
GMT = UT1
Greenwich Mean Time (auch bekannt als ZULU TIME) ist fast identisch zur UTC. GMT leitet sich von der Erdumdrehung ab. Im Gegensatz dazu leitet sich UTC von hochgenauen Atomuhren ab. Mit Schaltsekunden wird GMT immer wieder an UTC angeglichen.
GPS
Das Global Positioning System ist ein satellitengestütztes System zur Radioortung, Navigation und Zeitübertragung. Dieses System wurde vom Verteidigungsministerium der USA (US Departement Of Defense) installiert und arbeitet mit zwei Genauigkeitsklassen: den Standard Positioning Services (SPS) und den Precise Positioning Services (PPS).
Die Struktur der gesendeten Daten des SPS ist veröffentlicht und der Empfang zur allgemeinen Nutzung freigegeben worden, während die Zeit- und Navigationsdaten des noch genaueren PPS verschlüsselt gesendet werden und daher nur bestimmten (meist militärischen) Anwendern zugänglich sind.
Das Prinzip der Orts- und Zeitbestimmung mit Hilfe eines GPS-Empfängers beruht auf einer möglichst genauen Messung der Signallaufzeit von den einzelnen Satelliten zum Empfänger. 21 aktive GPS-Satelliten und drei zusätzliche Reservesatelliten umkreisen die Erde auf sechs Orbitalbahnen in 20.000 km Höhe einmal in ca. 12 Stunden. Dadurch wird sichergestellt, dass zu jeder Zeit an jedem Punkt der Erde mindestens vier Satelliten in Sicht sind. Vier Satelliten müssen zugleich zu empfangen werden, damit der Empfänger seine Position im Raum (x, y und z) und die Abweichung seiner Uhr von der GPS-Systemzeit ermitteln kann.
Kontrollstationen auf der Erde vermessen die Bahnen der Satelliten und registrieren die Abweichungen der an Bord mitgeführten Atomuhren von der GPS-Systemzeit. Die ermittelten Daten werden zu den Satelliten hinaufgefunkt und von diesen als Navigationsdaten wieder zurück zur Erde gesendet. Die hochpräzisen Bahndaten der Satelliten, genannt Ephemeriden, werden benötigt, damit der Empfänger zu jeder Zeit die genaue Position der Satelliten im Raum berechnen kann. Ein Satz Bahndaten mit reduzierter Genauigkeit wird Almanach genannt. Mit Hilfe der Almanachs berechnet der Empfänger bei ungefähr bekannter Position und Zeit, welche der Satelliten vom Standort aus über dem Horizont sichtbar sind. Jeder der Satelliten sendet seine eigenen Ephemeriden sowie die Almanachs aller existierender Satelliten aus.
Die GPS-Systemzeit ist eine lineare Zeitskala, die bei Inbetriebnahme des Satellitensystems im Jahre 1980 mit der internationalen Zeitskala UTC gleichgesetzt wurde. Seit dieser Zeit wurden jedoch in der UTC-Zeit mehrfach Schaltsekunden eingefügt, um die UTC-Zeit der Änderung der Erddrehung anzupassen. Aus diesem Grund unterscheidet sich heute die GPS-Systemzeit um eine ganze Anzahl Sekunden von der UTC-Zeit. Die Anzahl der Differenzsekunden ist jedoch im Datenstrom der Satelliten enthalten, sodass der Empfänger intern synchron zur internationalen Zeitskala UTC laufen kann. Umrechnung der UTC-Zeit in die Ortszeit sowie Bestimmung von Beginn und Ende der Sommerzeit werden vom Mikroprozessor des Empfängers ausgeführt, da die dazu benötigten Informationen nicht im Datenstrom der Satelliten enthalten sind.
Gregorianischer Kalender
Drei natürliche Zeitmaße bestimmen unseren Lebensrhythmus und werden im Kalender miteinander verknüpft:
1) das Jahr (a), die Umlaufzeit der Erde um die Sonne;
2) der Monat (m), die Umlaufzeit des Mondes um die Erde;
3) der Tag (d), die Dauer des mittleren Sonnentages.
Leicht wäre es, einen Kalender aufzustellen, wenn die Zahlenverhältnisse m/d und a/d ganzzahlig wären. Tatsächlich fallen aber im Mittel in das tropische Jahr 365,2422 Tage und 29,5306 Tage in den synodischen Monat. Hierbei ist das tropische Jahr die Zeit, welche die Erde braucht, um bei ihrem Umlauf um die Sonne den Punkt der Frühlings-Tag-und-Nacht-Gleiche, den sog. Frühlingspunkt, zweimal zu passieren. Der synodische Monat (von griechisch Synode, Zusammenkunft) bezeichnet das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Neumonden (Neumond: Mond und Sonne stehen, von der Erde aus betrachtet zusammen in einer Blickrichtung). Weitere Informationen
DCF77
Der Name DCF77 ist durch internationale Vereinbarungen entstanden, er setzt sich aus den Buchstaben D für Deutschland, C als Kennzeichen eines Langwellensenders und F wegen der Nähe zu Frankfurt zusammen. 77 steht für die verwendete Sendefrequenz. Die Kennung DCF77 wird dreimal stündlich, als Morsezeichen, während der Minuten 19, 39 und 59 gesendet. Jeder Sender, dessen Reichweite über die Landesgrenzen reicht, muss ein solches Rufzeichen aussenden.
Der Sender befindet sich in Mainflingen ( 50º 01' Nord, 09º 00' Ost, ca. 25 km südöstlich von Frankfurt) und wird durch die Atomuhrenanlage der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig gesteuert. Er sendet in Sekundenimpulsen codiert die aktuelle Uhrzeit, das Datum und den Wochentag. Innerhalb jeder Minute wird einmal die komplette Zeitinformation übertragen.
Die hochkonstante Trägerfrequenz des Zeitsignals beträgt 77,5 kHz. Zu Beginn jeder Sekunde wird die Trägeramplitude für 0,1 s oder 0,2 s auf ca. 25 % abgesenkt. Die so erzeugten Sekundenmarken enthalten binär codiert die Zeitinformation. Sekundenmarken mit einer Dauer von 0,1 s entsprechen einer binären “0” und solche mit 0,2 s einer binären “1”. Die Information über die Uhrzeit und das Datum sowie einige Parity- und Statusbits finden sich in den Sekundenmarken 15 bis 58 jeder Minute. Durch das Fehlen der 59. Sekundenmarke wird die Minutenmarke angekündigt.
Zusätzlich zur Amplitudenmodulation wird der Träger von DCF77 mit einem Phasenrauschen moduliert. Dieses Rauschen ist eine pseudozufällige Folge (PZF) von 512 Bits, die zwischen den AM-Sekundenmarken übertragen werden. Die gesamte Bitfolge hat einen symmetrischen Verlauf, sodass die beiden Logikzustände in gleicher Anzahl auftreten. Dadurch bleibt die Trägerphase im Mittel konstant. Das PZF-Signal kann breitbandig empfangen und mit einer empfängerseitig reproduzierten PZF korreliert werden. Dieses aus der Satellitentechnik stammende Verfahren ermöglicht eine Zeitbestimmung mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrosekunden und ist daher der herkömmlichen AM-Empfangstechnik weit überlegen.
Decodierung DCF77
M Minutenmarke (0,1s)
R Aussendung über Reserveantenne
A1 Ankündigung Beginn/Ende der Sommerzeit
Z1, Z2 Zeitzonenbits
Z1, Z2 = 0, 1: Standardzeit (MEZ)
Z1, Z2 = 1, 0: Sommerzeit (MESZ)
A2 Ankündigung einer Schaltsekunde
S Startbit der codierten Zeitinformation (0,2s)
P1, P2, P3 Prüfbits
FSK
Frequency Shift Keying (Frequenzumtastung) ist ein Modulationsverfahren, bei dem die Amplitude der Trägerfrequenz konstant ist (deshalb sehr störsicher) und die zu übertragende Information durch einen Phasensprung der Trägerfrequenz codiert wird.
IRIG B
IRIG-B ist ein amplitudenmoduliertes Übertragungsverfahren, das pro Sekunde 1 Rahmen mit je 100 Elementen überträgt. Pro Rahmen werden Sekunde, Minute, Stunde, Tage (0-99, Tage100 (0-3) und noch 5 weitere Informationen übertragen.
Rahmenlänge = 1 s
Elementlänge = 10 ms
Es gibt drei Elementtypen:
Binäre Null (0)
Binäre Eins (1)
Positionsmerker (P)
Jeder Rahmen beginnt mit zwei aufeinanderfolgenden Positionsmerkern, die als Referenzmerker (R) benutzt werden. Jeder Rahmen wird in 10 Elementsätze aufgeteilt. Jeder Satz enthält 2 BCD codierte Zahlen, die mit "0" und einem Positionsmerker voneinander getrennt sind.
Koordinierte Weltzeit und Schaltsekunden
Die koordinierte Weltzeit UTC ist die einheitliche Grundlage für die Zeitbestimmung in unserem täglichen Leben. UTC wird vom Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIMPM) in Paris verbreitet. UTC nennt man eine Atomzeitskala, weil ihr Skalenmaß, die Sekunde, auf der Basis einer atomaren Schwingung im Cäsium definiert ist. UTC wird mit Atomuhren realisiert.
Bis 1956 wurde die Weltsekunde von der Rotation der Erde um ihre Achse definiert (UT1 = mittlere Sonnenzeit am Meridian durch Greenwich). Durch die Gezeiten wird die Erdrotation gebremst. Das bedeutet, dass die Tageslänge und somit auch die Weltsekunde Schwankungen unterliegt.
Seit 1967 beruht die gesetzliche Zeit auf der Definition der Atomsekunde (siehe oben).
Die Schwankungen der Erdrotation werden durch sogenannte Schaltsekunden ausgeglichen. Die Schaltsekunden sind nicht langfristig vorhersehbar, sondern werden auf Grund der Beobachtung der Erdrotation bestimmt. Die Einführung der Schaltsekunde geschieht weltweit zum gleichen Zeitpunkt in die Zeitskala UTC. Bevorzugt zum Jahreswechsel oder in der Mitte des Jahres. Die Verantwortung hierfür liegt beim Internationalen Earth Rotation Service (IERS) mit Sitz in Paris.
Genauere Informationen siehe: http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/earthor/utc/leapsecond.html
Lokalzeit
Zeit des momentanen Standortes = UTC plus Versatz durch die Zeitzonen.
LON
Netzwerktechnologie der Fa. Echelon
Zweidrahtbussystem, bei dem alle angeschlossenen Geräte mit einem Neuron Chip an das Bussystem zugeschaltet werden. Es können die verschiedensten Steuerbefehle übertragen werden. Daher ist es möglich Beleuchtungen, Schließsysteme, Rolltreppen, Lüftungen, Uhren, Lifte, etc. über eine Busleitung zu steuern. Mit der LON-Technologie ist es möglich, Uhrennetzwerke aus digitalen und selbstrichtenden Analoguhren aufzubauen.
MESZ
Mitteleuropäische Sommerzeit = UTC plus 2 Stunden
MEZ
Mitteleuropäische Zeit = UTC plus 1 Stunde
Normalzeit
Lokalzeit ohne Sommer-/Winterzeitumschaltung
NTP
Das Network Time Protocol ist ein Standard zur Synchronisierung von Uhren in Computersystemen über paketbasierte Kommunikationsnetze. NTP verwendet das verbindungslose Transportprotokoll UDP. Es wurde speziell entwickelt, um zuverlässige Zeitvergaben über Netzwerke mit variabler Paketlaufzeit zu ermöglichen.
RDS
Radio Data System ist ein Verfahren zur Übertragung von Daten mit dem Audiosignal von Hörfunksendern.
Sonnenzeit
Die Erde dreht sich nicht in einer exakten Kreisbahn um die Sonne. Daher steht die Sonne um 12:00 Uhr mittags nicht immer am höchsten Punkt. Dieser Unterschied kann bis zu 20 Minuten betragen.
UTC
Coordinated Universal Time, die sich von hochgenauen Atomuhren ableitet.
