DE2644895A1

DE2644895A1 - Digitaluhrsystem

Info

Publication number: DE2644895A1
Application number: DE19762644895
Authority: DE
Inventors: Joseph Victor Cateora; Dicky Dexter Davis; Donald Wayne Hanson
Original assignee: United States Department of Commerce
Current assignee: United States Department of Commerce
Priority date: 1976-02-13
Filing date: 1976-10-05
Publication date: 1977-08-18
Also published as: SE416082B; NL7613069A; AU505479B2; JPS5299865A; AU1838576A; ES453392A1; DK512876A; GB1526467A; FR2341155A1; US4014166A; BE850124A; CA1024357A; IL50888A; IL50888A0; NO763904L; IT1086851B; SE7612705L

Description

Anmelder: United States Department of Commerce

National Technical Information Service

425 13th Street, N.W., Washington, D.C. 20004 / USA

Digitaluhrsystem

Die Erfindung betrifft ein Digitaluhrsystem, insbesondere ein Digitaluhrsystem, welches von einem Zeitkode gesteuert wird, der von einem die Erde umkreisenden Satelliten übertragen wird.

Es besteht seit langem ein Bedürfnis nach einem System zur Verteilung einer genauen Zeitkodeinformation zwischen einer Mutteruhr einerseits und einer Vielzahl von an verschiedenen Orten angeordneten ferngesteuerten Uhren andererseits. Es werden z.B. Satelliten dazu verwendet, von entfernten Beobachtungspunkten, wie BoJen, automatischen Wetterstationen, Ballons, Flugzeugen und Schiffen, Daten zu sammeln. Solche abgelegenen Stationen benötigen eine genaue Information, um den gesammelten Daten die genaue Jahreszeit zuordnen zu können, damit die Daten von den Satelliten richtig übertragen und richtig verwertet werden können. Darüberhinaus wird die genaue Jahreszeit von Schiffen und Flugzeugen für

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Navigationszwecke benötigt. Es gibt eine Vielzahl von Versuchen, ferngesteuerte Uhren mit einer Mutteruhr zu synchronisieren. Solche Systeme sind z.B. in den US-Patentschriften 3.728.485, 3.648.173 und 3-751.900 beschrieben. Bei jedem dieser Systeme wird von einem kreisenden Satelliten ein Signal übertragen, welches einen genauen Zeit-"Piep" enthält. Dieser Zeit-"Piep" wird in regelmäßigen Intervallen übertragen und in der entfernten Station zur entsprechenden Einstellung der Zeituhr verwendet. Bei allen diesen Systemen ist es sehr schwierig und problematisch, die lokale Uhr anfangs mit der Hauptuhr zu synchronisieren. Außerdem kann jede Unterbrechung des Empfanges in der lokalen Uhr dazu führen, daß die Zeitsynchronisation wieder verloren geht.

Eine Anzahl von synchronen meteorologischen Satelliten (SMS) unter der Leitung des National Aeronautics and Space Administration und von Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) unter der Leitung der National Oceanic and Atmospheric Administration, überträgt Jahreszeitinformation, welche in Multiplexweise mit anderen Daten verschachtelt ist, die in dieser Beschreibung nicht diskutiert werden. Die Zeitinformation wird von diesen Satelliten mit einer höchst präzisen Datengeschwindigkeit übertragen.

Insbesondere wird von diesen Satelliten alle 30 Sekunden eine Zeitkodenachricht übertragen, welche die Jahreszeit enthält und welche bei jeder vollen und bei jeder halben Minute beginnt. Die während jeder Periode von 30 Sekunden übertragenen Daten werden im folgenden als Datenaufzeichnung bezeichnet. Die vollständige Zeitkodenachricht ist beim Sender in vier Bitsegmenten unterteilt, welche in dem Datenstrom mit einer festen Bitmuster-Synchronisationssequenz und mit zusätzlichen Daten, welche von der Erfindung nicht verwendet werden, verschachtelt sind. Jeder Abschnitt des

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übertragenen Datenstroms enthält ein 4-Bit-Zeitkodesegment, welches im folgenden als Datenblock bezeichnet wird. Die vollständige Zeitkodenachricht kann durch Lokalisierung der Zeitkodesegmente innerhalb des Datenstromes zusammengesetzt werden, indem der Anfang der Zeitkodenachricht bestimmt und aufeinanderfolgende Segmente so lange gespeichert werden, bis die vollständige Nachricht zusammengesetzt ist. Der Datenstrom wird mit einer präzisen Datengeschwindigkeit übertragen und bildet seinerseits eine genaue Zeitbasisaufzeichnung.

Gemäß der Erfindung ist ein Digitaluhrsystem vorgesehen, welches das genannte Zeitinformationssignal empfängt, dekodiert und die Jahreszeitinformation zur weiteren Verwendung anzeigt. Außer der Jahreszeitinformation übertragen die Satelliten Information bezüglich ihrer eigenen Navigationsposition, so daß das Digitaluhrsystem auch diese Position anzeigen kann, damit die Zeitverzögerungen zwischen Sendung und Empfang der Daten berechnet werden können.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird diese mit Hilfe eines fest programmierten Mikrocomputers verwirklicht. Das System tastet den Datenstrom nach den festen Bitsynchronisationsmustern ab, um die Zeitkodesegmente innerhalb des Datenstromes zu lokalisieren. Die Zeitkodesegmente, welche am Anfang der Zeitkodenachricht stehen, enthalten ein weiteres Synchronisations-Bitmuster, welches dem System die sichere Feststellung des Beginns der Zeitkodenachricht ermöglicht. Die Digitaluhr setzt die einzelnen Zeitkodesegmente zu einer vollständigen Zeitkodenachricht zusammen und zeigt diese Nachricht in digitaler Form an.

Ein örtlicher Oszillator, welcher einen Teil des Digitaluhrsystems bildet, ist mit der präzisen Datengeschwindigkeit des empfangenen Datenstromes phasengekoppelt. Nach

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Empfang, Zusammensetzung und Anzeige der ersten in dem Datenstrom von dem System lokalisierten Zeitkodenachricht mißt das Digitaluhrsystem die laufende Zeit, indem es die von dem phasengekoppelten, örtlichen Oszillator erzeugten Impulse mißt. Das Digitaluhrsystem empfängt ferner Zeitkodenachrichten und vergleicht diese mit der, durch die Zählung der Taktimpulse, laufend gemessenen Zeit. Falls der Vergleich erfolgreich ist, d.h. wenn diese beiden Zeiten koinzidieren, geschieht nichts. Falls jedoch beim Vergleich ein Fehler gefunden wird, registriert das System diese Tatsache, arbeitet aber ungestört weiter. Nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Fehlern festgestellt worden ist, resynchronisiert das System sich selbst mit dem Datenstrom und stellt seinen Zeitzähler so ein, daß Koinzidenz mit der empfangenen Zeitkodenachricht erzielt wird. Falls eine Unterbrechung beim Empfang des Datenstromes stattfindet, fährt das Digitaluhrsystem damit fort, ungestört die Impulse zu zählen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Relation zwischen der Mutteruhr und den ferngesteuerten Digitaluhren,

Fig. 2 und 2(a) schematische Darstellungen des Formats der von den Satelliten übertragenen Daten,

Fig. 3(a), 3(b) und 4 Flußdiagramme, welche die von

dem Digitaluhrsystem getroffenen logischen Entscheidungen darstellen,

Fig. 5 ein Blockdiagramm des Digitaluhrsystems und

Fig. 6 ein schematisches Blockdiagramm, welches die von der in Fig. 5 gezeigten Uhr ausgegebene Sichtanzeige darstellt.

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In Fig. 1 ist in stark vereinfachter Form ein Beispiel der Konfiguration des erfindungsgemäßen Digitaluhrsystems dargestellt. Eine genaue Zeitquelle, nämlich eine Atomuhr 10, umfaßt Sender 12 mit Jahreszeitinformation. Die Sender 12 kombinieren die Zeitkodeinformation mit der Information bezüglich der laufenden Satellitenposition und der Adresse des abzufragenden Datensammelpunktes. Dieses Signal wird auf dem S-Band zu den Satelliten 14 und 16 übertragen, und von dort zu den Datensammelpunkten auf der Erde. Beispiele für solche Datensammelpunkte sind hydrologische Stationen 18, eine seismische Station 20, eine Tsunami-Station 22, Seebojen bei 24, Meeresschiffe bei 26 und Flugzeuge bei 27.

Die Empfänger an den Datensammelpunkten sind von herkömmlicher Bauart und umfassen üblicherweise einen Demodulator mit einem Phasenkoppelkreis mit einer Mitlauf-Bandbreite von 20 Hz,und einen Regelkreis zur Wiedergewinnung der Zeitsteuerung, der zur Ableitung von Datentakten für die Synchronisierung der Symbolabtastung dient. Die Ausgabezeichen der Empfänger umfassen sowohl Datenausgabe als auch Datentaktausgabe, welche von dem erfindungsgemäßen Digitaluhrsystem verwendet werden, wie es weiter unten beschrieben wird. Die Zeitverzögerung eines von den Sendern 12 ausgesendeten und von den Satelliten 14 und 16 zur Erde zurück übertragenen Signals liegt in der Größenordnung von 260.000 MikroSekunden. Genaue Zeitverzögerungen können mit Hilfe der Kenntnis der Satellitenposition berechnet werden, und diese Verzögerungen können - obwohl dies nicht ein Teil des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist - mit Hilfe der erfindungsgemäßen Digitaluhr berechnet und zur automatischen Zeitkorrektur verwendet werden.

In den Fig. 2 und 2(a) ist das Format der übertragenen Daten dargestellt. Die Daten werden seriell mit einer Geschwindig-

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keit von 100 Bit pro Sekunde übertragen, wobei jede Gruppe von 50 Bit als ein Block bezeichnet wird. Jeder dieser Blöcke erfordert eine Übertragungszeit von 500 Millisekunden. Jeder Block besteht aus einem Zeitkodesegment aus 4 Bit, aus einem Synchronisationskode der maximalen Längensequenz (MLS), welcher 15 Bit umfaßt, und aus einer Abfrageadresse, bestehend aus 31 Bit. Dieses Format ist in der Fig. 2(a) dargestellt, welche einen Ausschnitt des in Fig. 2 gezeigten Zeitkodeformats in vergrößertem Maßstab darstellt. Jedes Zeitkodesegment ist ein Teil der gesamten Zeitkodenachricht, welche von der Digitaluhr während einer Periode von 30 Sekunden kompiliert wird. Der "MLS-SYNC"-Kode ist eine vorbestimmte, feste Bitfolge, welche in jedem Block wiederholt wird, und er ermöglicht es dem Empfänger, die Lage der Zeitkodesegmente und der Abfrageadressensegmente innerhalb des Datenstromes zu bestimmen. Nachdem die Digitaluhr den MLS-Kode erkannt hat, kann das Zeitkodesegment eines jeden Blockes durch überspringen von 31 Bit lokalisiert, extrahiert und zu der gesamten Zeitkodenachricht rekonstruiert werden. Die Zeitkodenachricht besteht aus 10 Wortsegmenten für die Zeitkodesynchronisation, welchen 8 Jahreszeitsegmente, 2 Korrektursegmente und 13 Satellitenpositionssegmente folgen. Wie man in Fig. 2 sieht, erfordert die Übertragung der gesamten Zeitkodenachricht lediglich 16 1/2 Sekunden. Die übrigen 13 1/2 Sekunden der 30 Sekunden währenden Aufzeichnungsperiode werden bei der vorliegenden Erfindung nicht verwertet.

Die Synchronisation zwischen dem übertragenen Datenstrom und dem Digitaluhrempfänger geschieht auf zwei Ebenen. In der ersten Ebene muß der Empfänger bestimmen, wo die 4-Bit-Zeitkodesegmente innerhalb des Datenstromes angeordnet sind. Diese Bestimmung geschieht durch Bezugnahme auf den "MLS-SYNC"-Kode. Nachdem die aus 4 Bit bestehenden Zeitkodesegmente lokalisiert worden sind, muß der Empfänger feststellen, wo ein

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besonderes Segment innerhalb der 30 Sekunden währenden Aufzeichniong hingehört. Dies geschieht mit Hilfe von 10 "SYNC'-Wörtern, welche am Anfang der Aufzeichnungszeit von 30 Sekunden angeordnet sind. Die "8YNC"-Wörter sind 10 hexadezimale "A's" für die jede halbe Minute übertragenen Zeitkode. Die Digitaluhr lokalisiert somit die Zeitkodesegmente innerhalb des Datenstromes und tastet diese Zeitkodesegmente so lange ab, bis 10 aufeinanderfolgende "SYNC"-Wörter gefunden werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Digitaluhr die gesamte Zeitkodenachricht zusammenzustellen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zeitkodenachricht ausreicht, die Jahreszeit zu bestimmen, und daß die Daten mit einer Geschwindigkeit von genau 100 Bit pro Sekunde übertragen werden. Die Präzision dieser Datenübertragungsgeschwindigkeit bildet eine zusätzliche genaue Bezugszeit.

Das Digitaluhrsystem gemäß der Erfindung nutzt den Vorteil der Redundanz der gelieferten Information, es nutzt also die Tatsache, daß eine genaue Anzeige der Jahreszeit sowohl direkt durch Anzeige der empfangenen Zeitkodenachricht erfolgen kann, als auch durch Zählung des Taktes von 100 Bit pro Sekunde nach der anfänglichen Zeitposition. Im Betrieb tastet die Digitaluhr den ankommenden Datenstrom auf den "MLS-SYNC-Kode ab. Nachdem dieser Kode lokalisiert worden ist, beginnt die Uhr damit, die aus vier Bit bestehenden Zeitkodesegmente zu extrahieren und sie nach 10 aufeinanderfolgenden "SYNC"-WortSegmenten hin durchzusuchen. An diesem Punkt werden die verbleibenden Zeitkodesegmente von der Digitaluhr zu einer vollständigen Zeitkodenachricht zusammengestellt, welche von der Uhr in einem Speicher gespeichert und außerdem digital angezeigt wird. Nachdem die Uhr durch Empfang der ersten Zeitkodenachricht in Gang gesetzt worden ist, mißt sie die Zeit durch Zählung des Taktes von 100 Bit pro Sekunde, bringt ihren Speicher entsprechend auf den neue

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sten Stand und zeigt auf dem Sichtgerät die Zeit an, welche durch die gezählten Taktimpulse dargestellt ist. Gleichzeitig empfängt die Uhr alle 30 Sekunden weitere Zeitkodenachrichten und vergleicht die jeweils empfangene Zeitkodenachricht mit der in dem Speicher gespeicherten Zeit. Solange die empfangene Zeitkodenachricht mit der gespeicherten Jahreszeit koinzidiert, zählt die Uhr weiterhin ungestört die Taktimpulse. Wenn die empfangene Zeitkodenachricht sich von der gespeicherten Jahreszeit unterscheidet, registriert die Uhr diese Abweichung, ändert jedoch ihre gespeicherte Zeit nicht. Erst nachdem eine vorbestimmte Anzahl von "Rahmen"-Fehlern festgestellt worden ist, korrigiert die Uhr sich selbst, um die Zeitkodenachricht zu empfangen. Es wird jedoch betont, daß die Uhr nochmals den Dateneingangsstrom nach dem "MLS-SYNC"-Kode abtastet, bevor dieser Korrekturprozeß stattfindet, um sicherzustellen, daß die empfangene Zeitkodenachricht mit dem erzeugten Rahmenfehler tatsächlich richtig empfangen worden war. Auf diese Weise wird verhindert^ daß die Digitaluhr zurückgesetzt wird, wenn kein Satellitensignal vorhanden ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Digitaluhrsystem mit einem Mikrocomputer verwendet. Das Mikrocomputersystem, welches weiter unten detailliert beschrieben wird, ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und durch eine Hartware programmiert, welche bereits in einem Auslesespeicher enthalten ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung eines programmierten Mikrocomputers zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung eine Konstruktionsauswahl ist, wie es aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, und daß die Erfindung von einem Durchschnittsfachmann auch durch Verwendung anderer digitaler Logikschaltungen verwirklicht werden kann. Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit des Uhrsystems ist der Taktgenerator des Mikrocomputers mit dem Datentakt von 100 Bit pro Sekunde phasengekoppelt. Falls aus irgend-

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einem Grund das Digitaluhrsystem den Datentakt von 100 Bit pro Sekunde nicht empfängt, kann das Digitaluhrsystem "seinen eigenen Takt" weiterzählen, bis die Resynchronisation mit dem übertragenen Signal durchgeführt ist.

In den Fig. 3(a), 3(b) und 4 sind Flußdiagramme der logischen Operationen der Digitaluhr dargestellt. Flußdiagramme sind im allgemeinen aus sich selbst heraus verständlich und bilden eine hinreichende Offenbarung der durchzuführenden Operationen. Um die Diskussion der Fig. 3(a), 3(b) und 4 nicht durch unnötige Beschreibungsteile zu belasten, werden im folgenden lediglich die grundsätzlichen Operationen mit Bezugszeichen versehen und im einzelnen beschrieben.

Der logische Fluß beginnt beim Startfeld 100. Der Computer stellt zunächst alle Register auf Null und schaltet alle Anzeigelichter ab. Der Computer springt dann zu der Subroutine "WARTEN", welche in Fig. 4 beim Block 200 dargestellt ist. Diese Subroutine "WARTEN" bewirkt, daß eine Eingangsleitung des Computers gelesen und festgestellt wird, ob Impulse mit einer Frequenz von 100 Bit pro Sekunde ankommen. Diese Entscheidung wird an dem Entscheidungsblock 202 durchgeführt. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß die Anzeige der Digitaluhr aus im Multiplex angeordneten Leuchtdioden-Ziffern herkömmlicher Bauart besteht, welche im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Die Subroutine "WARTEN" bewirkt außerdem die Anzeige der im Multiplex angeordneten Stellen, jeweils eine zu einer Zeit, wann immer ein Impuls von einem separaten Taktgeber mit einer Frequenz von 8000 Bit pro Sekunde vorhanden ist. Die Entscheidung wird von dem Entscheidungsblock 204 durchgeführt. Falls weder ein Impuls der Impulsfolge von 100 Bit pro Sekunde noch ein Impuls der Impulsfolge von 8000 Bit pro Sekunde vorhanden ist, führt die Subroutine oder das Unterprogramm "WARTEN" in einer Schleife zu ihrem Anfang zurück, bis einer oder der andere der beiden Impulse festgestellt werden. Nach Feststellung eines 8000-Bit-pro-Sekunde-Impulses zeigt der Entschei-

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dungs block 204 eine Stelle der gespeicherten Jahreszeit an. Wenn ein Impuls der Impulsfolge mit 100 Bit pro Sekunde festgestellt worden ist, zweigt der Entscheidungsblock 202 das Programm zu einer Routine ab, welche den inneren Speicher der Digitaluhr um 0,01 Sekunden erhöht und dann bei dem Entscheidungsblock 206 weiter entscheidet, ob der Sekundenzählstand gleich 0,99 Sekunden beträgt oder nicht. Falls die Antwort "ja" ist, springt der Computer zu einer Subroutine "WARTEN 100", welche bei 400 dargestellt ist.

Die Unterroutine "WARTEN 100" tastet weiterhin die Eingangsleitungen nach Impulsen der Impulsfolge mit 100 Bit pro Sekunde ab, und wenn ein solcher Impuls gefunden wird, gibt der Entscheidungsblock 402 einen einzigen Impuls ab und kehrt zu der Subroutine "WARTEN" zurück. Der Zweck dieser Subroutine "WARTEN 100" besteht darin, sicherzustellen, daß das Uhrsystem den nächsten Bit dieser Impulsfolge erkennt und nicht durch die Eingabe der 8000 Hz abgelenkt wird, welche ebenfalls abgetastet wird. Auf diese Weise tastet das Uhrensy-3tem, während es auf den Impuls wartet, der den Sekundenzähler von X, 99 auf X,00 ändert, lediglich die Eingangsleitung mit den 100 Bit-pro-Sekunde-Impulsen ab.

Nachdem der Betrieb zur Subroutine "WARTEN" zurückgekehrt ist, stellt dieser fest, ob der Sekundenzählstand in dem Entscheidungsblock 208 gleich 00,00 oder gleich 30,00 ist. Falls der Sekundenzählstand gleich einer dieser beiden Zeiten ist, gibt die Subroutine "WARTEN" an das digitale Sichtgerät den Satellitenpositionskode ab, welcher als letzter durch Springen zu der Subroutine "S POS" empfangen wurde. Die Subroutine "WARTEN" kehrt danach zu dem Hauptprogramm zurück.

Zu diesem Zeitpunkt bestimmt der Entscheidungsblock 102 des Hauptprogramms, ob die letzten 15 empfangenen Datenbits dem

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vorbestimmten "MLS-SYNC"-Kode entsprechen. Falls nicht, wird das Programm zur Eingabe zusätzlicher Daten zurückgeschleift; falls ja, schaltet das Programm ein Licht ein, welches anzeigt, daß die Digitaluhr den "MLS-SYNC"-Kode erreicht hat, und überspringt die nächsten 31 Bits, welche von der Digitaluhr nicht verwendet werden. Diese Entscheidung wird in dem Entscheidungsblock 104 durchgeführt. An dieser Stelle springt das Programm zur Subroutine "LADEN 4", welche in Fig. 4 durch den Block 300 dargestellt ist. Diese Subroutine bewirkt, daß vier aufeinanderfolgende Bits in ein Register des Mikrocomputers geladen oder dort akkumuliert werden. Wenn vier Bits gefunden werden, kehrt den Entscheidungsblock 302 zum Aufruf des Programms zurück. Die vier von der Subroutine "LADEN 4" akkumulierten Bits entsprechen den individuellen ZeitkodeSegmenten.

Das Programm tastet weiterhin die Zeitkodesegmente nach "SYNC"-Wörtern ab. Der Entscheidungsblock 106 vergleicht die vier Bits, welche von der Subroutine "LADEN 4" kompiliert worden sind, mit hexadezimalen "5" oder hexadezimalen "A's". Falls festgestellt wird, daß der empfangene 4-Bit-Kode weder ein "A" noch eine "5" ist, kehrt das Programm zu seinem Anfang zurück. Falls ein gültiger Vergleich gefunden wird, wird der "SYNC'-Zähler erhöht, um 10 aufeinanderfolgende "A's" oder "5" zu finden, wie es durch den Entscheidungsblock 108 angezeigt ist. Der Entscheidungsblock 108 bestimmt so, ob 10 aufeinanderfolgende "A's" oder "5" lokalisiert worden sind. Falls der Computer weniger als 10 "A's" oder "5" gefunden hat, werden die nächsten 46 Bits, welche den nächsten "MLS-SYNC"-Bits entsprechen, und die Adressbits, welche der Computer nicht mehr abtasten muß, übersprungen und das Programm ruft die Subroutine "LADEN 4". Der Vorgang des Überspringens von 46 Bit wird mit Hilfe des Entscheidungsblocks 110 und der zugehörigen Blöcke durchgeführt.

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Nachdem der Computer 10 "SYNC"-Wörter erkannt hat, schaltet er, wie es dargestellt ist, ein Licht ein, um anzuzeigen, daß der "SYNC"-Kode gefunden worden ist, setzt seinen internen Sekundenzähler auf 4,54 und setzt eine Schreibmarke. Die Schreibmarke wird von dem Programm in einem späteren Stadium dazu benutzt, festzustellen, ob die empfangene Zeitkodenachricht in den inneren Speicher eingeschrieben werden oder lediglich mit der gespeicherten Zeit verglichen werden soll. Der Entscheidungsblock 112 und die zugehörigen Blöcke überspringen weiterhin die nächsten 46 Bits, wie es oben beschrieben wurde. Es wird wiederum die Subroutine "LADEN 4" gerufen, um die nächsten vier aufeinanderfolgenden Datenbits zu kompilieren. Der Entscheidungsblock 114 bestimmt dann, ob die Schreibmarke sich in ihrer gesetzten Position befindet oder nicht. Falls die Schreibmarke gesetzt ist, schreibt der Computer das empfangene 4-Bit-Zeitkodesegment in seinen Speicher mit wahlweisem Zugriff/. Wenn die Schreibmarke nicht gesetzt ist, vergleicht das Programm das empfangene Zeitkodesegment mit der in dem Speicher mit wahlweisem Zugriff (RAM) gespeicherten Zeit.

Falls der Entscheidungsblock 116 bei dem Vergleich keinen Fehler feststellt, läuft das Programm weiter ab. Falls jedoch ein Fehler festgestellt wird, wird eine Fehlermarke gesetzt. Dieser Vorgang wird von dem Entscheidungsblock 118 solange wiederholt, bis 10 aufeinanderfolgende Zeitkodenachrichtensegmente von der Digitaluhr empfangen worden sind und entweder in dem internen Speicher der Digitaluhr gespeichert oder lediglich mit der Zeit, welche durch den Takt akkumuliert worden ist, verglichen worden ist. Der Entscheidungsblock 120 entscheidet dann, ob oder nicht ein Fehler bei der vorherigen Stufe festgestellt worden ist, was durch das Setzen einer Fehlermarke angezeigt wird. Falls ein Fehler festgestellt worden ist, entscheidet das Programm bei dem Entscheidungsblock 122, ob vier aufeinanderfolgende Rahmenfehler fest-

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gestellt worden sind oder nicht . Falls vier aufeinanderfolgende Fehler gefunden worden sind, stellt das Programm sich selbst zurück, um den "MLS - SYNC"-Zustand wieder herzustellen. Wenn keine vier aufeinanderfolgenden Rahmenfehler gefunden worden sind, verarbeitet das Programm weitere Zeitkodesegmente. Die nächsten 46 Bits werden von dem Entscheidungsblock 124 wieder Übersprungen, und ein 4-Bit-Zeitkodesegment wird von der Subroutine "LADEN 4" akkumuliert. Diese Zeitkodesegmente entsprechen der Position des Satelliten und werden in einem separaten Bereich indem Speicher der Digitaluhr gespeichert. Der Entscheidungsblock 126 stellt fest, ob alle 13 Zeichen, welche die Satellitenposition identifizieren, gelesen worden sind und führt dann in einer Schleife zum Anfang dieses Programmabschnitts zurück, bis die Bestimmung der Satellitenposition vollständig durchgeführt ist. Die Entscheidungsblöcke 128 und 130 und ihre zugeordneten Blöcke überspringen dann weiterhin den verbleibenden Abschnitt der 30 Sekunden währenden Aufzeichnungszeit, welcher von der Digitaluhr nicht verwertet wird. Nach Überspringen der übrigen Abschnitte dieser Aufzeichnungsperiode kehrt das Programm zu dem Punkt A an der Oberseite der Fig. 3(b) zurück, wo es nochmals aufeinanderfolgende Zeitkodesegmente liest und mit der in der Digitaltihr gespeicherten Zeit vergleicht.

Die digitale Anzeige der Satellitenposition wird von der Subroutine "S POS." gesteuert, welche in Fig. 4 durch das Bezugszeichen 500 angedeutet ist. Diese Subroutine, welche aus den Entscheidungsblöcken 502 und 504 und ihren zugeordneten Blöcken besteht, gibt die zusammengesetzte Satellitenposition, welche in dem inneren Speicher der Uhr gespeichert wurde, an das digitale Sichtgerät ab, welches im folgenden beschrieben wird. Diese Subroutine wird von der Subroutine "WARTEN» aufgrufen.

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In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Digitaluhr dargestellt, welche einen Mikrocomputer enthält. Als Mikrocomputer ist eine integrierte Schaltung "Intel 4004 CPU" und die zugeordnete Familie von unterstützten integrierten Logikschaltungen verwendet, welche von der Intel Corporation hergestellt werden. Die vollständigen Einzelheiten des Aufbaues und des Betriebs dieses Systems "Intel 4004" sind in dem Benutzermanual für dieses System angegeben. Der Mikrocomputer 600 umfaßt einen 4201-Taktgenerator 602, einen 4004-CPU 604, einen Rückstellknopf 606, eine 4008-Adressenverriegelung 608, einen 4002-Speicher 610 mit wahlweisem Zugriff, zwei programmierbare Lesespeicher 612A und 612B vom Typ 4702 und eine 4009-Eingabe/Ausgabe-Steuerung 614. Die Verbindung dieser Komponenten ist von herkömmlicher Art und ist in dem User's Manual des Systems Intel 4004 im Detail beschrieben.

Für die Eingabe in den Computer und für dessen Ausgabe sind zwei als integrierte Schaltungen aufgebaute Puffer 616A und 616B, ein 1-aus-i6-Multiplexer 618, sechs 4-Bit-Verriegelungen 622A bi3 622F, ein Tri-Zustandspuffer 620 und vier Datenleitungen 624 vorgesehen. Lediglich drei dieser vier möglichen Datenleitungen werden für die Eingabe verwendet, die erste für den Datentakt mit 100 Bit pro Sekunde, die zweite für den Bittakt mit 8000 Bit pro Sekunde, welcher zur Multiplexverschachtelung der unten beschriebenen Anzeigeeinrichtung dient, und die dritte für den vom Taktgenerator 602 erzeugten Takt von 100 Bit pro Sekunde. Die Vier-Bit-Verriegelungen 622A bis 622F liefern die Ausgangsinformation von dem Computer. Das Ausgangstor "0" wird zur Rückstellung der Verriegelungen und 644 benutzt, welche im folgenden beschrieben werden. Ein Ausgangstor "1" liefert die Daten der Satellitenposition an den entsprechenden Multiplexer des Sichtgeräts. Ein Ausgangstor "3" liefert die 'Jahreszeitdaten an das Jahreszeiten-Mulitplex-Sichtgerät, und ein Ausgangstor "2" liefert ein Auswert-

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signal zur Multiplexverschachtelung der Anzeige. Ein Ausgangstor "4" wird zum Betrieb der Anzeigelichter "MLS" und "CODE"-SYNC verwendet, welche im Zusammenhang mit dem Flußdiagramm der Fig. 3(a) und 3(b) beschrieben wurden. Schließlich liefert das Ausgangstor "5" pro Sekunde einen Impuls.

Der Taktgenerator 602 wird von einem Hochpräzisionskristall 63O gesteuert, welcher durch Varaktordioden 632 phaseneinstellbar ist. Das von der Diode 632 empfangene Kompensationssignal wird durch Vergleich des empfangenen Datentakts von 100 Bit pro Sekunde mit dem vom Generator 602 abgeleiteten Takt von 100 Bit pro Sekunde erzeugt. Der Kristall 63O versetzt den Taktgenerator 602 in Schwingungen mit einer Frequenz von 4096 MHz. Der Taktgenerator 602 teilt dieses Signal durch 8 und erzeugt nach einer Phaseninversion zwei phasenungleiche Taktsignale mit einer Frequenz von 512 KHz, welche einander nicht überlappen und direkt von den als integrierten Schaltungen aufgebauten zentralen Prozessoreinheiten 604 verwendet werden. Die genauen Spezifikationen dieser Taktsignale sind im Detail in dem Intel User's Manual beschrieben. Eines der beiden von den Taktgeneratoren 602 erzeugten Taktsignale wird ferner von einer Teilerkette verwendet, welche aus einem durch 2 teilenden Zähler 634, einem durch 16 teilenden Zähler 636, einem durch 16 teilenden Zähler 638 und einem durch 10 teilenden Zähler 640 besteht. Das von dieser Teilerkette erzeugte Signal ist eine Recht^eckswelle mit einer Frequenz von 100 Bit pro Sekunde und mit derselben Phase wie der Taktgenerator 602. Dieses Signal wird mit dem Datentakt von 100 Bit pro Sekunde verglichen, welcher von dem Satelliten über die Verriegelung 648 empfangen wird, deren Ausgangszeichen eine Impulsbreite hat, welche abhängig von der Phasendifferenz zwischen diesen beiden Signalen ist. Das Ausgangszeichen der Verriegelungsschaltung 648 läuft durch einen Tiefpaßfilter 650 und wird durch einen Operationsverstärker 652 so ver-

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stärkt, daß ein !Compensationssignal für die Varaktordioden 632 erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Taktgenerator 602 mit dem empfangenen Datentakt von 100 Bit pro Sekunde phasengekoppelt. Die Ausgabezeichen der Teilerkette mit 100 Bit pro Sekunde werden außerdem von der Verriegelungsschaltung 642 gespeichert, welche eine der beiden Eingangsleitungen 624 bildet. Die Verriegelungsschaltung 642 kann durch das Ausgangstor "0" zurückgesetzt werden. Ein 8KHz-Signal wird von der Mitte der Teilerkette von einem der Ausgänge des durch 16 dividierenden Zähler 638 abgeleitet. Dieses Signal wird in ähnlicher Weise von einer Verriegelungsschaltung 644 gespeichert und bildet ein zusätzliches Eingangssignal auf der Eingangsleitung 624 des Computers.

In Fig. 6 ist ein Anzeigesystem der Digitaluhr dargestellt, welches Leuchtdioden enthält. Die Daten der Satellitenposition werden in einem rezirkulierenden , 32-Wörter-durch-6-Bit-Schieberegister 700 gespeichert, welches seine Eingangsinformation von dem Ausgangstor "1" empfängt. Das Schieberegister 700 wird von einer Schreib/Rezirkulations-Leitung 702 gesteuert, welche ein von dem Speicher 610 mit wahlweisem Zugriff abgeleitetes Ausgangssignal als Steuersignal empfängt. Das Schieberegister 700 wird von einem freilaufenden Oszillator 705 taktgesteuert, welcher mit einem weiteren Ausgangssignal, welches von dem Speicher 61O mit wahlweisem Zugriff abgeleitet ist und auf der Leitung 704 erscheint, über ein Tor geschaltet wird. Der Oszillator 705 wird außerdem durch die Schreib/Rezirkulations-Leitung 702 eingeblendet. Das rezirkulierende Schieberegister 700 ist eine integrierte Schaltung "Signetics 2518", und seine Verwendung als MuI-tiplexanzeige dieser Art ist bekannt. Das Schieberegister liefert seine gespeicherten Daten an einen BCD-zu-7-Segmentdekoder 706, dessen Ausgangszeichen von einem Segmenttreiber 708 verstärkt und der im Multiplexbetrieb arbeitenden und aus Leuchtdioden bestehenden Anzeigeeinrichtung 718 zugeführt

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wird. Die Dezimalpunkte der Anzeige 718 werden von einem Transistor 716 in Verbindung mit den Eingangswiderständen 714 betrieben. Der eingeblendete Oszillator 705 erhält ausserdem einen Zähler 710, welcher den Ziffernzählstand an einen Zifferntreiber 712 liefert. Die Multiplexanzeige dieser Art ist dem Durchschnittsfachmann bekannt. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß diese Multiplexanzeige frei läuft, daß also, nachdem Daten in das Schieberegister 700 eingegeben worden sind und nachdem die Torsteuerimpulse entfernt worden sind, diese Anzeige kontinuierlich diese Information anzeigt, ohne Rücksicht auf den weiteren Betrieb des Computers. Dies geschieht im Gegensatz zur Jahreszeitanzeige, welche im folgenden beschrieben wird und welche eine Wechselwirkung mit dem Computer zur Erzeugung des Multiplexverfahren erfordert.

Die Jahreszeitanzeige besteht aus einem BCD-zu-7-Segmentdekoder 720 und aus neun im Multiplexbetrieb arbeitenden Leuchtdioden 722, welche von neun Zifferntreibern 724 betrieben werden. Der BCD-zu-7-Segmentdekoder 720 empfängt seine Daten von dem Ausgangstor "3"» und die Zifferntreiber 724 empfangen ihre Information von dem Ausgangstor ?2".

Die Erfindung ist keineswegs auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, diese umfaßt vielmehr auch Modifikationen des Ausführungsbeispiels und andere Ausführungsbeispiele.

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Claims

. 26/ Ansprüche

1. Digitaluhrsystem, bei welchem ein Datenstrom, welcher mit präziser Datengeschwindigkeit übertragen wird, eine Vielzahl von zusammenhängenden Datenaufzeichnungen umfaßt, welche jeweils eine Mehrzahl von Datenblöcken enthalten, die ihrerseits ein Datensynchronisationssegment und ein Nachrichtenkodesegment umfassen, wobei die Nachrichtenkodesegmente innerhalb der Datenaufzeichnung eine Zeitkodenachricht bilden und die genannte Nachricht einen Nachrichtensynchronisationsabschnitt und einen Jahreszeitabschnitt enthalten, gekennzeichnet

durch Empfänger zum Empfang des übertragenen Datenstromes,

durch einen Taktgeber zur Erzeugung eines Taktimpulses in gleichmäßigen Intervallen,

durch Phasenkoppelkreise zur Phasenkoppelung des Taktgebers mit der präzisen Datengeschwindigkeit des Datenstromes und

durch Logikschaltungen zur Erfassung des Datensynchronisationssegments eines Datenblockes, um die Position jedes folgenden Nachrichtenkodesegments in dem empfangenen Datenstrom zu bestimmen, zur Erfassung des Nachrichtensynchronisationsabschnitts der Zeitkodenachricht, um den Anfang der Zeitkodenachricht zu bestimmen, zur Zusammensetzung der vollständigen Zeitkodenachricht aus dem individuellen empfangenen Nachrichtenkodesegmenten, zur Zeitmessung durch Zählung der Taktimpulse, zum Vergleich jeder vollständigen Zeitkodenachricht mit derjenigen Zeit, welche den gezählten Taktimpulsen entspricht, so daß festgestellt wird, ob die genannte Zeit mit der vollständigen Zeitkodenachricht

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übereinstimmt, und zur Korrektur der durch Zählung der

Taktimpulse gemessenen Zeit in Abhängigkeit von einer vorder bestimmten Anzahl von erkannten Abweichungen zwischen/genannten Zeit und der vollständigen Zeitkodenachricht, so daß die genannte Zeit mit der vollständigen Zeitkodenachricht übereinstimmt .

2. Digitaluhrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung, welche die den gezählten Taktimpulsen entsprechende Zeit anzeigt.

3. Digitaluhrsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkodenachricht ferner einen Satellitenpositionsabschnitt enthält und daß das System eine Anzeigeeinrichtung umfaßt, welche diesen Satellitenpositionsabschnitt der vollständigen Zeitkodenachricht anzeigt.

4. Digitaluhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung einen Speicher mit wahlweisem Zugriff umfaßt.

5. Digitaluhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung einen fest programmierten Mikrocomputer umfaßt.

6. Digitaluhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Datenstrom von einem die Erde umkreisenden Satelliten übertragen wird.

7. Verfahren zur Aufrechterhaltung und Korrektur einer Bezugszeit bei einem Digitaluhrsystem, bei welchem ein Datenstrom, welcher mit präziser Datengeschwindigkeit übertragen wird, eine Vielzahl von zusammenhängenden Datenaufzeichnungen umfaßt, welche Jeweils eine Mehrzahl von Daten-

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blöcken enthalten, die ihrerseits ein Datensynchronisationssegment und ein Nachrichtenkodesegment umfassen, wobei die Nachrichtenkodesegmente innerhalb der Datenaufzeichnung eine Zeitkodenachricht bilden und die genannte Nachricht einen Nachrichtensynchronisationsabschnitt und einen Jahreszeitabschnitt enthalten, dadurch gekennzeichnet,

daß der übertragene Datenstrom empfangen wird,

daß in gleichmäßigen Intervallen Taktimpulse erzeugt werden,

daß diese Taktimpulse mit der präzisen Datengeschwindigkeit des Datenstromes phasengeioppelt werden,

daß das Datensynchronisationssegment eines Datenblockes erfaßt wird, um die Position jedes folgenden Nachrichtenkodesegmentes in dem empfangenen Datenstrom zu bestimmen,

daß der Nachrichtensynchfonisationsabschnitt der Zeitkodenachricht erfaßt wird, um den Anfang der Zeitkodenachricht zu bestimmen,

daß aus den einzelnen empfangenen Nachrichtenkodesegmenten die vollständige Zeitkodenachricht zusammengesetzt wird,

daß die Taktimpulse zur Erzeugung einer Bezugszeit gezählt werden,

daß jede vollständige Zeitkodenachricht mit der durch die gezählten Taktimpulse dargestellten Bezugszeitverglichen wird, um festzustellen, ob die genannte Bezugszeit mit der vollständigen Zeitkodenachricht übereinstimmt, und

daß die durch die gezählten Taktimpulse dargestellte Bezugszeit, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Anzahl von erkannten Abweichungen zwischen ihr und der vollständigen Zeitkodenachricht, so korrigiert wird, daß die genannte Zeit mit der vollständigen Zeitkodenachricht koinzidiert.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die gezählten Taktimpulse dargestellte Zeit angezeigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkodenachricht ferner einen Satellitenpositionsabschnitt umfaßt und daß dieser Satellitenpositionsabschnitt der vollständigen Zeitkodenachricht ebenfalls angezeigt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenstrom von einem die Erde umkreisenden Satelliten übertragen wird.

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