Atómový čas z GPS satelitov v náramkových hodinkách

Tagy: Technológie a pojmy

Petr Borovec | 20.8.2018 | 10 MIN

Náramkové hodinky s funkciou synchronizácie času pomocou GPS vám vždy zobrazia presný lokálny čas, nech už sa nacházate na zemskom povrchu, na vodnej hladine, alebo v koši teplovzdušného balóna, v ktoromkoľvek časovom pásme, kdekoľvek na Zemi. Pokiaľ často cestujete mimo našu časovú zónu, lepšieho spoločníka nenájdete.

Hodinky majú zabudovaný miniaturný prijímač signálu z GPS satelitov, ktorý je, na rozdiel od signálu pre rádiom riadené hodinky, dostupný prakticky kdekoľvek. Satelity sa pohybujú po presne stanovených obežných drahách vo výške 20 350 km nad zemským povrchom a na svojich palubách nesú atómové hodiny (atómové hodiny na wikipédii). Ich presnosť sa pohybuje v rade sekúnd za milióny rokov. Procesor umiestnený v hodinkách zachytený GPS signál vyhodnotí, zriadi si podľa neho čas a vypočíta svoju presnú polohu. Zistené súradnice porovná s údajmi uloženými vo svojej databáze, určí v ktorom z 39 časových pásiem se nachádza a uskutoční príslušnú korekciu času hodiniek.

V praxi to môže vyzerať tak, že niekde na druhom konci sveta vystúpite z lietadla, namierite ciferník svojich hodiniek k oblohe a stlačíte tlačítko. Na rozdiel od vás sa ručičky alebo displej vašich hodiniek prispôsobí novému časovému pásmu behom niekoľkých desiatok sekúnd.

Náramkové hodinky sa s tikotom vesmírnych hodín dokážu zladiť, a to úplne automaticky. Každodenne, alebo aspoň raz za pár dní, pokiaľ je ich ciferník vystavený aspoň na pár desiatok sekúnd priamému slnečnému svetlu, a ak sú splnené aj ďalšie nevyhnutné podmienky, upraví procesor čas vašich hodiniek podľa časového signálu zachyteného zo satelitov GPS.

V priebehu synchronizácie času spotrebujú hodinky obrovské množstvo energie. Preto bývajú vybavené tiež technológiou solárneho dobíjania. Pod svetlo-priepustným ciferníkom, alebo v krúžku okolo ciferníka, sú umiestnené miniatúrne solárne články. Tie dokážu premeniť svetlo na elektrickú energiu, ktorá je potom uchovávaná v akumulátore náramkových hodiniek.

Hodinky s funkciou GPS synchronizácie času vám nielenže zobrazia presný lokálny čas aj dátum kdekoľvek na Zemi, ale navyše ku svojmu pohonu dokážu využiť obnoviteľný zdroj energie. Nájdete ich v ponuke všetkých troch veľkých japonských výrobcov: Casio, Seiko aj Citizen.

Synchronizácia času v praxi

Táto funkcia je veľmi dobre použiteľná predovšetkým v otvorenom vonkajšom priestore s priamym výhľadom na oblohu a s určitým obmedzením tiež v blízkosti okien vo vnútri miestností alebo dopravných prostriedkov.

Základnou podmienkou pre úspešnú synchronizáciu času a dátumu je zachytenie signálu z aspoň jedného GPS satelitu. Pre zistenie geografickej polohy a určenie časového pásma, sú potrebné minimálne štyri satelity. Tie sa však nad zemským povrchom neustále pohybujú, a preto sa v "zornom poli" GPS prijímača neustále mení ich počet a aj ich pozícia. V Českej republike je najčastejšie "dostupných" 8 satelitov (minimálna viditeľnosť je 6 a maximálna 12 satelitov).

Prekážku pre príjem signálov GPS satelitov predstavujú nielen vysoké budovy, stromy, strechy a stropy, ale tiež napríklad rukáv košele, saka alebo kabátu. Na miestach, na ktorých sa vyskytujú zdroje elektromagnetického žiarenia (napr. prenosové sústavy, elektrické siete, silné elektromotory, komunikačné, GSM a Wi-Fi vysielače) zase dochádza k rušeniu relatívne slabého satelitného signálu.

Náramkové hodinky s funkciou GPS synchronizáce času zriaďujú svoj chod s časovým signálom atómových hodín satelitov v zásade v dvoch režimoch: automatický a manuálny.

Automatická synchronizácia - o nič sa nestarajte, hodinky si poradia

Takpovediac „v pozadí" prebieha v pravidelných intervaloch automatická korekcia času. Hodinky začnú behom dňa prijímať signál z GPS satelitov, ak na to nastanú vhodné podmienky:

1. Od poslednej úspešnej synchronizácie už ubehol dostatočný čas (obyčajne deň)
2. Čiselník hodiniek je po nejakú dobu vystavený slnečnému svetlu (cca 1min)
3. Aktuálny čas je medzi 6-18h (Citizen a Seiko), alebo 6-22h (Casio)
4. Korunka hodiniek je v základnej pozícii a hodinky sa nachádzajú v základnom režime (TIME)
5. V akumulátore je dostatok energie

V následujúcich dňoch sa budú hodinky pokúšať o spojenie s GPS satelitmi v rovnakom čase, v ktorom prebehla ich posledná úspešná synchronizácia.

Manuálna synchronizácia - po pristátí na letisku

Manuálnu synchronizáciu kedykoľvek zahájite stlačením jediného tlačítka. Môžete si vybrať medzi tým, či chcete aktualizovať iba dátum a čas, alebo tiež vašu aktuálnu časovú zónu.

Pokiaľ viete, že ste stále v rovnakej časovej zóne ako pri poslednej synchronizácii, stačí aktualizovať čas. V tomto prípade hodinkám stačí, keď sa spoja s jediným satelitom a v priebehu niekoľko sekúnd máte opäť presný "atómový čas".

Ak ste ale cestovali naprieč časovými pásmami, potom je potrebné vykonať úplnu synchronizáciu. Tá je energeticky i časovo náročnejšia (max. 2 minúty), pretože hodinky musia zachytiť signál z minimálne štyroch satelitov. Pokiaľ je príjem signálu úspešný, vedia hodinky, rovnako ako napríklad GPS vo vašom aute, presne určiť súradnice svojej polohy. Tie ihneď porovná s dátami vo svojej internej pamäti, zistí v akom časovom pásme sa nachádzate, a nastaví tomu zodpovedajúci čas.

Čo letný a zimný čas?

Letný čas (DST, daylight saving time) bol zavedený asi v 80- ich krajinách, hlavne v Európe a Severnej Amerike. Či je letný čas zavedený a ako dlho trvá, sa v jednotlivých krajinách líši. Ide o systém, ktorý v priebehu letných mesiacov, posunutím času o 1 hodinu dopredu, predlžuje dobu denného svetla.

Niektoré hodinky umožňujú iba ručné prepínanie medzi letným a zimným časom. Iné to vedia automaticky (v marci 2018 iba Casio). Casio vďaka porovnaniu svojich interných dát a polohy získanej z GPS dokáže stanoviť nielen časovú zónu, ale tiež informáciu o tom, či ide o región, ktorý má zavedený letný čas a termín, kedy se používa.

Pokiaľ by v nejakej zemi došlo k zmene (DST by sa tam zaviedol, alebo naopak zrušil), tak by hodinky po automatickej synchronizácii nezobrazovali v letných mesiacoch správny čas. Interná informácia uložená v hodinkách by bola pri danej zemi neaktuálna a DST by bolo potrebné nastaviť ručne. Výnimku tvoria hodinky vybavené technológiou synchronizácie času pomocou Bluetooth, ktoré aktualizujú databázu informáciou o používaní letného času (DST) v jednotlivých krajinách prostredníctvom pripojenia na internet pomocou smartfónu (Casio G-Shock Gravitymaster GPW-2000).

Atómovo presný čas v priebehu niekoľkých sekúnd

Synchronizácia môže prebiehať v troch rôznych módoch.

1. Korekcia času
2. Korekcia času a časového pásma
3. Príjem informácií o priestupnej sekunde

Môžeme se rozhodnúť, či aktualizovať len čas a dátum, čo trvá od niekoľko sekúnd do jednej minúty, pretože stačí signál z jedného satelitu. Alebo chceme načítať čas, dátum aj polohu (časové pásmo), ale musíme prijať signál z minimálne 4-och satelitov a počkáme od desiatok sekúnd po dve minúty. Uskutočnili sme test príjmu GPS signálu všetkých troch japonských velikánov a z hľadiska rýchlosti a dostupnosti synchronizácie je víťazom značka Citizen. Za dobrých podmienok to dokáže stihnúť už za 3 sekundy.

V tabuľke je prehľad času potrebného na synchronizáciu pri určitých konkrétnych modeloch hodiniek. Informácie sú prevzaté z návodov k hodinkám.

Zem sa točí čím ďalej pomalšie - priestupná sekunda

Pokiaľ je do signálu GPS satelitov vložená takzvaná priestupná sekunda, ktorá zohľadní nepravidelnú rotáciu Zeme, a teda aj nepatrné odchýlky pozemského času od presného času vesmírnych atómových hodín, môže trvať príjem signálu až 13 minút. Najčastejší interval medzi vložením priestupnej sekundy je 18 mesiacov. Viac o priestupnej sekunde na wikipédii.

Alternatívy k GPS synchronizácii

Alternatívou k GPS synchronizácii času je technológia rádiového riadenia (Radio Controlled, RC) hodiniek. K synchronizácii využíva pozemnú sieť dlhovlnných vysielačov rádiového časového signálu atómových hodín. Vysielačov, z ktorých vedia hodinky časový signál prijať, je zatiaľ len šesť (2x Európa, 2x Japonsko, Severná Amerika, Čína) a signál je dostupný len v určitom okruhu (500 - 3.000 km) od daného vysielača. Bez pokrytia je napríklad Portugalsko, časť Španielska, sever Škandinávie a celá južná pologuľa. Na niektorých miestach, napríklad vplyvom terénnych prekážok alebo elektromagnetického rušenia, je jeho príjem obtiažny. A v niektorých obdobiach roku sa jeho dosah zníži zhruba na jednu tretinu. Najväčšou výhodou RC hodiniek je ich cena. Rádiom riadené hodinky kúpite aj za menej ako 80€, zatiaľ čo hodinky s GPS synchronizáciou začínajú nad 800€.

Výhody a nevýhody GPS synchronizácie oproti RC hodinkám

• globálna dostupnosť signálu (RC len lokálne)
• automatické zistenie časovej zóny (u RC je potrebné nastaviť ručne)
• cena od 800€ (RC už od 80€)
• výrazne väčšia spotreba energie

Druhou alternatívou je Bluetooth synchronizácia času. Hodinky sa pomocou vstavanej technológie Bluetooth spoja so smartfónom a automaticky nastavia presný miestny čas. Táto technológia využíva prenos synchronizačného signálu atómových hodín prostredníctvom siete internet. Synchronizácia času pomocou Bluetooth® je energeticky najúspornejšou metódou synchronizácie času, ktorá je použiteľná len s kompatibilným smartpfónom pripojeným k sieti internet. Výhodou je ponuka rôznych doplnkových funkcií, ovládaných prostredníctvom aplikácie nainštalovanej do smartfónu.

Výhody a nevýhody nemusíte riešiť v prípade hodiniek Casio G-Shock Gravitymaster GPW-2000, ktoré majú všetky tri technológie synchronizácie času.

Súboj japonskej trojky o prvenstvo

Preteky o výrobu hodiniek s GPS korekciou času sa odohrali v zemi vychádzajúceho slnka. Zúčastnili sa ich všetci traja velikáni. Citizen, Seiko aj Casio. Prvé náramkové hodinky so vstavaným GPS prijímačom uviedla na trh spoločnosť CASIO 10. júna 1999. Bol to model PROTREK PRT-1GPJ s uživateľsky vymeniteľnou lítiovou batériou, ktorý signál z GPS satelitov nepoužíval na synchronizáciu času, ale "len" na určenie polohy a pre navigáciu.

Citizen Eco-Drive Satellite Wave

V roku 2011 Citizen predstavil prvé hodinky s GPS synchronizáciou času (zatiaľ bez možnosti rozpoznania časových zón).

Išlo o hodinky Citizen Eco-Drive Satellite Wave, a ešte toho roku ich v limitovanej edícii 990 kusov uviedli na trh. Hodinky boli vybavené technológiou GPS synchronizácie času a boli napájané solárnymi článkami. Synchronizáciu bolo možné aktivovať len manuálne. Automatická synchronizácia nebola implementovaná pravdepodobne z dôvodu veľkej energetickej záťaže. Naviac im chýbali geolokačné funkcie, a preto nedokázali automaticky určiť, v ktorom časovom pásme sa nachádza.

Seiko Astron GPS Solar

V septembri 2012 Seiko predstavilo prvé hodinky s GPS synchronizáciou času vrátane rozpoznania časových zón.

Seiko Astron GPS Solar získavali signál zo štyroch alebo viacerých satelitov a ihneď po synchronizácii zobrazovali presný miestny čas, nech už sa ich užívateľ nachádzal kdekoľvek na svete. V porovnaní so Citizen navyše vedeli synchronizáciu spúšťať automaticky v pravidelných intervaloch.

Dnes už si s automatickým zistením časového pásma poradia všetci traja výrobcovia (Seiko, Casio aj Citizen).

Casio G-Shock Gravitymaster

V júni 2014 uviedlo Casio hodinky G-Shock Gravitymaster GPW-1000. Boli to prvé hodinky s prijímačom GPS signálu aj pozemného rádiového signálu (RC) v jednom.

Ďalšie prvenstvo si hodinky zaslúžili implementovanou databázou informácií o oblastiach so zavedeným letným časom (DST), vďaka ktorej odpadala nutnosť ručného nastavovania, ako u Seika a Citizenu. Problém mohol nastať, pokiaľ sa používanie letného času v nejakej zemi zmenilo. To ale Casio vyriešilo hneď ďalším modelom, ktorý si tieto informácie vďaka bluetooth technológii aktualizuje (prostredníctvom smartfónu) z internetu.

Išlo o hodinky Casio G-Shock Gravitymaster GPW-2000, ktoré sa v marci 2017 stali prvými hodinkami s tromi technológiami pre synchronizáciu času: GPS, rádio aj Bluetooth.

Zhrnutie pretekov o atomový čas

• 2011 - Citizen - Prvé hodinky s GPS synchronizáciou času (bez rozpoznania časovej zóny + synchronizáciu možno aktivovať iba manuálne)
• 2012 - Seiko - Prvé hodinky s GPS synchronizáciou času a časovej zóny (synchronizácia sa uskutočňuje pravidelne automaticky)
• 2014 - Casio - Prvé hodinky kombinujúce synchronizáciu času pomocou GPS aj RC + prvé, ktoré si automaticky poradia s DST
• 2017 - Casio - Prvé hodinky kombinujúce tri technológie synchronizácie času GPS, RC, Bluetooth.

Pokiaľ veľa cestujete, tak vám môžu hodinky s funkciou synchronizácie času pomocou GPS spríjemniť život. Už nikdy nebudete musieť strácať čas tým, že si ho budete na svojich hodinkách nastavovať.

Značky ponukajúce hodinky s GPS korekciou času

• Casio v modelovej rade G-Shock. Konkrétne niektoré modely Gravitymaster, MT-G a MR-G.
• Citizen v rade Satellite Wave.
• Seiko v rade Astron a pár kúskov v rade Prospex a Sportura.

Viac informácií

• Časté otázky týkajúce sa GPS synchronizáce času
• Test GPS korekcie času u Seiko, Citizen a Casio
• Seiko Astron - hodinky a popis technológie GPS synchronizácie
• Technológia Satellite Wave od Citizenu
• Casio Hybrid - hodinky a technológie GPS + RC