Atomový čas z GPS satelitů v náramkových hodinkách

Tagy: Technologie a pojmy

Petr Borovec | 21.3.2018 | 10 MIN | 1x komentář

Náramkové hodinky s funkcí synchronizace času pomocí GPS vám vždy zobrazí přesný lokální čas, ať už se nacházíte na zemském povrchu, na vodní hladině, nebo v koši horkovzdušného balónu, v kterémkoliv časovém pásmu, kdekoliv na Zemi. Pokud často cestujete mimo naši časovou zónu, lepšího společníka nenajdete.

Hodinky mají zabudovaný miniaturní přijímač signálu z GPS satelitů, který je, na rozdíl od signálu pro rádiem řízené hodinky, dostupný prakticky kdekoliv. Satelity se pohybují po přesně stanovených oběžných drahách ve výšce 20 350 km nad zemským povrchem a na svých palubách nesou atomové hodiny (atomové hodiny na wikipedii). Jejich přesnost se pohybuje v řádu vteřin za milióny let. Procesor umístěný v hodinkách zachycený GPS signál vyhodnotí, seřídí si podle něj čas a vypočítá svou přesnou polohu. Zjištěné souřadnice porovná s údaji uloženými ve své databázi, určí ve kterém z 39 časových pásem se nachází a provede příslušnou korekci času hodinek.

V praxi to může vypadat tak, že někde na druhém konci světa vystoupíte z letadla,  namíříte ciferník svých hodinek k obloze a stisknete tlačítko. Na rozdíl od vás se ručky nebo displej vašich hodinek přizpůsobí novému časovému pásmu během několika desítek vteřin.

Náramkové hodinky se s tikotem vesmírných hodin dokážou sladit také zcela automaticky. Každodenně, nebo jednou za pár dní, pokud je jejich ciferník vystaven alespoň na pár desítek vteřin přímému slunečnímu světlu, a pokud jsou splněny i další nezbytné podmínky, seřídí procesor čas vašich hodinek podle časového signálu zachyceného ze satelitů GPS.

Během synchronizace času spotřebovávají hodinky obrovské množství energie. Proto bývají vybaveny také technologií solárního dobíjení. Pod světlo-propustným ciferníkem, nebo v kroužku kolem ciferníku, jsou umístěny miniaturní solární články. Ty dokážou přeměnit světlo na elektrickou energii, která je pak uchovávána v akumulátoru náramkových hodinek.

Hodinky s funkcí GPS synchronizace času vám nejenže zobrazí přesný lokální čas i datum kdekoliv na Zemi, ale navíc ke svému pohonu dokážou využít obnovitelný zdroj energie. Najdete je v nabídce všech tří velkých japonských výrobců: Casio, Seiko i Citizen.

11.12.2023 - Agáta Vřeská
6 NEJ: Pánské hodinky s RC nebo GPS synchronizací

Synchronizace času v praxi

Tato funkce je velice dobře použitelná především v otevřeném venkovním prostoru s přímým výhledem na oblohu a s určitým omezením také v blízkosti oken uvnitř místností nebo dopravních prostředků.

Základní podmínkou pro úspěšnou synchronizaci času a data je zachycení signálu z alespoň jednoho GPS satelitu. Pro zjištění geografické polohy a určení časového pásma, jsou potřeba satelity minimálně čtyři. Ty se však nad zemským povrchem neustále pohybují a proto se v "zorném poli" GPS přijímače neustále mění jak jejich počet, tak i jejich pozice. V České republice je nejčastěji "dostupných" 8 satelitů (minimální viditelnost je 6 a maximální 12 satelitů).

Překážku pro příjem signálu GPS satelitů představují nejen vysoké budovy, stromy, střechy a stropy, ale třeba i rukáv košile, saka nebo kabátu. Na místech, na kterých se vyskytují zdroje elektromagnetického záření (např. přenosové soustavy elektrické sítě, silné elektromotory, komunikační, GSM a Wi-Fi vysílače) zase dochází k rušení relativně slabého satelitního signálu.

Náramkové hodinky s funkcí GPS synchronizace času seřizují svůj chod s časovým signálem atomových hodin satelitů v zásadě ve dvou režimech: automatický a manuální.

Automatická synchronizace - o nic se nestarejte, hodinky si poradí

Takříkajíc „na pozadí" probíhá v pravidelných intervalech automatická korekce času. Hodinky začnou během dne přijímat signál z GPS satelitů, nastanou-li pro to vhodné podmínky:

1. Od poslední úspěšné synchronizace již uběhl dostatečný čas (obvykle den)
2. Číselník hodinek je po nějakou dobu vystaven slunečnímu světlu (cca 1min)
3. Aktuální čas je mezi 6-18h (Citizen a Seiko), nebo 6-22h (Casio)
4. Korunka hodinek je v základní pozici a hodinky se nacházejí v základním režimu (TIME)
5. V akumulátoru je dostatek energie

V následujících dnech se budou hodinky pokoušet o spojení s GPS satelity ve stejném čase, ve kterém proběhla jejich poslední úspěšná synchronizace.

Manuální synchronizace - po přistání na letišti

Manuální synchronizaci kdykoliv zahájíte stiskem jediného tlačítka. Můžete si vybrat mezi tím, jestli chcete aktualizovat pouze datum a čas, nebo také vaší aktuální časovou zónu.

Pokud víte, že jste stále ve stejné časové zóně jako při poslední synchronizaci, stačí aktualizovat čas. V tomto případě hodinkám stačí, když se spojí s jediným satelitem a během několika sekund máte opět přesný "atomový čas".

Jestli jste ale cestovali napříč časovými pásmy, pak je třeba provést úplnou synchronizaci. Ta je energeticky i časově náročnější (max. 2 minuty), protože hodinky musí zachytit signál z minimálně 4 satelitů. Pokud je příjem signálu úspěšný, umí hodinky, stejně jako například GPS ve vašem autě, přesně určit souřadnice své polohy. Ty ihned porovná s daty ve své interní paměti, zjistí v jakém časovém pásmu se nacházíte a nastaví tomu odpovídající čas.

Co letní a zimní čas?

Letní čas (DST, daylight saving time) byl zaveden asi v 80 zemích, zejména v Evropě a Severní Americe. Zda je letní čas zaveden a jak dlouho trvá se v jednotlivých zemích liší. Jde o systém, který během letních měsíců, posunutím času o 1 hodinu napřed, prodlužuje dobu denního světla.

Některé hodinky umožňují pouze ruční přepínání mezi letním a zimním časem. Jiné to umí automaticky (k březnu 2018 pouze Casio). Casio díky porovnání svých interních dat a polohy získané z GPS umí stanovit nejen časovou zónu, ale také informaci o tom, zda jde o region, který má zavedený letní čas a termín, kdy se používá.

Pokud by v nějaké zemi došlo ke změně (DST by se tam nově zavedl, nebo naopak zrušil), pak by hodinky po automatické synchronizaci nezobrazovaly v letních měsících správný čas. Interní informace uložená v hodinkách by byla u dané země neaktuální a DST by bylo potřeba nastavit ručně. Výjimku tvoří hodinky vybavené technologií synchronizace času pomocí Bluetooth, které aktualizují databázi informací o používání letního času (DST) v jednotlivých zemích prostřednictvím připojení k internetu pomocí smartphonu (Casio G-Shock Gravitymaster GPW-2000).

Atomově přesný čas během několika vteřin

Synchronizace může probíhat ve třech různých módech.

1. Korekce času
2. Korekce času a časového pásma
3. Příjem informací o přestupné sekundě

Můžeme se rozhodnou, zda aktualizovat jen čas a datum, což trvá od několika vteřin do jedné minuty, protože stačí signál z jednoho satelitu. Nebo chceme načíst čas, datum i polohu (časové pásmo), ale musíme přijmout signál z minimálně 4 satelitů a počkáme od desítek vteřin po dvě minuty. Provedli jsme test přijmu GPS signálu u všech tří japonských velikánů a z hlediska rychlosti a dostunosti synchronizace je vítězem značka Citizen. Za dobrých podmínek to dokážou stihnou už za 3 vteřiny.

V tabulce je přehled časů potřebného pro synchronizaci u pár konkrétních modelů hodinek. Informace jsou převzaty z návodů k hodinkám.

Země se točí čím dál pomaleji - přestupná sekunda

Pokud je do signálu GPS satelitů vložena takzvaná přestupná sekunda, která zohledňuje nepravidelnou rotaci Země, a tedy i nepatrné odchylky pozemského času od přesného času vesmírných atomových hodin, může trvat příjem signálu až 13 minut. Nejčastější interval mezi vložením přestupné sekundy je 18 měsíců. Více o přestupné sekundě na wikipedii.

Alternativy k GPS synchronizaci

Alternativou k GPS synchronizaci času je technologie rádiového řízení (Radio Controlled, RC) hodinek. K synchronizaci využívá pozemní síť dlouhovlných vysílačů rádiového časového signálu atomových hodin. Vysílačů, ze kterých umí hodinky časový signál přijmout je zatím jen šest (2x Evropa, 2x Japonsko, Severní Amerika, Čína) a signál je dostupný jen v určitém okruhu (500 - 3.000 km) od daného vysílače. Bez pokrytí je například Portugalsko, část Španělska, sever Skandinávie a celá jižní polokoule. Na některých místech, například vlivem terénních překážek nebo elektromagnetického rušení, je jeho příjem obtížný. A v některých obdobích roku se jeho dosah sníží zhruba na jednu třetinu. Největší výhodou RC hodinek je jejich cena. Rádiem řízené hodinky koupíte za méně než 2.000 Kč, zatímco hodinky s GPS synchronizací začínají nad 20.000 Kč.

Výhody a nevýhody GPS synchronizace proti RC hodinkám

• globální dostupnost signálu (RC jen lokálně)
• automatické zjištění časové zóny (u RC je potřeba nastavit ručně)
• cena od 20.000 Kč (RC už od 2.000 Kč)
• výrazně větší spotřeba energie

Druhou alternativou je Bluetooth synchronizace času. Hodinky se pomocí vestavěné technologie Bluetooth spojí se smartphonem a automaticky nastaví přesný místní čas. Tato technologie využívá přenos synchronizačního signálu atomových hodin prostřednictvím sítě internet. Synchronizace času pomocí Bluetooth® je energeticky nejúspornější metodou synchronizace času, která je použitelná jen s kompatibilním smartphonem připojeným k síti internet. Výhodou je nabídka různých doplňkových funkcí, ovládaných prostřednictvím aplikace nainstalované do smartphonu,

Výhody a nevýhody nemusíte řešit, v případě hodinek Casio G-Shock Gravitymaster GPW-2000, které mají všechny tři technologie synchronizace času.

Souboj japonské trojky o prvenství

Závod o výrobu hodinek s GPS korekcí času se odehrál v zemi vycházejícího slunce. Účastnily se ho všichni tři velikáni. Citizen, Seiko i Casio. První náramkové hodinky s vestavěným GPS přijímačem uvedla na trh společnost CASIO 10. června 1999. Byl to model PROTREK PRT-1GPJ s uživatelsky vyměnitelnou lithiovou baterií, který signál z GPS satelitů nepoužíval pro synchronizaci času, ale "jen" pro určení polohy a pro navigaci.

Citizen Eco-Drive Satellite Wave

V roce 2011 Citizen představil první hodinky s GPS synchronizací času (zatím bez možnosti rozpoznání časových zón).

Šlo o hodinky Citizen Eco-Drive Satellite Wave, a ještě téhož roku je v limitované edici 990 kusů uvedla na trh. Hodinky byly vybaveny technologií GPS synchronizace času a byly napájeny solárními články. Synchronizaci bylo možné aktivovat jen manuálně. Automatická synchronizace nebyla implementována pravděpodobně z důvodů velké energetické zátěže. Navíc postrádaly geolokační funkci a proto nedokázaly automaticky určit, ve kterém časovém pásmu se nachází.

Seiko Astron GPS Solar

V září 2012 Seiko představilo první hodinky s GPS synchronizací času včetně rozpoznání časových zón.

Seiko Astron GPS Solar získávaly signál ze čtyř nebo více satelitů a ihned po synchronizaci zobrazovaly přesný místní čas, ať už se jejich uživatel nacházel kdekoliv na světě. Oproti Citizenu navíc uměly synchronizaci spouštět automaticky v pravidelných intervalech.

Dnes už si s automatickým zjištěním časového pásma poradí všichni tři výrobci (Seiko, Casio i Citizen).

Casio G-Shock Gravitymaster

V červnu 2014 uvedlo Casio hodinky G-Shock Gravitymaster GPW-1000. Byly to první hodinky s přijímačem GPS signálu i pozemního rádiového signálu (RC) v jednom.

Další prvenství si hodinky zasloužily implementovanou databází informací o oblastech se zavedeným letním časem (DST), díky které odpadala nutnost ručního nastavování, jako u Seika a Citizenu. Problém mohl nastat, pokud se používání letního času v nějaké zemi změnilo. To ale Casio vyřešilo hned dalším modelem, který si tyto informace díky bluetooth technologii aktualizuje (prostřednictvím smartphone) z internetu.

Šlo o hodinky Casio G-Shock Gravitymaster GPW-2000, které se v březnu 2017 staly prvními hodinkami se třemi technologiemi pro synchronizaci času: GPS, radio i Bluetooth.

Shrnutí závodu o atomový čas

• 2011 - Citizen - První hodinky s GPS synchronizací času (bez rozpoznání časové zóny + synchronizace jde aktivovat pouze manuálně)
• 2012 - Seiko - První hodinky s GPS synchronizací času a časové zóny (synchronizace se provádí pravidelně automaticky)
• 2014 - Casio - První hodinky kombinující synchronizaci času pomocí GPS i RC + První které si automaticky poradí s DST
• 2017 - Casio - První hodinky kombinující tři technologie synchronizace času GPS, RC, Bluetooth.

Pokud hodně cestujete, pak vám mohou hodinky s funkcí synchronizace času pomocí GPS zpříjemnit život. Už nikdy nebudete muset ztrácet čas tím, že si ho budete na svých hodinkách nastavovat.

Značky nabízející hodinky s GPS korekcí času

• Casio v modelové řadě G-Shock. Konkrétně některé modely Gravitymaster, MT-G a MR-G.
• Citizen v řadě Satellite Wave.
• Seiko v řade Astron a pár kousků v řadě Prospex a Sportura.

Více informací

• Časté otázky týkající se GPS synchronizace času
• Test GPS korekce času u Seiko, Citizen a Casio
• Seiko Astron - hodinky a popis technologie GPS synchronizace
• Casio Hybrid - hodinky a technologie GPS + RC