De tous les terriers de lapin, nous, les types techniques, avons tendance à tomber, celui qui présente peut-être le plus de rebondissements est : temps. Cela est dû en partie à la nature curieusement mystérieuse du temps lui-même, mais il s’agit davantage des différentes façons dont nous avons décidé de découper le temps en fonction de nos besoins. La plupart de ces méthodes sont (à bon escient) basées sur les rythmes de la nature, mais, chose exaspérante, les divisions que nous avons décidées lorsque l’instrument le plus précis dont nous disposions étaient nos yeux sont juste un peu éloignées. Et pour un vrai accro du temps, « un peu de décalage » peut être un très gros problème.
Heureusement, même les chronométreurs les plus dévoués – ceux d’entre nous qui se sentent physiquement malades lorsque l’horloge de la cuisinière et celle du micro-ondes ne correspondent pas – ont un endroit où aller qui est un havre d’exactitude temporelle : la station de radio WWV. Avec les stations sœurs WWVB et WWVH, ces stations sont la voix de la division temps et fréquence de l’Institut national américain des normes et de la technologie, diffusant l’heure officielle du pays sur la radio à ondes courtes.
Certains pourraient dire que la programmation provenant de ces stations est un peu sèche, et il est vrai qu’on ne peut qu’écouter les secondes s’écouler pendant un certain temps avant de se rendre compte qu’il y a probablement de meilleures choses à faire dans sa journée. Mais les signaux du WWV contiennent une quantité surprenante d’informations, dont certaines ne sont que indirectement liées à notre calcul du temps. Cela rend ces stations et les services qu’elles fournissent une infrastructure essentielle pour notre société technologique, ce qui vaut la peine d’examiner comment elles le font.
Premier à l’antenne
L’indicatif WWV existe et est actif depuis plus longtemps que la radio commerciale américaine elle-même. WWV a été attribué en tant que licence expérimentale au National Bureau of Standards, le prédécesseur du NIST, en 1919. En septembre 1920, WWV diffusait des concerts hebdomadaires sur 600 kHz, devançant de quelques semaines la station KDKA de Pittsburgh sur les ondes. .
À cette époque, WWV était plutôt une solution à la recherche d’un problème, alternant rapports sur la musique et sur les marchés agricoles, et se concentrant sur la région de Washington, DC, où se trouvaient les bureaux du NBS. En 1922, quelqu’un a dû remarquer que le « S » de NBS signifiait « standards », et le signal de WWV est devenu une norme de fréquence de référence pour d’autres radiodiffuseurs de cette industrie en plein essor. Une succession d’avancées technologiques a progressivement augmenté la précision des signaux de WWV de quelques dixièmes de pour cent jusqu’au niveau de parties par million, ce qui était vital pour l’attribution du spectre dans les années de ruée vers l’or des années 20 et 30.
La programmation temporelle de signature de WWV n’a commencé que vers la fin de la Seconde Guerre mondiale. Peu de temps après, en 1948, la station WWVH a été diffusée depuis le territoire d’Hawaï, en clin d’œil à l’intérêt croissant du pays pour les événements dans le bassin du Pacifique. Ce n’est qu’en 1950 que les annonces horaires en morse ont cédé la place aux annonces vocales désormais familières ; à la fin des années 50, le contrôle des fréquences sur les fréquences 5 MHz, 10 MHz et 15 MHz de la station était meilleur que 200 parties par milliard.
En 1966, la station a déménagé à son emplacement actuel à Fort Collins, au Colorado, à seulement 80 km environ des laboratoires du NIST à Boulder, au Colorado, qui hébergent les normes américaines en matière de temps et de fréquence. Le déménagement a placé WWV sur le même site que WWVB, une station basse fréquence (60 kHz) qui ne transmet que des signaux horaires codés à une puissance apparente rayonnée (PAR) torride de 70 000 watts. WWVB est conçu pour atteindre l’ensemble des États-Unis pendant au moins une partie de la journée, et si vous possédez une horloge ou une montre « radio-pilotée », il y a de fortes chances qu’elle écoute WWVB.
Précision atomique
Le cœur des opérations du WWV et du WWVB à Fort Collins se concentre autour de la « Screen Room », une salle protégée par une cage de Faraday abritant les étalons de fréquence au césium et les générateurs de code temporel de la station. Les trois oscillateurs redondants tirent leurs informations de temps et de fréquence de l’échelle de temps du NIST, appelée « UTC(NIST) », maintenue au laboratoire du Boulder NIST à l’aide d’une suite d’oscillateurs à maser à hydrogène et à césium, qui à leur tour sont calibrés par rapport à un oscillateur à fontaine de césium. . Les oscillateurs de la station sont comparés quotidiennement à l’UTC (NIST) et corrigés si nécessaire. Un seul oscillateur sert de chef de station à la fois ; un système de supervision surveille la sortie de chaque oscillateur et promeut automatiquement l’une des sauvegardes au statut maître en cas de problème avec le signal horaire.
L’oscillateur au césium principal de la station est le cœur de tout le système. Son signal de 5 MHz – en fait, à 1 partie sur 1014, soit 5,00000000000000 MHz – est divisé en plusieurs signaux de fréquence de référence qui contrôlent à la fois les générateurs de code temporel et les fréquences porteuses de l’émetteur. WWV diffuse actuellement sur 2,5 MHz, 5,0 MHz, 10,0 MHz, 15,0 MHz et 20,0 MHz, avec un signal expérimental à 25,0 MHz ; WWVB fonctionne toujours à 60 kHz.
Les signaux horaires audio et les annonces vocales sont générés par les générateurs de code temporel dans la Screen Room. WWV utilise une voix masculine pour les annonces horaires tandis que WWVH, qui transmet sur certaines des mêmes fréquences, utilise une voix féminine pour éviter toute confusion. Les annonces sont concaténées à partir de phrases enregistrées numériquement prononcées par des annonceurs professionnels ; WWV utilise actuellement la voix dorée de John Doyle d’Atlanta.
Des sons 24 heures sur 24
Bien que les annonces vocales sur WWV constituent certainement son plus gros attrait, il se passe bien plus dans ces signaux. Les signaux audio sont soigneusement conçus pour relayer le maximum d’informations de la manière la plus flexible possible, donnant aux utilisateurs l’accès à toutes sortes d’informations précieuses. L’élément le plus évident du signal audio est le tic-tac constant des secondes. Chaque tick est en réalité une onde sinusoïdale de 1 000 Hz qui dure cinq millisecondes – soit seulement cinq cycles – qui ressemble à un tick. Le signal des secondes retentit toutes les secondes de chaque minute, à l’exception des 29e et 59e secondes, et chaque fois qu’une seconde intercalaire est nécessaire. Au début de chaque minute, l’impulsion des secondes est remplacée par une tonalité de 1 5000 Hz et étendue à 800 ms. Pendant les seize premières secondes de chaque minute, vous pourriez entendre des doubles clics pendant certaines secondes, qui servent d’indicateurs de correction entre le temps universel coordonné (UTC) et UT1, un étalon horaire basé sur la rotation de la Terre. Le nombre de clics doublés vous indique de combien de dixièmes de seconde UTC et UT1 diffèrent ; si les clics sont doublés entre les secondes 1 et 8, cela signifie que UT1 est en avance sur UTC, tandis que les secondes 9 à 16 indiquent que UT1 est en retard.
En plus des ticks, le signal audio contient une tonalité audio qui change en fonction des minutes de l’heure. Les tonalités alternent entre 500 Hz pour les minutes paires et 600 Hz pour les minutes impaires, avec une tonalité « A440 » de 440 Hz utilisée pour la deuxième minute de chaque heure. Certaines autres minutes sont également masquées comme étant réservées, mais contiennent généralement la tonalité normalement désignée pour cette minute. Les tonalités audio, qui peuvent être utilisées pour calibrer les équipements audio, sont supprimées pendant une minute lors des annonces d’identification de la station en début d’heure et 30 minutes, et sont supprimées entièrement de 43 à 51 minutes et de nouveau pendant la minute 59. L’idée derrière ces blocs de silence est d’éviter les interférences avec le signal de WWVH, tandis que le passage à A440 une fois par heure est destiné à être utilisé comme signal par des systèmes qui peuvent recevoir des signaux WWV mais ne disposent pas de l’équipement nécessaire pour décoder les signaux horaires subaudibles évoqués. ci-dessous.
WWV consacre également plusieurs minutes de chaque heure à des annonces spéciales émanant d’agences gouvernementales officielles. Chaque annonce bénéficie d’un bloc de 45 secondes. Les avertissements de tempête du National Weather Service sont diffusés entre les minutes 8 et 11 lorsque cela est nécessaire, avec des mises à jour sur l’état de la constellation GPS et des alertes géophysiques aux minutes 14, 15 et 18. Il existe également un projet intéressant appelé WWV/WWVH Scientific Modulation Working. Group, qui a pour objectif de diffuser des signaux spéciaux une fois par heure (8 heures pour WWV, 48 heures pour WWVH) pour étudier l’ionosphère et sa propagation. Le signal est une série de gazouillis, de balayages de tonalité et de bruit à large bande développés avec l’aide de Ham Radio Citizen Science Investigation. Attention, le son est assez fort.
Heure automatique
En plus du contenu sonore, WWV envoie un signal horaire codé distinct. Le signal est transmis en continu sous forme de tonalité de 100 Hz au format décimal codé binaire (BCD). Chaque bit est pressé dans l’espace une fois le tick des secondes terminé et se compose d’une tonalité de 100 Hz à deux amplitudes différentes. La durée pendant laquelle la tonalité reste à l’amplitude élevée indique si le bit est un binaire un ou zéro, ou un bit « marqueur ». L’envoi d’une image complète de données de code temporel prend 59 secondes, chaque image contenant des champs pendant des heures. minutes et secondes, plus le jour de l’année, les deux derniers chiffres de l’année en cours, les indicateurs de l’heure d’été et des années bissextiles, ainsi que le facteur et le signe de correction UT1. WWVB, dont la seule activité consiste à envoyer ces signaux horaires, a une disposition de trame légèrement différente, mais utilise le même schéma de codage.
Tout bien considéré, la quantité d’informations brouillées dans le signal audio de WWV est assez étonnante. C’est aussi assez amusant de réaliser que le signal de WWV peut être consommé à tant de niveaux différents, depuis l’auditeur occasionnel voulant simplement connaître l’heure jusqu’au contrôle des systèmes automatiques et à l’étalonnage des systèmes allant des fréquences audio jusqu’aux parties inférieures du Bande VHF.
