本文介绍的短波自校塔钟控制器，是在已有的单片机为核心的塔钟控制器基础上，增加了短波自动校时部分。它利用我国陕西天文台发播的BPM标准时间信号，对塔钟控制器的时钟进行自动校正，使之与国际标准时间( UTC)随时保持同步，从而消除了控制器中时钟的积累误差，保证了报时打点与中央人民广播电台报时完全同步，具有较好的经济效益和社会效益。下面首先介绍短波无线电时号自动定时的方法和步进电动机的驱动，然后讨论短波自校塔钟控制器的工作原理和系统构成，最后给出其性能和技术指标。
短波自动定时方法
短波无线电定时，已有大半个世纪的历史。虽然目前已发展了各种手段，定时精度也愈来愈高，但由于短波方法具有轻便灵活、机动隐蔽、造价低廉、操作简便等优点，始终保持着不可被取代的地位，在国内外一直是国防和民用工程及科研部门的常用定时方法之一。
短波无线电定时的基本原理是：短波授时台在规定的短波频率上发播（我国授时台设在中科院陕西天文台）用音频调制的一定格式的短波时号，发播的时号秒起点受控于原子钟，并与国际标准UTC秒同步。当短波时号被用户接收后，通过对检波的时号秒进行传播延迟等修正，远处用户便可得到与授时台同步的标准UTC秒。通常，电离层对授时信号的反射会引起色散、吸收、衰落、多普勒频移、多模传播以及信号中断、干扰等各种传播现象，使时号的跟踪精度（确定时号秒第1个周波的起点时刻）受到严重影响；而时号传播路径不同引起的传播时延的缓慢变化或突然变化，一般很难预测，给传播时延的精确修正带来很大困难。这两方面是影响短波授时性能的传播因素，也是影响短波定时精度的最主要原因。此外，上述短波时号的各
种传播特点以及现有短波时号格式过于简单，还造成了对不同短波授时台信号进行全自动识别与定时在技术上较难实现。作者在对短波时号传播特性的长期观测研究基础上，新近发展了一种以单片机为基础，把时号的电离层传播研究成果和数字处理方法应用于提高短波定时性能的技术方案，其方法如下。
定时的基本原理见图。授时台发播的标准UTC秒见图中3- 82；由本地钟频率源分频产生的内部秒如图(b)，它与授时台标准UTC秒的时差是未知的，但它们的秒长几乎是相同的；授时台的时号经电离层传播到达接收点，经接收机检波输出的时号秒如图(c)，相对发射信号有1个时差T(T=T1+T2)。它包括了接收机等的时延T2、时号传播时延T2。
其中，τ1为常数，T2随时号传播路径而变化。以本地钟内部秒脉冲为参考起点，触发A/D采样器均匀采样，经对数字化时号波形作处理分析，可测量出内部秒脉冲与到达时号秒的时差tl。接收机时延τ1可事先测定，根据依次测量的多个τ1值和收发点大圆距离，可计算出时号传播时延的修正值r2。这样不难求出授时台同步标准UTC秒与本地钟内部秒的时差t2=τ1-(τ1+τ2)，见图(d)。
由于塔钟控制器对定时精度要求较高（优于0.1 s）。这样，时号传播时延和接收机时延修正可不计（一般几到十几毫秒），主要是要求对接收的时号进行可靠的自动识别、跟踪和校时。在上面的技术方案中，用单片机对时号采样数字化，然后通过数字相关检测和电离层信号处理技术，减弱或消除短波时号因畸变、衰落、相位抖动、各种干扰等对时号同步的影响，从而保证了可靠地进行不同时号台的自动识别和跟踪，获得的与标准时号同步的秒作为塔钟控制器时钟秒。
