Устройство для сличения эталонов времени

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам для сличения шкал территориально разнесенных эталонов времени. Для повышения точности сличения эталонов времени в устройство, содержащее канал формирования и излучения первого импульсного сигнала с частотой заполнения, равной частоте излучения, на передающей стороне введен блок формирования двухчастотного сигнала, а на приемной стороне, содержащей канал обработки и измерения временного положения первого сигнала, введен канал обработки и измерения временного положения двухчастотного сигнала, позволяющий уточнять временное положение первого сигнала за счет большей эффективной ширины спектра двухчастотного сигнала. Неоднозначность отсчетов двухчастотного сигнала устраняется с помощью первого сигнала. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!! ) (s()s G 04 С 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701164/09

{22) 06.06.89 (46) 15.06.92, Бюл. М 22 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. M.K.ßíãåëÿ (72) Б.Л.Кащеев, Ю,А.Коваль, С.Ф.Семенов, Ю.А.Леман, Б.С.Дудник, В.П.Моисеев.

С,Н.Плужников, А.М.Александров и В.Д.Васильев (53) 621,394.662{088,8) (56) Дудник Б.С., Кащеев Б.Л., Коваль Ю.А. и др. Новый комплекс аппаратуры для сличения эталонов времени и частоты по радиометеорному каналу, — Измерительная техника, 1986, М 4, с.15. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛИЧЕНИЯ 3ТАЛОНОВ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам для BblcoKoTo÷íîro ca we - шкал территориально разнесенных эталонов времени и частоты, а также может быть использовано в радионавигации и радиодальнометрии.

Известны устройства для сличения эталонов времени и радионавигации, в которых излучаются и принимаются когерентные радиоимпульсы ряда частот. Временное запаздывание принимаемых сигналов определяется путем измерения сдвига фаз принимаемых сигналов и собственных опорных гаиераторов.

Известны также устройства, в которых излучаются когереитные радиоимпульсы (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам для сличения шкал территориально разнесенных эталонов времени, Для повышения точности сличения эталонов времени в устройство, содержащее канал формирования и излучения первого импульсного сигнала с частотой заполнения, равной частоте излучения, на передающей стороне введен блок формирования двухчастотного сигнала, а на приемной стороне, содержащей канал обработки и измерения временного положения первого сигнала, введен канал обработки и измерения временного положения двухчастотного сигнала, позволяющий уточнять временное . положение первого сигнала за счет большей эффективной ширины спектра двухчастотного сигнала. Неоднозначность отсчетов двух. частотного сигнала устраняется с помощью первого сигнала. 4 ил, одной частоты, временное положение котовил рых грубо измеряется по огибающей импульсов, а точно — по фазе высокочастотного заполнения. О

Недостатком устройств, в которых ис- (.) пользуются когерентные радиоимпульсы ряда частот, является неоднозначность измерений. Для устранения неоднозначности фазовых измерений на несущей частоте по огибающей импульса требуется сравнительно большое соотношение сигнал/помеха.

Общими недостатками приведенных устройств являются значительные погрешности, обусловленные нестабильностями времени распространения радиоволн, поскольку устройства работают с односторон1741096

15 ним излучением, и изменение задержек приемных устройств or амплитуд принимаемых сигналов.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для сличения шкал времени, в котором производится излучение и прием радиоимпульсных сигналов в каждом из сличаемых пунктов, Устройство содержит синхрогенератор, генератор радиоимпульсов, усилитель мощности, антенный коммутатор, антенну, приемник, дискриминатор, измеритель интервалов времени, устройство вывода информации, Сигналы от эталонов времени, обычно частоты 1 МГц и 1 Гц, поступают на входы синхрогенератора радиоимпульсов и к стартовому входу измерителя интервалов времени, Выход генератора радиоимпульсов соединен с входом усиления мощности, выход которого подключен к входу антенного коммутатора, Один из выходов коммутатора соединен с антенной, а второй — с входом приемника, который соединен последе .. ател ьно с дискриминатором. В ыход дискриминатора подключен к стоповому входу измерителя интервалов времени, а выход измерителя интервалов подключен к выводному устройству, Недостатками этого устройства являются потери в точности, обусловленные вариацией задержек приемника при изменении амплитуд приходящих сигналов и недостаточно полным использованием потенциальной точности сигналов ввиду измерения временного положения по огибающей прямоугольных импульсов.

Цель изобретения — повышение точности сличения эталонов времени.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сличения шкал времени, содержащее последовательно соединенные синхрогенератор, вход которого является входом сигналов эталона времени, генератор радиоимпульса, усилитель мощности, антенный коммутатор, второй выход которого соединен с антенной, приемник, дискриминатор, измеритель интервалов времени, первый вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора, и устройство вывода информации, дополнительно введены блок формирования двухчастотного сигнала (ДЧС), первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом генератора радиоимпульсов, с вторым выходом синхрогенератора и с эталоном времени, а выход формирователя ДЧС соединен с входом усилителя мощности, канал приема ДЧС. состоящий из последовательно соединенных

55 первого переключателя, вход которого соединен с вторым выходом антенного коммутатора, а первый выход соединен с приемником, приемника ДЧС, второго переключателя, дискриминатора ДЧС, третьего переключателя, измерителя интервалов времени ДЧС, выход которого соединен с вторым входом устройства вывода информации, и генератор управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом дискриминатора, а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего переключателя, причем управляющий вход третьего переключателя объединен с управляющим входом приемника

ДЧС, а третий вход формирователя -ДЧС объединен с гетеродинным входом приемника ДЧС, Из теории оптимального обнаружения и измерения параметров импульсных сигналов известно, что среднеквадратическая погрешность измерения временного положения сигналов зависит от соотношения сигнал/помеха и от величины так называемой эффективной ширины спектра 0+y .

В случае ограниченной ширины спектра сигнала Мс его эффективная полоса зависит от формы спектра. Например, прямоугольного импульса с длительностью г, = 2/Af,, величина уф = уг Л4,; у колокольного

3 импул.ьса — уф = уБМ,, у импульса с

7L прямоугольным спектром — в,ф == 3-LMc .

Наибольшим значением вэф, а, следовательно наименьшей потенциальной погрешностью, обладает двухчастотный сигнал, у которого и ф =лЮ, Преимуществом ДЧС является также возможность применения принципиально более точных фазовых методов оценки временного положения, На фиг,1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — блок формирования

ДЧС; на фиг.3 — приемник ДЧС; на фиг.4— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для сличения эталонов времени содержит (фиг.1) последовательно соединенные синхрогенератор 1, генератор 2 радиоимпульса, формирователь 3 ДЧС, второй вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора 1, усилитель 4 мощности антенный коммутатор 5, первый выход которого соединен с антенной 6, переключатель 7, приемник 8, дискриминатор

9, измеритель 10 интервалов времени, второй вход которого соединен с вторым выхо1741096

Ug(t) = 0мн Sin ВНi, U>() = U яп N< ..

30

Т) =тр ЛТ

ДЧС дом синхрогенератора 1, последовательно соединенные приемник 11 ДЧС, сигнальный вход которого соединен с вторым выходом переключателя 7, переключатель 12, дискриминатор 13 ДЧС. переключатель 14, измеритель 15 интервалов времени ДЧС, устройство 16 вывода информации, первый вход которого соединен с выходом измерителя 10 интервалов времени, В состав устройства входит также генератор 17 управляющих сигналов, вход которого объединен с первым входом измерителя 10 интервалов и соединен с выходом дискриминатора

9, первый, второй и третий выходы генератора 17 соединены с управляющими входами переключателей 7, 12 и 14 соответственно, но управляющие входы приемника 11 ДЧС и переключателя 14 объединены. Объединенные третий вход формирователя 3 ДЧС, второй вход синхрогенератора 1 и гетеродинный вход приемника 11 ДЧС являются входом сигналов эталона времени, причем в состав формирователя 3 ДЧС входит сумматор 22 сигналов, выход которого является выходом формирователя 3 ДЧС. Первый вход сумма- 25 тора 22 соединен с эталоном сигналов через последовательно соединенные генератор

18 нижней частоты ДЧС и модулятор 19.

Второй вход сумматора 22 соединен с эталоном сигналов через последовательно соединенные генератор 20 верхней частоты

ДЧС и модулятор 21. Вторые входы модуляторов 19 и 21 соединены соответственно с первым и вторым выходом формирователя

23 модулирующих сигналов, входы которого являются входами сигналов эталона, Третий вход сумматора 22 является первым входом формирователя ДЧС, а в состав приемника

11 ДЧС входят последовательно соединенные преобразователь 24 частоты, второй 40 вход которого соединен с выходом переключателя 29. Усилитель 25 промежуточной частоты и согласованный фильтр 26, первый и второй входы переключателя 29 соединены с гетеродинным входом приемника 11 ДЧС через гетеродин 27 нижней частоты и гетеродин 28 верхней частоты соответственно,. а управляющий вход переключателя 29 является управляющим входом приемника 11

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 23 модулирующих сигналов вырабатывает импульсы Uìí и Uì (фиг,4, 30 и 31), являющиеся огибающими амплитуд элементов ДЧС. Эти импульсы подаются -к управляющим входам соответствующих модуляторов 19 и 21, на сигнальные входы которых поступают гармонические колебания верхней и нижней боковых частот с генераторов 18 и 20, фазированных сигналов эталона (обычно 1 МГц). С генератора 2 радиоимпульсов, и модуляторов 19 и 21 через сумматор 22 сигналов на вход усилителя 4 мощности пода ются три импульса (фиг.4, 32)

U<>, следующие последовательно с интервалами не менее их длительности, имеющими частоты заполнения 4, fH, f>. Импульсы

ДЧС fH u fg имеют когерентные заполнения, синхронизированные по фазе с эталоном

В данной записи и на фиг.4 эа начало отсчета времени приняты, например, секундные импульсы эталона. После усиления радиоимпульсы излучаются антенной 6.

Излучение собственных сигналов и прием сигналов корреспондента осуществляют в каждом пункте, для чего пункты оснащаются идентичными комплектами аппаратуры.

Принимаемые сигналы, задержанные в среде распространения(фиг.4, 33, U

Здесь знак + соответствует случаю, когда шкала времени в пункте приема опережает шкалу времени в пункте излучения, а знак— — наоборот, Оценка временного положения первого импульса производится по его огибающей. Генератор 17 управляющих сигналов вырабатывает импульсы Uyc1, Uyc2 Орсэ (фиг.4, 35, 36 и 37, соответственно), предназначенныеые для управления переключателями

7, 12, 14, 29. Переключатели обеспечивают работу устройства в режиме приема, обработки и измерения времени прихода ДЧС.

Импульс Uyc1 (фиг.4, 35) начинается до момента прихода первого импульс ДЧС и

1741096 заканчивается после окончания второго импульса ДКС. Этот. импульс обеспечивает подключение с помощью переключателя 7 сигнального приемника 11 ДЧС (преобразователя 24 частоты) к второму выходу антенного коммутатора в течение времени прихода элементов ДЧС. Таким образом, импульсы ДЧС проходят через последовательно соединенные преобразователь 24, УПЧ 25 и согласованный фильтр 26. Импульс

Uycz (фиг.4, 36) начинается в интервале между приходящими первым и вторым импульсами ДЧС и заканчивается после. окончания второго импульса ДЧ С. Этот импульс управ. ляет работой переключателей 14 и 29.

Переключатель 12 обеспечивает подключение гетеродина 27 1„к гетеродинному входу преобразователя 24 во время приема импульса ДЧС с нижней боковой частотой, а во время приема импульса ДЧС с верхней боковой частотой подключает гетеродина 28 к гетеродинному входу преобразователя 24.

Поскольку fH — frH = Ь вЂ” f<0 = Ьпч, а гетеродины синхронизированы по фазе с местынм.айалоном, принимаемые сигналы для

ДЧС на выходе УПЧ можно написать в виде

Unpre(t) = 0прн 31п М1ч t — М Т1) =

Ин

=1.)прн з1п мпч (t —,1 Г1):

0прв(1) = 0прв 81п М ч < в Т1) =

=Опрв Sin а ч (t — Т1).

04

Й пч

После прохождения согласованного фильтра 26 с помощью управляющих импульсов Uyn (фиг.4,.37), имеющих длительность больше длительности периода промежуточной частоты, переключателем производится временное стробирование не менее одного нулевого перехода в каждом из принимаемых импульсов в ДЧС. Дискриминатор 13 ДЧС осуществляет привязку к одному из нулевых переходов импульса f>pM и одному — импульса 1прв Овцх (фиг,4, 40).

Временное положение первого нулевого перехода с точностью до целого числа периодов промежуточной частоты составляМ Щ ет T» = — T1, второго — Т1, = Т1. и пч М ч

Подключение к стартовому входу измерителя 15 интервалов ДЧС первого импульса с выхода дискриминатора 13 ДЧС в момент

Т» (фиг.4, 39), а к стоповому выходу измерителя.ДЧС второго импульса с выхода дискриминатора (в момент Т1,) (фиг,4, 39) обеспечивает переключатель 14, управляемый напряжением Uyc3 (фиг.4, 37). Таким образом, измеритель 15 интервалов времени ДЧС производит измерение — Af

Т1дчс = Т1в — 11н = T1 = — T1, N пч где Af = fîâ — 1он — ширина спектра ДЧС

Поскольку М и f«известны, можно Определить Т1дчс. Измеренное в канале ДЧС значение Т1лчс является более точным, чем по огибающей первого импульса. Неоднозначность измерения Т1дчс по ДЧС устраняется с помощью однозначных, но более грубых измерений Т1 по о ибающей первого импульса, Ввиду неоднозначности

Т1дчс измеритель 15 интервалов време15

50 равляющих сигналов содержат счетчики, дешифраторы состояния и триггеры.

Измеритель интервалов времени представляет собой счетчик в старт-стоп ном режиме.

Устройство вывода информации включает буферную память и согласующее устройство с ЦПМ, Предлагаемое устройство позволяет бо- лее точно измерять временное положение принимаемых сигналов по сравнению с прони ДЧС имеет емкость, равную периоду

20 1

Тпч = — . Поскольку импульсы ДЧС прохопч дят все тракты канала приема на одной и той же промежуточной частоте, а результат измерений получается путем вычитания моментов фиксации их временных положений, практически полностью устраняется влияние нестабильностей задержек приемного тракта на измерение Т1дчс, а, следовательно и Т1. По измеренным значениям Т1 и

Т1дчс в каждом из сличаемых пунктов определяется сдвиг шкал по известным алгоритмам, один из которых реализован в прототипе, Входящие в состав устройства блоки реализуются с помощью современной схемотехники. Генераторы 18 и 20 верхней и нижней боковых частот, гетеродины 27 и 28 реализуются на основе схем синтезаторов с фазовой автоподстройкой частоты. Пере40 ключатели 7, 12, 14 и 29 выполняются на быстродействующих МСП транзисторах, Согласованный фильтр 26 выполняется в виде полосового или резонансного каскада с полосой, сопряженной с длительностью элемента ДЧС;

В качестве дискриминатора ДЧС используется быстродействующий компаратор, Сихрогенератор 1, формирователь 23 модулирующих сигналов и генератор 17 уп1741096 тотипом за счет применения двухчастотного измерительного сигнала с большей эффективной шириной спектра и устранения влияния нестабильностей задержек в приемном канале ДЧС. 5

Формула изобретения

Устройство для сличения эталонов времени, содержащее. синхрогенератор, первый . выход которого соединен с управляющим 10 входом генератора радиоимпульсов, а второй выход присоединен к стартовому входу измерителя интервалов времени, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный коммутатор и антенну, последова- 15 тельно соединенные приемник и дискриминатор, выход которого соединен со стоповым входом измерителя интервалов времени, выход которого соединен с входом блока вывода информации, причем входы синхрогенерато- 20 ра являются входами сигналов эталона времени,отличающееся тем,что,сцелью повышения точности сличения эталонов времени, между вторым выходом синхрогенератора и входом усилителя мощности введен формирователь двухчастотного сигнала (ДЧ С), к другому входу которого подключен выход генератора радиоимпульсов, а между другим выходом антенного коммутатора и дополнительным входом блока вывода информации введены последовательно соединенные первый переключатель, приемникДЧС, второй переключатель, дискриминатор ДЧС, третий переключатель и измеритель интервалов времени ДЧС, а также введен генератор управляющих сигналов, выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого переключателя, с управляющим входом второго переключателя и с соединенными между собой управляющими входами приемника

ДЧС и третьего переключателя, вход генератора управляющих сигналов соединен с выходом дискриминатора, вход приемника соединен с другим выходом первого переключателя, а другой вход приемника ДЧС соединен с входом синхрогенератора.

1741096

1741096 ч Ч Ч -Ф Ч 1 Ч

Составитель В.Кащее в

Редактор M.Êîáûëÿícêàÿ Техред М.Моргентал Корректор T.Ваш

Заказ 2084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 101