Устройство для передачи частотно-временных сигналов

 

Устройство относится к области синхронизации разнесенных часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени для передачи эталонных частот и сигналов точного времени. Цель - повышение точности передачи сигналов времени . Устройство содержит задающий генератор 1, хранитель 2 времени, формирователь 3 опорной частоты, формирователь 4 пилот-сигнала, коммутатор 5 сигналов, блок 6 выделения огибающей, первый и второй фазовращатели 7, 8, формирователь 9 несущей частоты, модулятор 10, радиопередатчик 11, антенну 12, антенный трансформатор 13 тока, третий фазовращатель 14, компаратор 15, блок 16 управления, первый инвертор 17, первый и второй ключи 18,19, формирователь 20 сигналов времени,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СК ИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН-ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4940619/09 (22) 31.05.91 (46) 30.05.93. Бюл. й. 20 (71) Ленинградский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) Е.Н.Червинский и Н.П.Егоров (56) Авторское свидетельство СССР

М 1101782, кл. G 04 С 13/03, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ (57) Устройство относится к области синхронизации разнесенных часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени для передачи эталонных час„„. Ж ÄÄ 1818619 А1 (я)л G 04 С 13/03, Н 04 В 15/02 тот и сигналов точного времени. Цель — повышение точности передачи сигналов времени. Устройство содержит задающий генератор 1, хранитель 2 времени, формирователь 3 опорной частоты, формирователь 4 пилот-сигнала, коммутатор 5 сигналов, блок

6 выделения огибающей, первый и второй фазовращатели 7, 8, формирователь 9 несущей частоты, модулятор 10, радиопередатчик 11, антенну 12, антенный трансформатор 13 тока, третий фазовращатель 14, компаратор 15, блок 16 управления, первый инвертор 17, первый и второй ключи

18. 19, формирователь 20 сигналов времени, 1818619

30

40 первый делитель 21 частоты, первый и второй блоки 22, 23 задержки, перемножитель

24, второй делитель 25 частоты, формирователь 26 опорных сигналов, первый сумматор

27 по модулю два, третий блок 28 задержи, второй сумматор 29 по модулю два, интегратор 30, второй инвертор 31, третий ключ 32.

Устройство позволяет повысить точность передачи сигналов времени с огибающей произвольной формы, за счет введения цепей фазовой автоподстройки излучаемых

Изобретение относится к технике синхронизации разнесенных часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени для передачи эталонных .частот и сигналов точного времени.

Цель — повышение точности передачи сигналов времени.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства для передачи частотно-временных сигналов; на фиг.2 — 5 — временные диаграммы его работы.

Устройство для передачи частотно-временных сигналов содержит задающий генератор 1, хранитель .2 времени, формирователь 3 опорной частоты, формирователь 4 пилот-сигнала, коммутатор 5 сигналов, блок 6 выделения огибающей, первый и второй фазовращатели 7, 8, формирователь 9 несущей частоты, модулятор

10, радиопередатчик 11, антенну 12, антенный трансформатор 13 тока, третий фазовращатель 14, компаратор 15, блок 16 управления, первый инвертор 17, первый и второй ключи 18, 19, формирователь 20 сигналов времени, первый делитель 21 частоты, первый и второй блоки 22, 23 задержки, перемножитель 24, второй делитель 25 частоты, формирователь 26 опорных сигналов, первый сумматор 27 rlo модулю два, третий блок 28 задержи, второй сумматор 29 по модулю два. интегратор 30, второй инвертор 31, третий и четвертый ключи 32, 33.

Устройство для передачи частотно-временных сигналов работает следующим образом, Сигнал задающего генератора 1 поступает через второй фазовращатель 8 на формирователь 9, где формируется колебание несущей частоты. При подаче на управляющий вход модулятора 10 постоянного потенциала непрерывный сигнал поступает с модулятора 10 на вход радиопередатчика 11 и излучается антенной 12. С вывода обмотки сигналов времени относительно опорного сигнала, синхронизированного импульсами хранителя времени и автоматически сфазированного по результатам пилотирования блока выделения огибающей радиосигнала. Автоматическая подстройка фазы несущей частоты во время излучения импульсной части программы исключает погрешности стабилизации огибающей, вызванные слоями фазы несущей частоты.

5 ил. антенного трансформатора 13, индуктивно связанного с антенной 12, излучаемый сигнал поступает на сигнальный вход компаратора 15, на опорный вход которого подается опорный сигнал той же частоты с формирователя 3 опорной частоты. Опорный сигнал формируется из частоты задающего генератора 1, поступающей на один вход, и синхронизируется импульсами хранителя 2 времени, поступающими на другой вход формирователя 3. При наличии фазового рассогласования излучаемого и опорного колебаний вырабатываются сигналы, поступающие на управляющие входы второго фазовращателя 8 через открытый ключ ЗЗ. Под действием сигналов рассогласования фаза регулируется на то значение фазового сдвига, которое получает сигнал при прохождении по цепям формирования до выхода с антенны 12. По окончании регулировки фаза излучаемого сигнала равна нулю, Во время излучения непрерывной частоты производится пилотирование блока 6 выделения огибающей, представляющего собой синхронный детектор с фильтром нижних частот, путем подачи пилот-сигнала с формирователя 4 через коммутатор 5 сигналов на сигнальный вход блока 6; В формирователе 4 пилот-сигнала высокочастотное колебание, поступающее с формирователя

3 опорной частоты, модулируется сигналом прямоугольной формы со скважностью два (меандром), поступающим с второго выхода хранителя 2 времени на управляющий вход формирователя 4 {фиг.2,б). Задержка сигнала в формирователе 4 равна нулю, поэтому пилот-сигнал синхронизирован со шкалой хранителя 2 времени(фиг.2,а). С выхода блока 6, на опорный вход которого поступает высокочастотный сигнал с формирователя 3 опорной частоты задержанная (из-за наличия в блоке 6 фильтра нижних частот) огибающая пилот-сигнала (фиг.2,в) поступает на первый сумматор 27 по модулю два. На дру1818619 гой вход сумматора 27 подается с формирователя 26 опорный сигнал (фиг.2г), сформированный из импульсов делителя 25 частоты. Под действием сигнала блока 16, поступающего на управляющий вход формирователя 26, при пилотировании формируется меандровый опорный сигнал с частотой, равной частоте огибающей пилотсигнала. Фаза опорного сигнала может изменяться первым фазовращателем 7.

Ключ 32 на выходе первого сумматора

27 по модулю два и инвертора 31 управляется выходным сигналом второго сумматора

29 по модулю два, на входы которого поступают опорные сигналы с выхода формирователя 26 и с третьего блока 28 задержки.

Величина задержки опорного сигнала в блоке 28 равна длительности элементарной посылки или половине периода.

При сложении по модулю два основного (фиг.2,г) и задержанного на полпериода (фиг,2,д) меандровых сигналов на управляющем входе третьего ключа 32 существует единичный (отпирающий) потенциал (фиг.2,е), поэтому прямой (фиг.2,ж) и инвер- 2 сный (фиг.2,з) результаты сложения в первом сумматоре по модулю два огибающей пилот-сигнала (фиг.2,в) и опорного сигнала (фиг.2,r) поступают через открытый ключ 32 на интегратор 30, который обнуляется по 3 установочному входу фронтами опорного сигнала (фиг.2,г). В интеграторе 30 определяется среднее за период значение результата сложения и формируются сигналы рассогласования, поступающие на входы 3 ключей 18, 19. Ключи управляются блоком

16 управления путем подачи на управляющие входы прямого и инверсного потенциалов. В режиме пилотирования ключ 19 заперт, а ключ 18 открыт, и сигналы рассог- 4 ласования поступают с интегратора 30 на управляющие входы первого фазовращателя 7, На диаграмме фиг.2,r опорный сигнал находится в промежуточном положении, когда подстройка его не закончена. Соот- 4 ветствующие сигналы рассогласования на первом выходе интегратора 30 показаны в виде импульсов отрицательной полярности с точкой (фиг.2,и). Под действием импульсов, поступающих на первый управляющий 5 вход фазовращателя 7, опорный сигнал сдвигается влево до положения равновесия (фиг.2,к), при этом среднее значение суммы прямого(фиг.2,л) и инверсного (фиг.2,м) сигналов в интеграторе 30 становится равным 5 нулю (фиг.2,н), и подстройка опорного сигнала заканчивается.

При смешении опорного сигнала левее положения равновесия сигналы рассогласования возникают на втором выходе интегратора 30 и поступают на второй управляющий вход фазовращателя 7 для сдвига опорного сигнала вправо.

По окончании излучения непрерывной

5 частоты по сигналу с блока 16 управления ключ 18 запирается и пилотирование блока

6 выделения- огибающей заканчивается.

Опорный сигнал фиксируется в положении равновесия (фиг.2;к), при этом фронт оп@р10 ного сигнала опережает установочный импульс (фиг.2,а) на половину длительности элементарной посылки за вычетом задержки огибающей пилот-сигнаЛв в блоке вьщр- .. ления огибающей.

15 При излучении импульсных сигналов времени к сигнальному входу блока 6 вывеления огибающей с помощью коммутЖбра

5 сигналов подключается вывод обмотки антенного трансформатора 13.

20 Одновременно выходы интегратор 39. через второй ключ 19 подключается к управляющим входам третьего фазовращателя

14. Компенсация рассогласования фазч m - носительно опорного сигала ведется путем

5 сдвига модулирующего сигнала на управляющем входе модуляторе 10. Сигналы времени (фиг.З,в) формируются из импульсов делителя 21 частоты задающего генератора

1, поступающей на вход делителя 21 частоты

0 через третий фазовращатель 14. Опорный сигнал во время излучения импульсной части программы формируется по тому же закону, что и сигналы времени в формирователе 20, т.е. опорный сигнал

5 представляет собой копию огибающей сигналов времени (фиг.З,д). Первоначальное совмещение излучаемого и опорного сигналов в пределах длительности элементарнфй посылки производится установкой форми0 рователей 20 и 26 импульсами хранищлф времени. Дальнейший едвиг излучавме4) сигнала осуществляется с помощью цени фазовой автоподстройки.

Синхрриеафрующие импудьоы ц щуфф .

5 ля 2 времени:(фиг.З;а) постуцакхг:на файф. рователь 20 через-второй блок 22 задержки.

В результате установки задержанными, иф пульсами (фиг 3,б) сигналы времени. йе»Ю» ходе формирователя 20 не могут.сместитьсй, 0 поддействиемкоманднауправляющиквмв- дах фазовращателя 14 более мем,-на перищ . выходного сигнала делителя 21 частоты; т е. " на длительность элементариой посыл.

При сложении в первом сумматоре 27

5 по модулю gsa опорного сигнала иаыдфщМной в блоке 6 огибающей на выходепефвеке сумматора 27 образуется суммарный сиг.нал, котормй иепосредствэийо и череэщф» рой инвертор 31 поступает на третий ал®ч

32. Стробирующие импульсы (стробы огиз

1818619

20

30

55 ющей) на управляющем входе третьего ключа 32 (фиг.З,д) образуются сложением по модулю два основного (фи г.З,д) и задержанного на длительность элементарной посылки (фиг.Ç,ж) опорного сигнала. Стробы огибающей (фиг.З,з) открывают ключ 32 после каждого фронта и спада опорного сигнала (фиг.З,д) на время длительности элементарной посылки, при этом исключаются последующие участки сигнала, не содержащие перепада, т.е. не несущие информации о сдвиге огибающей.

Положение излучаемых сигналов изменяется под действием команд с интегратора

30, поступающих через открытый второй ключ 19 на третий фазовращатель 14. На диаграмме (фиг.З,г) показана задержанная в блоке 6 огибающая сигналов времени в произвольном положении перед началом ее автоподстройки, а на фиг.З,е — соответствующий результат сложения ее по модулю два с неподвижным опорным сигналом (фиг.З,д). Среднее значение результата в интеграторе 30 за интервал времени между обнуляющими импульсами (фронтами опорного сигнала (фиг.З,д)) отрицательно, поэтому сигналы рассогласования появляются на втором выходе интегратора 30. Эти сигналы изображены в виде импульсов отрицательной полярности с точкой (фиг.Ç,и). Поскольку второй выход интегратора 30 соединен через второй ключ 19 с первым управляющим входом третьего фазовращателя 14, то под действием сигналов. рассогласования (фиг.З,и) на первом управляющем входе фазовращателя 14 огибающая сигналов времени смещается вправо до положения устойчивого равновесия, совпадающего на выходе блока 6 (фиг.З,м) с положением пилот-сигнала (фиг.2,в). Сигнал — на выходе сумматора 27 по модулю два в равновесном положении огибающей показан на фиг.З,н.

8 положении равновесия среднее значение числа в интеграторе 30 равно нулю (фиг.3;o), при этом сигналы на выходе трансформатора 13 тока и, следовательно, излучаемые сигналы (фиг.З,л) синхронизованы с импульсами хранителя времени (фиг.З,а), а сигналы на выходе формирователя 20 (фиг.Ç,к) oneрежают импульсы хранителя 2 времени и излучаемые сигналы на время задержки в тракте. радиопередатчика 11.

Перекрестное включение выходов интегратора 30 и третьего фазовращателя 14 по сравнению с прямым подключением выходов интегратора 30 к управляющим входам первого фаэовращателя 7 объясняется тем, что опорный сигнал и огибающая при пилотировании и излучении сигналов времени меняются местами.

Для подстройки фазы несущей частоты во время излучения импульсных сигналов времени выходные сигналы формирователя

20 поступают, помимо управляющего входа модулятора 10, на перемножитель 24 сигналов. На другой вход перемножителя 24 сигналы времени поступают после задержки в блоке 23 на половину длительности элементарной посылки (фиг.Ç,п). Выходной сигнал перемножителя 24 (фиг.Ç,р) отпирает ключ

ЗЗ для прохождения команд с компаратора

15 на фазовращатель 8 через половину длительности элементарной посылки (за вычетом задержки сигнала в передатчике) после появления фронта сигнала на остальное время существования импульса (за вычетом той же величины). При стробировании команд исключаются участки радиосигнала, где имеют место переходные процессы на фронтах импульсов.

Величина задержки импульсов в блоке

22, синхронизирующих формирователь 20 сигналов времени. приближенно определяется как разность между половиной длительности элементарной посылки и задержкой сигнала в передатчике, при этом предполагается, что задержка в передатчике не превышает половины длительности элементарной посылки. Диаграммы фиг.3 иллюстрируют случай подстройки сигнала с промежуточной величиной задержки в передатчике и соответствующей задержкой синхронизирующих импульсов .в блоке 22 задержки.

На фиг.4, 5 приведены диаграммы работы устройства для двух крайних случаев: максимальной задержки в передатчике (фиг.4) и нулевой задержки (фиг.5). Последний случай имеет место также при настройке устройства без передатчика, т.е, при непосредственном подключении выхода модулятора 10 к коммутатору 5 сигналов.

Выбор задержки блока 22 имеет значение для быстрого захвата цепи автоподстройки сигналов времени с произвольной огибающей.

При задержке в передатчике равной половине элементарной посылки (фиг.4,в) задержка импульсов хранителя 2 времени (фиг.4,а) в блоке 22 равна нулю (фиг.4,6). B положении равновесия фронты опорного сигнала (фиг.4,д) опережают фронты огибающей на выходе блока 6 выделения огибающей (фиг.4,г), а импульс установки (фиг.4,6) находится в середине элементарной посылки, задающей начало циклического кода времени на выходе формирователя 20 сигналов времени. В качестве кода выбрана последовательность единиц и нулей, следующих по закону 1110001001. На фиг.4, 5

1818619

30

55 элементарные посылки в начале циклического кода в огибающих сигналов времени и в опорном сигнале выделены пунктирными линиями внутри посылок.

При максимальном смещении подстраиваемого сигнала на выходе формирователя

20 сигналов времени на полпосылки влево (фиг.4,ж) или вправо (фиг.4,и) от установочного импульса (фиг.4,б), ограничивающего в этих пределах смещение подстраиваемого сигнала, имеет место соответственно полное совпадение или несовпадение огибающей на выходе блока 6 (фиг.4,з) или (фиг.4,к) и опорного сигнала (фиг.4д).

При нулевой задержке в передатчике (фиг.5) задержка импульсов хранителя 2 времени(фиг.5,а) в блоке 22 равна половине длительности элементарной посылки (фиг.5,б). В положении равновесия выходного сигнала блока 6 выделения огибающей (фиг.5,r) относительно опорного сигнала .(фиг.5,д) установочный импульс (фиг.5,б) также находится в середине элементарной посылки, задающей начало циклического кода времени на выходе формирователя 20 (фиг.5,в). При смещении подстраиваемого сигнала на полпосылки влево (фиг.5,ж) или вправо (фиг.5,и) соответствующие выходные сигналы (фиг.5,з) или (фиг.5,к) блока 6 выделения огибающей так же, как и на диаграммах фиг.4, полностью совпадают либо не совпадают с опорным сигналом (фиг.5,д).

В обоих случаях (фиг.4, 5) несовпадение опорного сигнала и огибающей на выходе блока 6 не превышает длительности элементарной посылки. Поскольку время накопления результатов суммирования в интеграторе 30 определяется неподвижными стробами огибающей (фиг.4,е; 5,е), при больших сдвигах огибающей сигналы рассогласования будут поочередно появляться при обнулении интегратора фронтами опорного сигнала на противофазных выходах интегратора 30, что приведет к флуктуациям неподстроенного сигнала вдали от положения устойчивого равновесия и увеличению .времени вхождения в синхронизм.

Формула изобретения

Устройство для передачи частотно-временных сигналов, содержащее модулятор, первый, второй и третий фаэовращатели, последовательно соединенные задающий генератор, хранитель времени, формирователь опорной частоты, формирователь пилот-сигнала, коммутатор сигналов и блок выделения огибающей, а также формирователь несущей частоты, блок управления, выход которого подключен к управляющим входам формирователя сигналов времени и коммутатора сигналов, радиопередатчик с антенной и антенным трансформатором тока, один из выводов обмотки которого подключен к сигнальным входам коммутатора сигналов и компаратора, а второй вывод обмотки антенного трансформатора тока соединен с шиной "Земля", при этом второй и третий выходы хранителя времени подключены соответственно к управляющему входу формирователя пилот-сигнала и первому входу блока управления, к второму входу которого подключен первый выход хранителя времени, а выход формирователя опорной частоты подключен к опорным входам компаратора и блока выделения огибающей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности передачи сигналов времени, введены первый, второй, третий и четвертый ключи, первый и второй делители частоты, первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры по модулю два, интегратор, первый, второй и третий блоки задержки и перемножитель, выход которого подключен к управляющему входу четвертого ключа, к первому и второму входам которого подключены соответственно первый и второй выходы компаратора, а первый и второй выходы четвертого ключа подключены соответственно к первому и второму управляющим входам второго фазовращателя, выход которого через последовательно соединенные формирователь несущей частоты и модулятор подключен к входу радиопередатчика, при этом выход задающего генератора подключен к второму входу формирователя опорной частоты и к сигнальным входам первого, второго и третьего фазовращателей. причем первый и второй выходы первого ключа подсоединены соответственно к первому и второму управляющим входам первого фазовращателя, выход которого через второй делитель частоты подключен к сигнальному входу формирователя опорного сигнала, к установочному входу которого подключен первый выход хранителя времени, а выход блока управления подсоединен к управляющим входам второго ключа. формирователя опорных сигналов и через первый инвертор к управляющему входу первого ключа, к первому и второму входам которого и через второй ключ к второму и управляющим входам третьего фазовращателя подключены соответственно первый и второй выходы интегратора, к первому и второму входам которого подключены cooTB8TGTB8llHo первый и второй выходы третьего ключа, при этом выход формирователя опорных сигналов подключьн к установочному входу интегратора, к первому входу первого сумматора по модулю два, к второму входу

12

1818619

О второго сумматора по модулю два и через третий блок задержки к первому входу второго сумматора по модулю два, выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, к первому и второму входам которого непосредственно и через второй инвертор подключен выход первого сумматора bio модулю два, к второму входу которого подключен выход блока выделения огибающей, при этом выход третьего фазовращателя через первый делитель частоты подключен к входу формирователя сигналов времени, к установочному входу которому через первый блок задержки подключен

5 первый выход хранителя времени, а выход формирователя сигналов времени подключен к управляющему входу модулятора и через второй блок задержки к первому входу и непосредственно к второму входу пере10 множителя.

1818619 ! ! !

I !

I !

Фиг. 3

1818619 и J иг, /

Т Т

1 Г

Г1 фиг. Х

Составитель Г. Лерантович

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор t:. Юско

Заказ 1938 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН! (.(:(:P

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

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