Система синхронизации часов по радиоканалу

 

Использование: в системах единого времени, в которых осуществляется передача сигналов точного времени. Сущность изобретения: система синхронизации часов по радиоканалу содержит группу ведущих часов, группу удаленных часов, синхронизатор спутниковой радионавигационной системы, центральные часы, группу навигнационных космических аппаратов, линии связи, при этом в состав каждых ведущих часов входят опорный генератор, делитель частоты, блок привязки шкал времени (ШВ), анализатор результатов привязки ШВ, ключ, блок сравнения, формирователь сигналов управления частотой, блок памяти, программный блок, формирователь сигналов времени и радиопередатчик, в состав каждых удаленных часов входят опорный генератор, делитель частоты, блок привязки ШВ, анализатор результатов привязки ШВ, радиоприемник и измеритель разности времени, а в состав центральных часов входят опорный генератор, делитель частоты, блок привязки ШВ, анализатор результатов привязки ШВ,радиоприемник, измеритель разности времени, коммутатор линий связи, формирователь поправки ШВ и признака достоверности, формирователь управляющих сигналов и ключ. 1 ил.

Изобретение относится к синхронизации часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени, в которых осуществляется передача сигналов точного времени.

Цель изобретения увеличение времени автономной работы ведущих часов без снижения точности.

На чертеже представлена структурная электрическая схема системы синхронизации часов по радиоканалу.

Система синхронизации часов по радиоканалу содержит группу ведущих часов 1₁-1_n, группу удаленных часов 2₁-2_n, синхронизатор 3 спутниковой радионавигационной системы (РНС) центральные часы 4, группу навигационных космических аппаратов 5₁-5_n, линии связи 6, 7, 8.

При этом в состав каждых ведущих 1 часов входят опорный генератор 9, делитель 10 частоты, блок привязки 11 шкал времени (ШВ), анализатор 12 результатов привязки шкал времени (РПШВ), ключ 13, блок сравнения 14, формирователь 15 сигналов управления частотой, блок памяти 16, программный блок 17, формирователь 18 сигналов времени и радиопередатчик 19.

В состав каждых удаленных 2 часов входят опорный генератор 20, делитель 21 частоты, блок привязки 22 ШВ, анализатор 23 РПШВ, радиоприемник 24 и измеритель 25 разности времени.

В состав центральных 4 часов входят опорный генератор 26, делитель 27 частоты, блок привязки 28 ШВ, анализатор 29 РПШВ, радиоприемник 30, измеритель 31 разности времени, коммутатор 32 линий связи, формирователь 33 поправки шкал времени и признака достоверности, формирователь 34 управляющих сигналов и ключ 35.

Работает система синхронизации часов по радиоканалу следующим образом.

Из сигналов опорного генератора 9 ведущих 1 часов с помощью делителя 10 формируется шкала времени ведущих 1 часов. По ее сигналам посредством формирователей 18, сигнал времени образуются сигналы ведущий 1 часов, пригодные для передачи по радиоканалу (например, частотно-стабилизированный сигнал и импульсные метки времени, М-последовательность и т.п.). Эти сигналы с помощью радиопередатчика 19 излучаются в эфир и принимаются потребителями сигналов времени (удаленными 2 и центральными 4 часами). На центральных 4 и удаленных 2 часах при радиоконтакте производится прием сигналов времени с помощью радиоприемников 30 и 24 подача их на сигнальный вход измерителей разности времени 31 и 25.

Из сигналов опорных генераторов 26 и 20 с помощью делителей 27 и 21 на центральных 4 и удаленных 2 часах формируются местные шкалы времени, сигналы которых поступают на другой вход измерителей 31 и 25 разности времени. С помощью последних определяются временные расхождения Δ_YiВ, Δ_ц4,В принятых сигналов ведущих 1 часов и сигналов местных шкал времени (для каждых i-х удаленных 2 и центральных 4 часов), с учетом задержки сигналов на время их распространения от часов 1 до часов 2 и 4.

Значения Δ_(YiВ), Δ(ц4,В), принимаются анализаторами 23 и 29 за поправки и вводятся в делители 21 и 27 удаленных 2 и центральных 4 часов для совмещения их шкал со шкалой ведущих часов 1. При этом решение о введении в делители 21 и 27 удаленных 2 и центральных 4 часов оговоренных поправок принимается анализаторами 23 и 29 при отсутствии высокоточных поправок, поступающих на первый вход анализаторов 23 и 29 от блока привязки шкал времени 22 и 28 и определенных по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС).

При последующих сеансах синхронизации с использованием сигналов от ведущих 1 часов на удаленных 2 и центральных 4 часах также производится измерение значений Δ (YiВ), Δ (ц4,В) Результаты измерений от удаленных 2 часов по мере их получения не только используются для управления собственными делителями 21, но и передаются по линиям связи 7 на коммутатор 32 линий связи центральных 4 часов, которые производит их последовательную передачу на формирователь 33 поправок и признака достоверности. Результаты аналогичных измерений, приведенных на центральных 4 часах, подаются на его делитель 27 и на формирователь 33 от измерителя разности времени 31 через анализатор 29 непосредственно.

При получении этих результатов от всех удаленных 2 и центральных 4 часов за определенный интервал, например, за сутки, в формирователе 33 вырабатывается групповая поправка Δ_гр, например, как средневзвешенное из значений Δ (Y_i, В), Δ (ц4,В).

Значения групповой поправки по мере их получения фиксируются в формирователе 33. По сигналам групповой поправки и результатам Δ(Y_i,В) определяются поправки Δ Г (Y_i) к шкале времени каждых удаленных 2 часов относительно групповой шкалы времени системы, по величине которых можно судить о степени синхронизма часов 2.

Значения поправок Δ Г (Y_i) записываются в формирователе 33, производится определение разности двух соседних значений [Δ Г(Y_i)_n Δ Г(Y_i)_n-1] для каждых удаленных 2 часов и сравнение ее с порогом, величина которого устанавливается исходя из допустимого расхождения шкал времени удаленных 2 часов. Значения групповой поправки по мере их формирования поступают в формирователь 33, в который также поступают результаты Δ (ц4,В) от измерителя 31 разности времени через анализатор 29 центральных 4 часов. С помощью формирователя 33 производится определение поправок Δ Г(В) шкалы времени ведущих 1 часов относительно групповой шкалы времени cистемы и устанавливается изменение во времени положения шкалы времени ведущих 1 часов относительно групповой шкалы (знак и скорость ее хода), а также производится определение поправки на шкалу времени ведущих 1 часов относительно групповой шкалы по истечении некоторого интервала времени Δ t в соответствии с определенным законом изменения положения шкалы времени ведущих 1 часов, например, Δ Г(В) Δ t Δ Г (В)_n + а ˙Δ t где Δ Г(В)_n, Δ Г(В)Δ t положение шкалы времени ведущих 1 часов относительно групповой шкалы времени в момент производства очередной серии измерений и по окончании интервала времени Δ t соответственно; a t₂, t₁ моменты времени, когда были произведены последние n и предпоследние (n-1) серии измерений.

Данные о ходе ведущих 1 часов в виде поправок поступают на формирователь 3 и управляющих сигналов, с помощью которого образуется программа управления шкалой времени ведущих 1 часов для совмещения ее с групповой шкалой системы. Эта программа содержит необходимые значения поправок, которые следует внести в шкалу времени ведущих 1 часов и моменты их ввода на интервале между соседними сеансами синхронизации, а также на более длительном интервале.

Сигналы программы управления поступают через ключ 35 и линию связи 8 (например, программно-командную, телефонную, телеграфную и т.п.) в блок памяти 16 ведущих 1 часов, где производится их запоминание и передача на программный блок 17, который представляет собой управляемый коммутатор, на сигнальный вход которого поступают значения поправок с кодами моментов времени их ввода, а на управляющий вход подается код времени от делителя 10. При совпадении кода времени ведущих 1 часов с кодом момента ввода программного блока 17 транслирует соответствующую поправку из блока памяти 16 через анализатор 12 в делитель 10, шкала которого поэтому совмещается с групповой шкалой времени системы. При этом решение о такой трансляции поправок из программного блока 17 в делитель 10 принимается анализатором 12 только при отсутствии высокоточных поправок, поступающих на первый вход анализаторов 12 от блока привязки 11 шкал времени и определенных по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС).

Таким образом, сигналы, излучаемые радиопередатчиком 19 ведущих 1 часов и принимаемые удаленными 2 и центральными 4 часами, оказываются синхронизированными с групповой шкалой. Поправки на шкалы времени удаленных 2 и центральных 4 часов, полученные в измерителях 25 и 31 разности времени, вводится (аналогично через анализаторы 23 и 29) в делителе 21 и 27, чем достигается синхронизация удаленных 2 и центральных 4 часов, так как сигналы времени ведущих 1 часов совмещены с групповой шкалой.

Текущее значение поправок ведущих 1 часов Δ Г(В)_n поступает на формирователь 33, где выбирается предыдущее значение Δ Г(В)_n-1 и вычисляется значение разности поправок [Δ Г(В)_n Δ Г(В_)n-1] и сравнение ее с порогом, величина которого определяется исходя из допустимого расхождения шкалы времени ведущих 1 часов и групповой шкалы. По результатам [Δ Г(В)_n Δ Г(В)_n-1] и [Δ Г(Y_i)_n Г(Y_i)_n-1] выносится решение о качестве измерения расхождения шкалы времени ведущих 1 часов относительно групповой шкалы. При этом, если для большинства удаленных 2 часов величина [Δ Г(Y_i)_n Δ Г(Y_i)_n-1] не превышает порог (это означает, что удаленные часы синхронизированы с групповой шкалой времени) и величина [Δ Г(В)_n Δ Г(В)_n-1] также не превышает порог (что соответствует правильному измерению на центральных 4 часах и синхронизму часов 1), то на выходе формирователя 33 формируется сигнал, разрешающий поступление очередного результата Δ Г(В)_n.

Если величина [Δ Г(Y_i)_n Δ Г(Y_i)_n-1] для большинства удаленных 2 часов не превышает порог, а величина [Δ Г(В)_n Δ Г(В)_n-1] больше порога (что соответствует ошибке в измерениях на центральных 4 часах, то сигнал с выхода формирователя 33 запрещает запись текущего результата. Таким образом, для определения хода часов 1 и формирования управляющих сигналов используются только достоверные результаты.

Если величины [Δ Г(Y_i)_n Δ Г(Y_i)_n-1] и [Δ Г(В)_n Δ Г(B)_n-1] превышают порог, то это означает либо выход за пределы допуска синхронизации большинства удаленных 2 часов, либо приближение шкалы времени ведущих 1 часов к максимально допустимой границе расхождения с групповой шкалой системы.

При этом, если величина Δ Г(Y_i)_n меньше допустимой величины для большинства удаленных 2 часов, то групповая шкала времени системы сохраняется. Соответствующий сигнал с выхода формирователя 33 подается на ключ 35 и разрешает ввод управляющих сигналов от формирователя 34 на ведущие 1 часы.

При нарушении отдельных линий связи 7 формирователь 33 поправок и признака достоверности центральных 4 часов продолжает формирование групповой поправки, определение хода ведущих 1 часов, формирование управляющих сигналов в блоке 34 и их закладку через линию связи 8 на ведущие 1 часы. При этом может возникнуть ситуация, при которой величина поправок Δ Г(Y_i) удаленных часов 2 превысит порог. Это означает, что групповая шкала в этой ситуации в значительной степени утратила свойства надежности и повышенной точности, а сигналы управления, выработанные на ее основе, приведут к нарушению синхронизма ведущих 1, и, соответственно, удаленных 4 и центральных 4 часов 2 и 4. В этом случае с помощью формирователя 33 формируется сигнал, подаваемый на ключ 35, запрещающий выдачу управляющих сигналов на ведущие часы 1 до получения достоверной информации от удаленных 2 часов. Однако при этом групповая шкала времени на ведущих 1 часах сохраняется, так как на них программные блоки 17 производят управление делителями 10 по долговременным данным, заложенным в блоки памяти 16 на предыдущем сеансе контакта по линии связи 8 по передаче управляющих сигналов. На удаленных 2 и центральных 4 часах по-прежнему производится прием сигналов времени от ведущих 1 часов и ввод поправки от измерителей 25 и 31 разности времени в делители 21 и27 соответственно. При этом синхронизация удаленных 2 и центральных 4 часов сохраняется и без линий связи 8, так как ведущие 1 часы по-прежнему передают сигналы более стабильной и равномерной групповой шкалы времени.

В случае невосстанавливаемого нарушения всех линий связи 7 данные от коммутатора 32 линий связи на вход формирователя 33 не поступают. Однако синхронизация удаленных 2 часов также сохраняется, так как при этом из формирователя 33 поступает последнее заполненное значение групповой поправки Δ Г(В), относительно которого так же, как и при наличии линий связи, производится уточнение поправки Δ Г(В) ведущих 1 часов (с использованием результатов измерений на центральных 4 часах в текущем сеансе синхронизации), запоминание результата и формирование управляющих сигналов в формирователе 34.

При этом в формирователе 33 выбираются два последних соседних значения поправок Δ Г(Y_i) удаленных 2 часов, и если результат сравнения их разности с порогом соответствует сохранению групповой шкалы времени системы, то формируется сигнал, разрешающий закладку управляющих сигналов через линию связи 8 на ведущие 1 часы. В результате шкала времени ведущих 1 часов совмещается с групповой шкалой, положение которой определяется по массиву данных, переданных по линиям связи 7 в предыдущих сеансах, и уточненному по результатам измерений проведенных на центральных 4 часах в текущем сеансе синхронизации.

В случае выхода из строя линии связи 8 подстройка шкалы времени ведущих 1 часов под групповую шкалу продолжается по долговременным данным, хранящимся в блоках памяти 16 ведущих 1 часов так же, как и в ситуации превышения значениями Δ Г(Y_i) заданного порога.

Описанный до сих пор процесс функционирования системы направлен на предварительное формирование групповой шкалы времени системы и доведение ее к удаленным часам 2 через совмещение с ней шкал времени ведущих 1 часов. Причем точность формирования групповой шкалы времени системы определяется сравнительно низкой погрешностью, от единиц мкс до единиц мс, синхронизации шкал времени местных шкал времени удаленных 2 и центральных 4 часов по сигналам ведущих 1 часов.

По окончании описанного (и далее поддерживаемого) процесса (первого этапа функционирования системы) производится привязка временного положения шкалы времени спутниковой радионавигационной системы (СРНС) к групповой шкале времени системы синхронизации часов по радиоканалу. Эта привязка осуществляется для обеспечения возможности использования СРНС как средства высокоточного (с погрешностью в несколько десятков нс) донесения групповой шкалы времени до часов, оборудованных блоками привязки 11 шкал времени (по сравнению с точностями синхронизации часов системы с помощью сигналов передаваемыми ведущими 1 часами).

При этом оговоренная взаимная привязка (определение поправки на шкалу СРНС как промежуточный этап подготовки сигналов СРНС для целей временной синхронизации) осуществляется, опираясь на шкалу времени центральных 4 часов, которые оборудуются наилучшими в системе по долговременной стабильности частоты опорным генератором 26, т.е. имеют минимальное с течением времени отклонение от групповой шкалы времени системы, а также наилучшими в системе измерителями интервалов времени 31 (например, многоканальными, одновременно действующими и усредняющими результаты привязок), чем обеспечивается наилучшая в системе привязка шкалы времени центральных 4 часов к групповой шкале.

Формула изобретения

СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ ПО РАДИОКАНАЛУ, содержащая группу ведущих часов, группу удаленных часов, синхронизатор, спутниковый навигационный системы (СРНС), группу навигационных космических аппаратов, при этом каждые ведущие часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, формирователя сигналов времени и передатчика, а также последовательно соединенных блока памяти и программного блока, другой вход которого соединен с выходом делителя частоты, причем вход блока памяти является входом сигнала программы управления центральных часов, каждые удаленные часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, измерителя разности времени, к другому входу которого подключен выход радиоприемника, и анализатора результатов привязки шкал времени (РПШВ), к другому входу которого подключен выход блока привязки шкал времени, к входам которого подключены соответственно выходы опорного генератора и делителя частоты, причем выход анализатора РПШВ является выходом сигналов расхождения шкал времени, центральные часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, измерителя разности времени, к другому входу которого подключен выход радиоприемника, анализатора результатов привязки шкал времени, к другому входу которого подключен выход блока привязки шкалы времени, формирователя поправки шкал времени и признака достоверности, к другому входу которого подключен выход коммутатора линии связи, и ключа, управляющий вход которого соединен через формирователь управляющих сигналов с другим выходом формирователя поправки шкалы времени и признака достоверности, первый вход которого соединен с другим входом делителя частоты, первый вход которого соединен с первым входом блока привязки шкал времени, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, причем входы коммутатора линий связи и выходы ключа и блока привязки шкал времени являются соответственно входами сигналов расхождения шкал времени, выходом сигнала программы управления и выходом информационного сигнала синхронизатора СРНС, отличающаяся тем, что, с целью увеличения времени автономной работы ведущих часов без снижения точности, в состав каждых ведущих часов введены последовательно соединенные блок привязки шкал времени, блок сравнения, ключ и анализатор результатов привязки шкал времени, первый вход которого соединен со входом вновь введенного формирователя сигналов управления частотой, при этом первый и второй входы блока привязки шкал времени соединены с тактовым входом и выходом делителя частоты, информационный вход ключа соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом программного блока и с другим входом анализатора результатов привязки шкал времени, выход которого соединен с управляющим входом делителя частоты, а выход формирователя сигналов управления частотой соединен с управляющим входом опорного генератора.