Способ синхронизации часов и устройство для его реализации



Способ синхронизации часов и устройство для его реализации
Способ синхронизации часов и устройство для его реализации
Способ синхронизации часов и устройство для его реализации
Способ синхронизации часов и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2439643:

Учреждение российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН (RU)

Изобретение относится к технике связи и радиолокации и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния. Изобретение направлено на расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами путем использования дополнительных каналов приема, что обеспечивается за счет того, что устройство содержит геостационарный ИСЗ-ретранслятор и четыре наземных пункта, каждый из которых содержит стандарт частоты и времени, два гетеродина, генератор псевдошумового сигнала, переключатель, три смесителя, усилитель первой промежуточной частоты, два усилителя мощности, дуплексер, приемопередающую антенну, пять клипперов, пять буферных запоминающих устройств, четыре измерителя задержек и их производных, три фазовращателя на +90° и -90°, два усилителя второй промежуточной частоты, два перемножителя, четыре узкополосных фильтра, четыре амплитудных детектора, два сумматора, четыре ключа. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и могут быть использованы с радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частот.

Известны способ и устройства синхронизации часов (авт. свид. СССР №№591.799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; патенты РФ №№2.001.423, 2.003.157, 2.040.035, 2.177.167, 2.292.574, 2.350.998, 2.386.159; B.C.Губанов, A.M.Финкельштейн, П.А.Фридман. Введение в радиоастрометрию. - М., 1983 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются способ синхронизации часов (патент РФ №2.292.574, G04С 11/02, 2005) и устройство для его реализации, которые выбраны в качестве прототипов.

Указанные способ и устройство обеспечивают сличение шкал времени, разнесенных на большие расстояния, и основаны на использовании дуплексного метода связи через геостационарный ИСЗ-ретранслятор.

Основное достоинство дуплексного метода связи состоит в том, что в нем исключается длина трассы прохождения сигнала. Поэтому его точность в основном зависит от параметров бортового ретранслятора, типа используемого сигнала и техники измерения временных интервалов.

Для технической реализации известных способа и устройства используется супергетеродинный приемник, имеющий дополнительные каналы приема. В известных способе и устройстве дополнительные каналы подавляются различными техническими средствами.

Но с точки зрения расширения диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина, а также одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами, целесообразно не подавлять, а использовать дополнительные каналы приема, проведя соответствующую их маркировку.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами путем использования дополнительных каналов приема.

Поставленная задача решается тем, что способ синхронизации часов, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном преобразовании их к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t1 по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в тот же момент времени t1 по часам второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретренслятором сигнала на частоте ω1, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω2 с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t3 по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же искусственного спутника Земли-ретранслятора, в тот же момент времени t3 по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ω2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют первое и второе напряжение второй промежуточной частоты, второе напряжение второй промежуточной частоты сдвигают по фазе на -90°, суммируют с первым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное первое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличается от ближайшего аналога тем, что принимаемый шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ωЗ1 преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют третье и четвертое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают четвертое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с третьим напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное второе суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωЗ в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте ωК1, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжение второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют пятое и шестое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают шестое напряжение второй промежуточной частоты на -90°, суммируют с пятым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное третье суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют третье гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωК1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте ωК2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют седьмое и восьмое напряжение второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают восьмое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с седьмым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное четвертое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют четвертое гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωК2 в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, геостационарный ИСЗ-ретренслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдошумового сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержек и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенных к второму выходу генератора псевдослучайного сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу второго гетеродина первый фазовращатель на +90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты и второй фазовращатель на -90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено третьим фазовращателем на +90°, вторым сумматором, вторым перемножителем, вторым, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, вторым, третьим и четвертым амплитудными детекторами, вторым, третьим и четвертым ключами, третьим, четвертым и пятым клипперами, третьим, четвертым и пятым буферными запоминающими устройствами, вторым, третьим и четвертым измерителями задержек и их производных, причем к выходу второго усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены третий фазовращатель на +90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, третий клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу первого перемножителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, пятый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов А, В, С, D, Е и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d1, d2, d3, d4 - базы интерферометра, r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов первого А и второго В пунктов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов А и В соответственно. Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (А), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, показана на фиг.4.

Аппаратура наземного пункта А содержит последовательно включенные стандарт 1 частоты и времени, первый гетеродин 2.1, первый смеситель 5, второй вход которого через переключатель 4 соединен с первым выходом генератора 3 псевдослучайного сигнала, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый усилитель 7 мощности, дуплексер 8, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 9, второй усилитель 12 мощности, второй смеситель 13, второй вход которого через второй гетеродин 2.2 соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, первый усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый сумматор 22, первый перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, первый узкополосный фильтр 24, первый амплитудный детектор 25, первый ключ 26, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 22, второй клиппер 15, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство 16 и первый измеритель 17 задержек и их производных, выход которого является первым выходом I наземного пункта, к второму выходу генератора 3 псевдослучайного сигнала последовательно подключены первый клипер 10, второй вход которого соединен с вторым входом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство 11, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя 17 задержек и их производных. К выходу второго гетеродина 22 последовательно подключены первый фазовращатель 18 на +90°, третий смеситель 19, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, второй усилитель 20 второй промежуточной частоты и второй фазовращатель 21 на -90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 22. К выходу второго усилителя 20 второй промежуточной частоты последовательно подключены третий фазовращатель 27 на +90°, второй сумматор 28, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 14 второй промежуточной частоты, второй перемножитель 29, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, второй узкополосный фильтр 30, второй амплитудный детектор 31, второй ключ 32, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 28, третий клиппер 33, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство 34 и второй измеритель 35 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является вторым выходом II наземного пункта. К выходу первого перемножителя 23 последовательно подключены третий узкополосный фильтр 36, третий амплитудный детектор 37, третий ключ 38, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 22, четвертый клиппер 30, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство 40 и третий измеритель 41 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является третьим III выходом наземного пункта. К выходу второго перемножителя 29 последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр 42, четвертый амплитудный детектор 43, четвертый ключ 44, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 28, пятый клиппер 45, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство 46 и четвертый измеритель 47 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является четвертым IV выходом наземного пункта.

Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

В момент времени t1A по часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α1) (фиг.2):

uc(t)=Uccos[ωct+φk(t)+φc], 0≤t≤Tc,

где Uc, ωc, φc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

φk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем φk(t)=const при kτэ<t<(k+1)τэ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, … N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тсс=Nτэ),

в генераторе 3 с помощью стандарта 1 частоты и времени.

Указанный сигнал поступает на вход клиппера 10, а затем регистрируется в буферном запоминающем устройстве 11. Регистрация синхронизуется стандартом 1 частоты и времени.

Сформированный сигнал uc(t) поступает на первый вход первого смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2.1

uГ1(t)=UГ1cos(ωГ1t+φГ1).

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

uпр1(t)=Uпр1cos[ωпр1t+φk(t)+φk(t)+φпр1], 0≤t≤Tc,

где ;

K1 - коэффициент передачи смесителя;

ωпр1сГ1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

φпр1сГ1,

которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 и приемопередающую антенну 9 излучается в направлении ИСЗ-ретранслятора на частоте ω1пр1.

В тот же момент времени t1A=t1B по часам второго пункта В с помощью такой же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β1). Регистрируют его на втором пункте В (сигнал β1, который, однако, не отправляют на ретрансляцию). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте ω1 (сигнал α1), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω2 с сохранением фазовых соотношений на интервале tc.

Ретранслированный сигнал (сигнал α2) на частоте ω2

u2(t)=U2cos[ω2t+φk(t)+φ2], 0≤t≤Tc,

принимается приемопередающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго 13 и третьего 19 смесителей и перемножителя 23. На вторые входы смесителей 13 и 19 подаются напряжения второго гетеродина 2.2:

uГ2(t)=UГ2Г2t+φГ2),

uГ3(t)=UГ2cos(ωГ2t+φГ2+90°).

Причем частоты ωГ1 и ωГ2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

ωГ2Г1пр2.

На выходах смесителей 13 и 19 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 14 и 20 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

uпр2(t)=Uпр2 cos[ωпр2(t)-φК1(t)+φпр2],

uпр3(t)=Uпр2 cos[ωпр2(t)-φК1(t)+φпр2+90°], 0≤t≤Tс,

где

ωпp2Г22 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φпр2Г22.

Напряжение uпр3(t) с входа усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 21 на -90°, на выходе которого образуется напряжение

uпр4(t)=Uпр2cos[ωпр2t-φk(t)+φпр2+90°-90°]=

=Uпр2cos[ωпр2t-φk(t)+φпр2], 0≤t≤Tс.

Напряжения Uпр2(t) и Uпр4(t) с выхода усилителя 14 и фазовращателя 21 на -90° поступают на два входа первого сумматора 22, на выходе которого образуется первое суммарное напряжение

u∑1(t)=U∑1сos[ωпр2t-φk1(t)+φпр2], 0≤t≤Tc,

где U∑1=2Uпр2,

которое поступает на второй вход перемножителя 23. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u1(t)=U1cos(ωГ2t+φГ2), 0≤t≤Tс,

где ;

К2 - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 24 (частота настройки ωн которого выбирается равной частоте второго гетеродина 2.2 ωнГ2), детектируется амплитудным детектором 25 и поступает на управляющий вход ключа 26, открывая его. В исходном состоянии ключ 26 всегда закрыт.

Напряжение u(t) с выхода сумматора 22 через открытый ключ 26 поступает на вход клиппера 15, где оно клиппируется и записывается в буферное запоминающее устройство 16. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.

На втором шаге (при передаче сигнала из пункта В) переключатель 4 должен быть разомкнут и сигнал α3 из генератора 3 через клиппер 10 поступает в то же запоминающее устройство 11. Ретранслированный сигнал α4 записывается, как и α2, в запоминающее устройство 16.

В произвольный момент времени t3B=t2B+Θ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β3). Сформированный сигнал преобразуют на частоту ω1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора.

В тот же момент времени t3B=t3A по часам первого пункта А с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α3). Регистрируют его на первом пункте А. Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω1 (сигнал α3), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω2 с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его на видеочастоту, регистрируют в моменты времени t4A и t4B соответственно (сигнал α4, β4).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в измерителе 17 определяют на каждом пункте следующие временные задержки:

τ11⊗β2=t2В-t1В=a1+b1+(ΔВИВП+ΔS)+Δt,

τ23⊗α4=t4A-t3A=a3+b2+(ΔBИАП+ΔS)-Δt,

τ31⊗α2=t2A -t1A=a1+a2+(ΔAИАП+ΔS),

τ43⊗β4=t3B-t3B=b2+b3+(ΔВИВП+ΔS),

и соответствующие им частоты интерференции Fi(i=1, 2, 3, 4), которые определяют производные этих задержек:

,

где ,

aj, bj (j=1, 2, 3) - время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами А и В соответственно (фиг.1);

ΔАИ, ΔВИ - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

ΔАП, ΔВП - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;

Δt=t1В-t1A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая aj и bj линейными функциями с производными , , получаем:

где

,

ΔА,В', ΔА,В” - задержки сигнала в атмосфере на частотах ω1 и ω2 соответственно;

ν - релятивистская поправка (эффект Саньяка);

ω - угловая скорость вращения Земли;

с - скорость света;

D - площадь четырехугольника OA'S'B', образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов А,В и ИСЗ-ретранслятора S.

Поправки γ на подвижность ИСЗ-ретренслятора во время единичного измерения проще всего свести к нулю соответствующим выбором свободного параметра Θ:

,

который следует в начале измерений рассчитывать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений.

Что касается поправки δ на аппаратурные задержки, то ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы».

Атмосферная поправка ε также учитывается.

На пункте В аппаратура работает аналогично, только порядок шагов там обратный. Для вычисления разности показаний часов Δt теперь достаточно обменяться между пунктами полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи.

Описанная выше работа устройства, реализующего предлагаемый способ, соответствует приему полезных сигналов по основному каналу на частоте ω2 (фиг.4).

Если шумоподобный сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте ωЗ

uЗ(t)=UЗcos[ωЗt+φK2(t)+φЗ], 0≤t≤TЗ,

то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

uпр5(t)=Uпр5cos[ωпр2t+φK2(t)+φпр5],

uпр6(t)=Uпр5cos[ωпр2t+φK2(t)+φпр5-90°], 0≤t≤TЗ,

где

ωпр2ЗГ2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φпр5ЗГ2.

Напряжение uПP6(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

uПР7(t)=UПР5cos[ωПР2t+φК2(t)+φПР5-90°-90°]=

=-UПР5cos[ωПР2t+φК2(t)+φПР5],

uПР8(t)=UПР5cos[ωПР2t+φK2(t)+φПР5-90°+90°]=

=UПР5cos[ωПР2t+φК2(t)+φK2(t)+φПР5], 0≤t≤TЗ.

Напряжения uПР5(t) и uПР7(t), поступающие на два входа сумматора 22, на его выходе компенсируются.

Напряжения uПР5(t) и uПР8(t) поступают на два входа сумматора 28, на выходе которого образуется второе суммарное напряжение

u∑2(t)=Ucos[ωпp2t+φК2(t)+φПР5], 0≤t≤ТЗ,

где U∑2=2UПР5,

которое поступает на второй вход второго перемножителя 29, на первый вход которого подается принимаемый шумоподобный сигнал uЗ(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 29 образуется гармоническое напряжение

u2(t)=U2cos(ωГ2t+φГ2), 0≤t≤TЗ,

где ,

которое выделяется вторым узкополосным фильтром 30, детектируется вторым амплитудным детектором 31 и поступает на управляющий вход второго ключа 32, открывая его. В исходном состоянии ключи 32, 38 и 44 всегда закрыты.

Следует отметить, что частота ωН1 настройки узкополосного фильтра 30 выбирается равной частоте второго гетеродина 22 ωН1Г2, а частота ωН2 настройки узкополосных фильтров 36 и 42 выбирается равной второй гармонике частоты второго гетеродина 22 ωН2=2ωГ2.

Второе суммарное напряжение u∑2(t) с выхода второго сумматора 28 через открытый второй ключ 32 поступает на вход второго клипера 33, где оно клиппируется и записывается во второе буферное запоминающее устройство 34. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ωЗ в первый А и третий С пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Если шумоподобный сигнал

uК1(t)=UК1cos[ωК1t+φK3(t)+φК1], 0≤t≤TK1,

принимается по первому комбинационному каналу на частоте ωK1, то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

uПР9(t)=UПР9cos[ωПР2t-φК3(t)+φПР9],

uПР10(t)=UПР9cos[ωПР2t-φК3(t)+φПР10+90°], 0≤t≤TК1,

где ;

ωПР2=2ωГ2К1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φПР9Г2К1.

Напряжение UПР10(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

uПР11(t)=UПР9 cos[ωПР2t-φК3(t)+φпр9+90°-90°]=

=UПР9 cos[ωПР2t-φК3(t)+φпр9],

uПР12(t)=UПР9 cos[ωПР2t-φК3(t)+φПР9-90°+90°]=

=-UПР9 cos[ωПР2t-φК3(t)+φПР9], 0≤t≤TК1,

Напряжения uПР9(t) и uПР12(t), поступающие на два входа сумматора 28, на его выходе компенсируются.

Напряжения uПР9(t) и uПР11(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется третье суммарное напряжение

u∑3(t)=U∑3cos[ωПР2t-φК3(t)+φпр9], 0≤t≤TК1,

где U∑3=2UПР9,

которое поступает на второй вход первого перемножителя 23, на второй вход которого подается принимаемый шумоподобный сигнал uК1(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 23 образуется гармоническое напряжение

uЗ(t)=UЗcos(2ωГ2t+φг2), 0≤t≤Тк1,

где ;

которое выделяется третьим узкополосным фильтром 36, детектируется третьим амплитудным детектором 31 и поступает на управляющий вход третьего ключа 38, открывая его. При этом суммарное напряжение u∑3(t) с выхода сумматора 22 через открытый ключ 38 поступает на вход клипера 39, где оно клиппируется и записывается в третье буферное запоминающее устройство 40. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временные задержки прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ωК1 в первый А и четвертый D пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Если шумоподобный сигнал

uК2(t)=UК2cos[ωПР2t+φК4(t)+φК2], 0≤t≤TК2,

принимается по второму комбинационному каналу на частоте ωК2 (фиг.4), то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

uПР13(t)=UПР13cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13],

uПР14(t)=UПР13cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13-90°], 0≤t≤ТК2,

где ;

ωПР2К2-2ωГ2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φпр13К2Г2.

Напряжение UПР14(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

uПР15(t)=UПР13cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13-90°-90°]=

=-UПР13cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13],

uПР16(t)=UПР13cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13-90°+90°]=

=UПР13cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13].

Напряжения uПР13(t) и uПР15(t), поступающие на два входа сумматора 22, на выходе компенсируются.

Напряжения uПР13 и uПР16(t) поступают на два входа сумматора 28, на выходе которого образуется четвертое суммарное напряжение

u∑4(t)=U∑4cos[ωПР2t+φК4(t)+φПР13], 0≤t≤ТК2,

где U∑4=2UПР13,

которое поступает на второй вход второго перемножителя 29, на первый вход которого подается принимаемый шумоподобный сигнал uК2(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 29 образуется гармоническое напряжение

u4(t)=U4cos(2ωГ2t+φГ2), 0≤t≤TК2,

где

которое выделяется четвертым узкополосным фильтром 42, детектируется четвертым амплитудным детектором 43 и поступает на управляющий вход ключа 44, открывая его. При этом суммарное напряжение u∑4(t) с выхода сумматора 28 через открытый ключ 44 поступает на вход клипера 45, где оно клиппируется и записывается в четвертое буферное запоминающее устройство 46. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ωК2 в первый А и пятый Е пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Способ синхронизации часов позволяет:

- достичь предельной точности измерений (около ±0,1 нс) с помощью РСДБ техники и техники ретрансляции, которая уже широко используется на практике;

- формировать необходимые для проведения измерения СВЧ-сигналы на наземных пунктах, что дает возможность постепенно наращивать точность измерений за счет оптимизации структуры сигнала и усовершенствования наземной техники регистрации без вмешательства в бортовую аппаратуру ИСЗ;

- повысить оперативность измерений, т.е. довести интервал времени от начала измерений до получения результатов вплоть до нескольких десятков секунд (практически до времени корреляционной обработки сигналов);

- избежать установки на борту ИСЗ высокостабильных хранителей времени и измерителей временных интервалов, ограничить бортовую аппаратуру только системой фазостабильной ретрансляции СВЧ-сигналов.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи каждого наземного пункта с четырьмя другими наземными пунктами с помощью одного геостационарного ИСЗ-ретранслятора. Это достигается использованием дополнительных каналов приема: зеркального, первого и второго комбинационных каналов.

1. Способ синхронизации часов, основанный на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном их преобразовании к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t1 по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω1, усиливают его по мощности, изучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в тот же момент времени t1 по часам второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте ω1, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω2 с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t3 по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же искусственного спутника Земли-ретранслятора, в тот же момент времени t3 по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ω2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина сдвинутого по фазе на +90°, выделяют первое и второе напряжения второй промежуточной частоты, второе напряжение второй промежуточной частоты сдвигают по фазе на -90°, суммируют с первым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное первое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличающийся тем, что принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ωЗ, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют третье и четвертое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают четвертое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с третьим напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное второе суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным напряжением, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωЗ в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте ωК1, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют пятое и шестое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают шестое напряжение второй промежуточной частоты на -90°, суммируют с пятым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное третье суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют третье гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωК1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте ωК2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют седьмое и восьмое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают восьмое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с седьмым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное четвертое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют четвертое гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωК2 в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

2. Устройство синхронизации часов, содержащее геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдослучайного сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержек и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к второму выходу генератора псевдослучайного сигнала первый клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом измерителя задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу второго гетеродина первый фазовращатель на +90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты и второй фазовращатель на -90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличающееся тем, что оно снабжено третьим фазовращателем на +90°, вторым сумматором, вторым перемножителем, вторым, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, вторым, третьим и четвертым амплитудными детекторами, вторым, третьим и четвертым ключами, третьим, четвертым и пятым клиперами, третьим, четвертым и пятым буферными запоминающими устройствами, вторым, третьим и четвертым измерителями задержек и их производных, причем к выходу второго усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены третий фазовращатель на +90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, третий клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу первого перемножителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, четвертый клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, пятый клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области средств связи и направлено на повышение достоверности проведения синхронизации бортовой шкалы времени и сокращение времени его проведения.

Изобретение относится к области средств связи и сигнализации и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния и размещенных на транспортном средстве и наземном пункте управления и контроля, а также для дистанционного контроля за техническим состоянием транспортного средства и его местонахождением на наземном пункте управления и контроля.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частот. .

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано при эксплуатации мер частоты (иногда будем называть их просто мерами). .

Изобретение относится к квантовым стандартам частоты пассивного типа и может быть использовано в рубидиевых стандартах частоты с принудительной подстройкой частоты стандарта.

Изобретение относится к способу определения разности времени между станциями в радионавигационной системе позиционирования в режиме реального времени. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при реализации систем синхронизации шкал времени пространственно разнесенных объектов с неопределенным местоположением относительно эталонной станции.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения частотно-временных параметров высокостабильных генераторов (мер времени и частоты), размещенных на подвижных объектах, например самолетах или навигационных космических аппаратах (НКА) системы "ГЛОНАСС".

Изобретение относится к технике связи и радиолокации и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния. .

Изобретение относится к сетевой среде и предназначено для синхронизации часов реального времени в узлах сетевой среды. .

Изобретение относится к области средств связи и сигнализации и направлено на повышение надежности и достоверности обмена сообщениями между подвижным объектом и центром управления, а также контроля в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн путем псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, в службе единого времени и частоты, а также для обмена конфиденциальной дискретной и аналоговой информацией между наземными пунктами, разнесенными на большие расстояния, с использованием геостационарного ИСЗ-ретранслятора и защитой указанной информации от несанкционированного доступа.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частот. .

Изобретение относится к области организации службы единого времени, а более точно - к способам сличения шкал времени станций и синхронизации шкал времени станций. .

Изобретение относится к области средств связи и сигнализации и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния, а также может быть использовано при решении широкого класса радиоастрономических задач, требующих высокого разрешения параметров, например в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния, в службе единого времени и эталонных частот и т.п.

Изобретение относится к области средств связи и сигнализации и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния и размещенных на транспортном средстве и наземном пункте управления и контроля, а также для дистанционного контроля за техническим состоянием транспортного средства и его местонахождением на наземном пункте управления и контроля.
Наверх