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

 


Владельцы патента RU 2583894:

Акционерное общество "Институт прикладной астрономии" (RU)

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частот. Устройство, реализующее предлагаемый способ синхронизации часов, содержит стандарт 1 частоты и времени, первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, генератор 3 псевдослучайного сигнала, переключатель 4, первый 5 и второй 13 смесители, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый 7 и второй 12 усилители мощности, дуплексер 8, приемопередающую антенну 9, первый 10, второй 15, третий 32, четвертый 33 и пятый 34 клипперы, первое 11, второе 16, третье 35, четвертое 36 и пятое 37 буферные запоминающие устройства, усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый 17, второй 38, третий 39 и четвертый 40 измерители задержек и их производных, усилитель 18 первой суммарной частоты, усилитель 19 второй суммарной частоты, первый 20, второй 21, третий 28 и четвертый 29 амплитудные детекторы, первый 22, второй 23, третий 30 и четвертый 31 ключи. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами путем использования дополнительных каналов приема. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и могут быть использованы в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частоты.

Известны способы 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, 2.350.990, 2.386.159, 2.422.848; патент Великобритании №1.526.467; патент Германии №4.202.435; Губанов B.C., Финкельштейн A.M., Фридман П.А. Введение в радиоастрометрию. - М., 1983 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является «Способ синхронизации часов» (РФ №2.292.574, G04C 11/02, 2005) и устройство для его реализации, которые и выбраны в качестве прототипов.

Указанные способ и устройство обеспечивают сличение шкал времени, размещенных на больших расстояниях, 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 известного способа используется супергетеродинный приемник, имеющий дополнительные каналы приема. При этом дополнительные каналы приема 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 одновременно дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами путем использования дополнительных каналов приема.

Техническая 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 принимаемых 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 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 на часах 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 на искусственный спутник Земли-ретранслятор 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, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2Г22, отличается от ближайшего аналога тем, что выделяют напряжение первой суммарной частоты ω∑12Г2, где ωГ2 - частота второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ω3, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ωпр23Г2, выделяют напряжение второй суммарной частоты ω∑2Г23, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω3 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, выделяют третье напряжение второй промежуточной частоты ωпр2=2ωГ2к1, перемножают его с сигналом, принимаемым по первому комбинационному каналу на частоте ωк1, выделяют первое гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ωк1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют четвертое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2к2-2ωг2, перемножают его с сигналом, принимаемым по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, выделяют второе гармоническое напряжение регистрации четвертого напряжения второй промежуточной частоты, 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-ретранслятор, первый и второй наземные пункты приема, 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, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные ко второму выходу стандарта частоты и времени генератор псевдошумового сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержки и их производные, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к четвертому выходу стандарта частоты и времени второй клиппер и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержки и их производных, отличающееся от ближайшего аналога тем, что оно снабжено усилителем первой суммарной частоты, усилителем второй суммарной частоты, четырьмя амплитудными детекторами, четырьмя ключами, двумя перемножителями, двумя узкополосными фильтрами, 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 смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго ключа, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, третий клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и второй измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключенный первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым 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 усилителя мощности последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, пятый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым 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 A, B, C, Д, E и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: O - центр масс Земли; d1, d2, d3, d4 - базы интерферометра, r - радиус - вектор ИСЗ-ретранслятора. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов первого A и второго B наземных пунктов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S, A, B - шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов A и B соответственно. Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (A), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, показана на фиг.4.

Аппаратура наземного пункта A 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 1 частоты и времени, усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый ключ 22, второй клиппер 15, второй вход которого соединен с четвертым 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 стандарта 1 частоты и времени последовательно подключены генератор 3 псевдослучайного сигнала, первый клиппер 10, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 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 смесителя 13 последовательно подключены усилитель 18 первой суммарной частоты и первый амплитудный детектор 20, выход которого соединен с вторым входом первого ключа 22. К выходу второго смесителя 13 последовательно подключены усилитель 19 второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор 21, второй ключ 23, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, третий клиппер 32, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство 35 и второй измеритель 38 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является вторым II выходом наземного пункта. К выходу второго усилителя 12 мощности последовательно подключены первый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр 26, третий амплитудный детектор 28, третий ключ 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, четвертый клиппер 33, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство 36 и третий измеритель 39 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 усилителя 12 мощности последовательно подключены второй перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр 27, четвертый амплитудный детектор 29, четвертый ключ 31, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, пятый клиппер 34, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство 37 и четвертый измеритель 40 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 t 1 A по часам первого пункта A с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α1) (фиг.2):

uc(t)=Uccos[ωct+φk(t)+φс], 0≤t≤Tc,

где Uc, ωс, φс, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

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

τЭ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc=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 синхронизируется 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+φk1(t)+φпр1), 0≤t≤Tc,

где U п р 1 = 1 2 K 1 U с U Г 1 ,

где К1 - коэффициент передачи смесителя,

ωпр1cГ1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

φпр1cГ1,

которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 и приемопередающую антенну 9 излучается в направлении ИС3-ретранслятора на частоте ω=ωпр1.

В тот же момент времени t 1 A = t 1 B по часам второго пункта B с помощью такой же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β1). Регистрируют его на втором пункте B (сигнал β1, который, однако, не отправляют на регистрацию). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте ω1 (сигнал α1), переизлучают его на пункты A и B на частоте ω2 с сохранением фазовых соотношений на интервале tc.

Ретранслированный сигнал (сигнал α2) на частоте ω2

u2(t)=U2cos[ω2t+φk1(t)+φ2], 0≤t≤Tc,

принимается приемопередающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго смесителя 13, первого 24 и второго 26 перемножителей. На второй вход второго смесителя 13 подается напряжение второго гетеродина 22

uГ2(t)=UГ2cos(ωГ2t+φГ2).

Причем частоты ωГ1 и ωГ2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ωГ2Г1пр2.

Частота настройки ωН1 усилителя 14 промежуточной (разностной) частоты выбрана равной второй промежуточной частоте

ωН1пр2.

Частота настройки ωН2 усилителя 18 первой промежуточной частоты выбрана равной сумме частот

ωН22Г2∑1.

Частота настройки ωН3 усилителя 19 второй суммарной частоты выбрана равной сумме следующих частот:

ωH3Г23∑3.

Частота настройки ωН4 первого 26 и второго 27 узкополосных фильтров выбрана равной удвоенному значению частоты второго гетеродина 22

ωН4=2ωГ3

На выходе смесителя 13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 14 и 18 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) и первой суммарной частот соответственно

uпр2()=Uпр2cos[ωпр2t-φk1(t)+φпр2],

u∑1(t)=Uпр2cos[ω∑1t+φk1(t)+φ∑1], 0≤t≤T c,

где U п р 2 = 1 2 К 1 U 2 U Г 2 ;

ωпр2Г22 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ω∑12Г2 - первая суммарная частота;

φпр2Г22, ω∑12Г2.

Напряжение u∑1 первой суммарной частоты поступает на вход первого амплитудного детектора 20, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход первого ключа 22 и открывает его. В исходном состоянии ключи 22, 23, 30 и 31 всегда закрыты.

При этом напряжение uпр2(t) второй промежуточной частоты с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 22 поступает для дальнейшей обработки, а именно на вход второго клиппера 15, где оно клиппируется и записывается во второе буферное запоминающее устройство. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.

На втором шаге (при передаче сигнала из пункта B) 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 t 3 B = t 2 B + 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 t 3 B = t 3 A по часам первого пункта A с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α3). Регистрируют его на первом пункте A. Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω1 (сигнал α3), переизлучают его на пункты A и B на частоте ω2 с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его на видеочастоту, регистрируют в моменты времени t 4 A и t 4 B соответственно (сигнал α4, β4).

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

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

где f ¯ = ( f 1 + f 2 ) 2 ,

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

Δ A И , Δ B И - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

Δ A П , Δ B П - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;

Δ t = t 1 B t 1 A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая aj и bj линейными функциями с производными a j = a ˙ , b j = b ˙ , получаем:

где

Δ A , B ' , Δ A , B ' ' - задержки сигнала в атмосфере на частотах ω1 и ω2 соответственно;

ν - релятивистская поправка (эффект Саньяка);

ω - угловая скорость вращения Земли;

c - скорость света;

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

Поправки γ на подвижность ИСЗ-ретранслятора 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 B 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 ω3

u3(t)=U3cos[ω3t+φk2(t)+φ3], 0≤t≤T3,

то усилителями 14 и 19 выделяются следующие напряжения соответственно

uпр3(t)=Uпр3cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр3],

u∑2(t)=Uпр3cos[ω∑2t+φk2(t)+φ∑2], 0≤t≤T3,

где U п р 3 = 1 2 К 1 U 3 U Г 2 ;

ωпр23Г2 - вторая промежуточная частота,

ω∑2Г23 - вторая суммарная частота,

φпр23Г2, φ∑2Г23.

Напряжение u∑2(t) второй суммарной частоты поступает на вход второго амплитудного детектора 21, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход второго ключа 23, открывая его. При этом напряжение uпр3(t) второй промежуточной с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 23 поступает на первый вход третьего клиппера 32, где оно клиппируется и записывается в третье буферное запоминающее устройство 35. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω3 в первый A и третий C пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход II).

Если шумоподобный сигнал

uk1(t)=Uk1cos[ωk1t+φk3(t)+φk1], 0≤t≤Tk1,

принимается по первому комбинационному каналу на частоте ωк1, то усилителем 14 второй промежуточной частоты выделяется напряжение

uпр4(t)=Uпр4cos[ωпр2t-φk3(t)+φgh4], 0≤t≤Tk1,

где U п р 4 = 1 2 K 1 U k 1 U Г 2 ;

ωпр2=2ωГ2к1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φпр4Г2К1,

которое подается на второй вход первого перемножителя 24. На первый вход последнего поступает принимаемый шумоподобный сигнал uk1(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе первого перемножителя 24 образуется гармоническое напряжение

u1(t)=U1cos(2ωГ2t+φГ2), 0≤t≤TR1,

где U 1 = 1 2 K 2 U k 1 U п р 4 ,

К2 - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется первым узкополосным фильтром 26, детектируется амплитудным детектором 28 и поступает на управляющий вход ключа 30, открывая его. При этом напряжение uпр4(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 30 поступает на первый вход четвертого клиппера 33, где оно калибруется и записывается в четвертое буферное запоминающее устройство 36. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ωк1 в первом и четвертом Д пунктах синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход III).

Если шумоподобный сигнал

uk2(t)=Uk2cos[ωr2t+φk4(t)+φk2], 0≤t≤Tk2,

принимается по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, то усилителем 14 второй промежуточной частоты выделяется напряжение

uпр5(t)=Uпр5cos[ωпр2t+φk4(t)+φпр5], 0≤t≤Tk2,

где U п р 5 = 1 2 K 2 U k 2 U Г 2 ;

ωпр2к2-2ωГ2 - вторая промежуточная частота,

φпр5к2Г2,

которое подается на второй вход второго перемножителя 25. На первый вход последнего поступает принимаемый шумоподобный сигнал uk2(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 25 образуется гармоническое напряжение

u2(t)=U2cos(2ωГ2t+φГ2), 0≤t≤Tk2,

где U 2 = 1 2 K 2 U k 2 U п р 5 ,

которое выделяется вторым узкополосным фильтром 27, детектируется амплитудным детектором 29 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. При этом напряжение uпр5(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 41 поступает на первый вход пятого клиппера 34, где оно клиппируется и записывается в пятое буферное запоминающее устройство 37. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ωк2 в первый A и пятый E пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход IV).

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 измерений 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 разными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном преобразовании их к видеочастоте, цифровой регистрации принимаемых 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 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 - 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 на искусственный спутник Земли - ретранслятор, 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, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2Г22, отличающийся, тем что выделяют напряжение первой суммарной частоты ω∑12Г2, где ωГ2 - частота второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ω3, преобразуют по частоте использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ωпр23Г2, выделяют напряжение второй суммарной частоты ω∑2Г23, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω3 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, выделяют третье напряжение второй промежуточной частоты ωпр2=2ωГ2к1, перемножают его с сигналом, принимаемым по первому комбинационному каналу на частоте ωк1, выделяют первое гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего напряжения второй промежуточной частоты, 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 второго гетеродина, выделяют четвертое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2к2-2ωГ2, перемножают его с сигналом, принимаемым по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте 2ωГ2, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого напряжения второй промежуточной частоты, 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 МС3-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, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные ко второму выходу стандарта частоты и времени, генератор псевдослучайного сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержек и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к четвертому выходу стандарта частоты и времени, второй клиппер и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержек и их производных, отличающееся тем, что оно снабжено усилителем первой суммарной частоты, усилителем второй суммарной частоты, четвертый амплитудный детектор, четырьмя ключами, двумя перемножителями, двумя узкополосными фильтрами, 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 смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго клиппера, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, третий клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и второй измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым 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 усилителя мощности последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, пятый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй выход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космической области техники и может применяться в спутниковых навигационных системах типа ГЛОНАСС, GPS и др. для синхронизации как минимум двух территориально удаленных наземных хранителей времени спутниковой навигационной системы, например центральных синхронизаторов навигационной системы или стандартов частоты и времени.

Изобретения относятся к временной синхронизации в автоматизированных приборах. Способ заключается в том, что сформированный в выбранном модуле (11а) базовый временной тракт передается на по меньшей мере один другой модуль (11b) и применяется для синхронизации временного такта модулей (11а, 11b).

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

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 технике связи и радиотехники и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния. Устройство синхронизации часов, реализующее предлагаемый способ, содержит стандарт 1 частоты и времени, блок 2 гетеродинов, первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, генератор 3 псевдошумового сигнала, переключатель 4, первый 5, второй 13 и третий 24 смесители, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый 7 и второй 12 усилители мощности, дуплексер 8, приемо-передающая антенна 9, первый 14 и второй 25 усилители второй промежуточной частоты, первый 10 и второй 15 клипперы, первое 11 и второе 16 буферное запоминающие устройства, измеритель 17 задержки и их производных, блок 18 регулируемой задержки, перемножитель 19, фильтр 20 нижних частот, экстремальный регулятор 21, микропроцессор 22, третий генератор 23, второй коррелятор 26, пороговый блок 27 и ключ 28.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (PCДБ), а также в службе единого времени и частоты. Устройство для синхронизации часов, реализующее предлагаемый способ, содержит ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит стандарт 1 частоты и времени, первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, генератор 3 псевдослучайного сигнала, переключатель 4, смесители 5, 13, 19, 28 и 30, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый 7 и второй 12 усилители мощности, дуплексер 8, приемопередающую антенну 9, первый 10 и второй 15 клипперы, первое 11 и второе 16 буферные запоминающие устройства, измеритель 17 задержек и их производных, первый 18 и второй 21 фазовращатели на 90°(-90°), первый 14 и второй 20 усилители второй промежуточной частоты, сумматор 22, первый 23 и второй 34 перемножители, узкополосный фильтр 24, амплитудный детектор 25, ключ 26, блок 27 эталонных частот, усилитель 29 третьей промежуточной частоты, первый 31 и второй 35 фильтры нижних частот, измеритель 32 доплеровской частоты, коррелятор 33, экстремальный регулятор 36, блок 37 регулируемой задержки и индикатор 38 дальности.

Изобретение относится к средствам передачи сигналов единого времени по телекоммуникационным сетям. .

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при производстве электронных кварцевых часов. .

Изобретение относится к спосо бам передачи сигналов точного времени и может быть использовано для синхронизащш шкал времени территориально удаленных объектов. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах единого времени, радионавигационных системах наземного базирования, в пространственно распределенных системах контроля и управления при решении задач, связанных с синхронизацией частот и шкал времени удаленных пунктов, например пунктов системы контроля за ГЛОНАСС. Система содержит N навигационных космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, устройство синхронизации, блок приема и преобразования навигационных сигналов, блок совместного измерения кодовых и фазовых псевдодальностей, блок коррекции тропосферной и ионосферной погрешностей, блок измерения отклонений частоты и времени, блок усреднения, блок передачи поправок, блок приема поправок, опорный генератор и формирователь шкалы времени. Технический результат заключается в возможности проведения удаленной синхронизации любого пункта в автоматическом непрерывном режиме с минимальной погрешностью. 1 ил.
Наверх