Способ синхронизации часов и устройство для его реализации

Предлагаемые способ и устройство синхронизации часов относятся к технике связи и могут быть использованы в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частоты. Технической задачей изобретения является повышение достоверности дуплексной радиосвязи между наземными пунктами путем выполнения и автоматического поддержания равенства ωпр2г2г1. 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, первый 24, второй 25, третий 41 и четвертый 43 перемножители, логический элемент ИЛИ 42, первый 26, второй 27, третий 44 и четвертый 46 узкополосные фильтры, делитель 45 фазы на два, фазовый детектор 47 и инверсный усилитель 48. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство синхронизации часов 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, 2.383.914, 2.386.159, 2.422.848, 2.583.894; патент Великобритании №1.526.467; патент Германии №4.202.435).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является «Способ синхронизации часов и устройство для его реализации» патент (РФ №2.583.894, G04C 11/02, 2013), которые и выбраны в качестве прототипов.

Известны технические решения обеспечивают дуплексной радиосвязью одновременно несколько наземных пунктов путем использования дополнительных каналов приема. При этом временные задержки определяются методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов. При этом ωг1 и ωг2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ωг2г1пр2,

которая образуется следующим образом:

ωпр2г22,

ωпр2зг2,

ωпр2=2ωг2к1,

ωпр2г2-2ωк2.

При приеме шумоподобных СВЧ сигналов по основным каналам на частоте ω2, по зеркальному каналу на частоте ωз, по первому комбинационному каналу на частоте ωк1 и по второму комбинационному каналу на частоте ωк2.

Однако несущие частоты ω2, ωз, ωк1 и ωк2 принимаемых шумоподобных СВЧ сигналов могут изменяться под воздействием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера, что приводит к нарушению равенства

ωпр2≠ωг2г1

и снижению достоверности дуплексной радиосвязи между удаленными наземными пунктами.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности дуплексной радиосвязи между наземными пунктами путем выполнения и автоматического поддержания равенства

ωпр2г2г1.

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, выделяют напряжение первой суммарной частоты ωΣ12Г2, 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 ωЗ, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ωпр2ЗГ2, выделяют напряжение второй суммарной частоты ωΣ2Г2з, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, 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 преобразую 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 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 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, отличается от ближайшего анализа тем, что перемножают напряжения первого гетеродина с напряжением второго гетеродина выделяют первое гармоническое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2, перемножают шумоподобный СВЧ-сигнал, принимаемый по основному каналу на частоте ω2 или по зеркальному каналу на частоте ωз, или по первому комбинационному каналу на частоте ωк1 или по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, самого на себя, делят полученное напряжении по фазе на два, выделяют второе гармоническое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2, сравнивают его по частоте и фазе с первым гармоническим напряжением второй промежуточной частоты ωпр2, и в случае их различия формируют управляющее напряжение, которым воздействуют на управляющие входы гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства ωпр2≠ωг2г1.

Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом, геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый 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 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 задержки и их производных, при этом 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 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, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено третьим и четвертым перемножителями, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, делителем фазы на два, фазовым детектором, логическим элементом или инверсным усилителем, причем к выходу первого гетеродина последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, третий узкополосный фильтр, фазовый детектор и инверсный усилитель, первый и второй выходы которых соединены с управляющими входами первого и второго гетеродинов соответственно, к выходу первого ключа последовательно подключены логический элемент ИЛИ, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, делитель фазана два и четвертый узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, второй, третий и четвертый входы логического элемента ИЛИ соединены с выходами второго третьего и четвертого ключей соответственно.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов А, В, С, Д, 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 наземных 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 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.

К выходу первого гетеродина 2.1 последовательно подключены третий перемножитель 41, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 2.2, третий узкополосный фильтр 44, фазовый детектор 47 и инверсный усилитель 48, первый и второй входы которого соединены с управляющими входами первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов соответственно. К выходу первого ключа 22 последовательно подключены логический элемент ИЛИ 42, четвертый перемножитель 43, второй вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ 42, делитель 45 фазы на два и четвертый узкополосный фильтр 45, выход которого соединен с вторым выходом фазового детектора 47.

Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

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

uc(t)=Uccos[ωct+ϕk(t)+ϕс], 0≤t≤Тс,

где Uc, ωс, ϕс, Тс - 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 , 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≤Тс,

где ;

К1 - 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 ω=ωпр1.

В тот же момент времени 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 регистрацию). 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+ϕk1(t)+ϕ2], 0≤t≤Тc,

принимается приемопередающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго смесителя 13, первого 24 и второго 25 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 суммарной частоты выбрана равной сумме частот

ωН22Г2Σ1.

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

ωН3Г2ЗΣ3.

Частота настройки ωН4 первого 26 и второго 27 узкополосных фильтров выбрана равной удвоенному значению частоты второго гетеродина 2.2

ωH4=2ωГ3

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

uпр2(t)=Uпр2cos[ωпр2t-ϕk1(t)+ϕпр2],

uΣ1(t)=Uпр2cos[ωΣ1t+ϕk1(t)+ϕΣ1], 0≤t≤Тс,

где ;

ωпр2Г22 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ωΣ12Г2 - первая суммарная частота;

ϕпр2Г22, ωΣ12Г2.

Напряжение uΣ1 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 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 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 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 и 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 ,

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

, - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

, - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;

- искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

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

,

где

,

,

,

,

, - 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-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.

Напряжения первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов:

uг1(t)=Uг1cos(ωг1t+ϕг1),

uг2(t)=Uг2cos(ωг2t+ϕг2).

поступают на два входа перемножителя 41, на выходе которого образуется первое гармоническое напряжение

uг(t)=Uгcos(ωпрt+ϕг),

где ;

ωпр2г1г1;

ϕϕгг2г1,

которое выделяется узкополосным фильтром 44 и поступает на первый вход фазового детектора 47.

Напряжение uпр2(t) с выхода усилителя 14 промежуточной частоты через открытый ключ 22 и логический элемент ИЛИ 42 поступает одновременно на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u4(t)=U4cos[2ωпр2t-2ϕk1(t)+2ϕпр2]=U4cos(2ωпр2t+2ϕпр2], 0≤t≤Тс,

где ;

к1(t)={o.2π},

которое поступает на вход делителя 45 на два. На выходе последнего образуются гармоническое напряжение

u5(t)=U5cos(ωпр2t+ϕпр2), 0≤t≤Tc,

которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяются степенью и стороной отклонения напряжения uг{t} от напряжения u5(t). Указанное напряжение через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства:

ωг2г1gh2.

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≤ТЗ,

то усилителями 14 и 19 выделяются следующие напряжения соответственно

uпр3(t)=Uпр3cos[ωпр2t+ϕк2(t)+ϕпр3],

uΣ2(t)=Uпр3cos[ωΣ2t+ϕk2(t)+ϕΣ2], 0≤t≤ТЗ,

где ;

ωпр2ЗГ2 - вторая промежуточная частота,

ωΣ2Г2З - вторая суммарная частота,

ϕпр2ЗГ2, ϕΣ2Г2З.

Напряжение uΣ2(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 ωЗ в первый А и третий С пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход II). При этом напряжение uпр3(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 23 и логический элемент ИЛИ 42 поступают одновременно на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u6(t)=U6cos[2ωпр2t+2ϕk2(t)+2ϕпр3]=U6cos(2ωпр2+2ϕgh3), 0≤t≤Тс,

где ;

к2(t)={0,2π},

которое поступает на вход делителя 45 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u7(t)=U7cos(ωпр2t+ϕпр3) 0≤t≤T3,

которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяются степенью и стороной отклонения напряжения uг(t) от напряжения u7(t) Указанные напряжения через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства

ωг2г1пр2.

Если шумоподобный сигнал

uk1(t)=Uk1cos[ωk1t+ϕk3(t)+ϕk1], 0≤t≤Тk1,

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

uпр4(t)=Uпр4cos[ωпр2t-ϕk3(t)+ϕпр4], 0≤t≤Тk1,

где ;

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≤Tк1,

где ,

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 клипируется 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). При этом напряжение uпр4 с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 30 и логический элемент ИЛИ 43 одновременное поступает на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u8(t)=U8cos(2ωпр2t-2ϕk3(t)+2ϕпр4)=U8cos(2ωпр2t+2ϕпр4), 0≤t≤Тс,

где ;

к3={0,π},

которое поступает на вход делителя 45 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u9(t)=U9cos(ωпр2t+ϕпр4), 0≤t≤Tk1,

которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяется степенью и стороной отклонения напряжения uг(t) от напряжения u9(t). Указанное напряжение через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенств

ωг2г1пр2.

Если шумоподобный сигнал

uk2(t)=Uk2cos[ωr2t+ϕk4(t)+ϕk2], 0≤t≤Тk2,

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 ;

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 ;

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 А и пятый Е пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход IV).

При этом напряжение uпр5(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 31 и логический элемент ИЛИ 42 одновременно поступает на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u10(t)=U10cos[2ωпр2t+2ϕk4(t)+2ϕпр5]=U10cos(2ωпр2t+2ϕпр5], 0≤t≤Tk2,

где ;

л4(t)={0,π},

которое поступает на вход делителя 45 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u11(t)=U11cos(ωпр2t+ϕпр5), 0≤t≤Тk2,

которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяется степенью и стороной отклонения напряжения uг(t) от напряжения u11(t). Указанное напряжение через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства

ωг2г1пр2.

Способ синхронизации часов позволяет:

- достичь предельной точности измерений (около 0,1 не) 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 повышение достоверности дуплексной радиосвязи между наземными пунктами. Это достигается за счет выполнения и автоматического поддержания равенства

ωг2г1пр2.

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, выделяют напряжение первой суммарной частоты ω∑l2Г2, 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 ωЗ, преобразуют по частоте использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ωпр2ЗГ2, выделяют напряжение второй суммарной частоты ω∑2Г2З, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, 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, 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, отличающийся тем, что перемножают напряжение первого гетеродина с напряжением второго гетеродина, выделяют первое гармоническое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2, перемножают шумоподобный СВЧ-сигнал, принимаемый по основному каналу на частоте ω2 или по зеркальному каналу на частоте ωз, или по первому комбинационному каналу на частоте ωк1, или по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, делят полученное напряжение по фазе на два, выделяют второе гармоническое напряжение второй промежуточной частоты ωпр2, сравнивают его по частоте и фазе с первым гармоническим напряжением второй промежуточной частоты ωпр и в случае их различия формируют управляющее напряжение, которым воздействуют на управляющие входы гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства ωпр2Г2Г1.

2. Устройство синхронизации часов, содержащее геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый 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 со вторым входом первого измерителя задержек и их производных, при этом 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 ко второму входу второго клиппера, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен со вторым усилителем 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, отличающееся тем, что оно снабжено третьим и четвертым перемножителями, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, делителем фазы на два, фазовым детектором, логическим элементом ИЛИ и инверсным усилителем, причем к выходу первого гетеродина последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, третий узкополосный фильтр, фазовый детектор и инверсный усилитель, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго гетеродинов соответственно, к выходу первого ключа последовательно подключены логический элемент ИЛИ, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, делитель фазы на два и четвертый узкополосный фильтр, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, второй, третий и четвертый входы логического элемента ИЛИ соединены с выходами второго, третьего и четвертого ключей соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для создания систем синхронизации шкал времени пространственно-разнесенных объектов. Техническим результатом изобретения является сокращение объема измерений при синхронизации шкал времени пространственно-разнесенных хранителей времени и частоты по метеорному радиоканалу.

Устройство относится к области техники для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с применением оптоволоконной линии связи, соединяющей объекты.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим синхронизацию времени. Изобретение решает задачу преобразования среды передачи сигналов синхронизации, поступающих по цифровым интерфейсам от внешних источников синхронизации или от спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS в волоконно-оптические линии связи без временных задержек на преобразование с возможностью преобразования протокола синхронизации, повышение степени помехозащищенности линий связи для передачи сигналов синхронизации за счет использования оптической среды передачи данных, обеспечение передачи сигналов синхронизации по крайней мере двум устройствам с оптическим интерфейсом.

Способ и устройство формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров основаны на генерации оптических импульсов и направлении их в циркулятор, регистрации момента излучения импульсов с помощью фотоприемника, циркулятора и полупрозрачного зеркала, расположенного между выходом циркулятора и входом в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию.

Предложен способ управления сигналом будильника в системе, содержащей первые внутренние часы, причем упомянутая система предназначена для взаимодействия с портативным проигрывателем, содержащим вторые внутренние часы и экран, причем способ содержит этапы.

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.

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. .

Предлагаемые способ и устройство синхронизации часов относятся к технике связи и могут быть использованы в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частоты. Технической задачей изобретения является повышение достоверности дуплексной радиосвязи между наземными пунктами путем выполнения и автоматического поддержания равенства ωпр2ωг2-ωг1. 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, первый 24, второй 25, третий 41 и четвертый 43 перемножители, логический элемент ИЛИ 42, первый 26, второй 27, третий 44 и четвертый 46 узкополосные фильтры, делитель 45 фазы на два, фазовый детектор 47 и инверсный усилитель 48. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх