Способ привязки шкалы времени

 

(51)М, Нл.

G 04 С 11/02

ГосуддрствемнмЯ комитет

СССР мо делам изобретениЯ и открнтиЯ (23) Приоритет— (53) УДН 681. 11 (088.8) (72) Автор изобретения

А.П.Земляков (713 Заявитель несущей, в квадратуре к нулям фазы несущей, н на сравнении знаков накопленных бинарно-квантованных сигналов по точкам квантования с заданными для искомого периода несущей частоты знаками (2).

Недостаток способа - значительное время привязки.

11ель изобретения - сокращение времени привязки при высоком уровне помех.

Поставленная цель достигается тем, что в способе привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с известной фазой, основанном на фик" сации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преобразованного входного сигнала в двух основных точках, находящихся одна относительно другой на временном интервале, равном периоду несущей, в квадратуре к нулям фазы несущей, и сравнении знаков накопленных бинарно-квантованных сигналов по точкам квантования с заданными для искомого периода несущей частоты знаками, дополнительно квантуют пре образованный входной сигнал в двух

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 13,1276 (2f) 2428263/18-10 с присоединением заявки МОпубликовано 0 5.1 0.7 9. Бюллетень М 3 7

Дата опубликования описания 05.10.79 (54) СПОСОБ ПРИВЯЗКИ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к области синхронизации часов с независимым приводом с помощью радиотехнических средств и может быть использовано для привязки местной (бортовой) шкалы времени к импульсному периодическому сигналу, а также при измерении интервалов времени в различного рода измерительной аппаратуре. )g

Известны способы привязки шкалы времени, основаннйе на привязке к: моменту пересечения фронтом импульса заданных уровней с последующим усреднением зафиксированных отсчетов времени (1).

Недостаток известных способов низкая точность привязки при изменении уровня импульсного сигнала.

Наиболее |близким по технической сущности является способ привязки шкалы. времени к иипульсному радиосигналу с известной фазой, основанный на фиксации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преобразованного входного сигнала в двух основных точках, находящихся одна относительно другой на временном интервале, равном периоду (щбя0433 = б90433 точках, смещенных симметрично относи1ельно двух основных точек ка половину периода несущей частоты, сраякивают знаки сигналон, накопленных н дополнительных точках, с требуемыми и абсолютное значение величин си1"калан, Накопленных в каждой дополнительной и соответствующей ей основной точке, при уровне сигнала н каждой дополнительной точке, большем уровня сигнала в соответствующей основной точке, принимают период несущей, отмеченный основными точками квантования, эа искомый, а момент перехода через нуль сигнала иа этом периоде принимают за момент привязки (синхронизации) местной шкалы времени.

На фиг. l приведена временная диаграмма, на которой представлены эпвры сигналов, используемых на различных ступенях преобразования а — входной радиоимпульскый сигнал;

b — преобразованный сигнал с — огра ннченный преобразованный сиг нал;

d — квантующие импульсы а, а, Ь1 и. Ь иа искомом (э адан ком) периоде несущей сигнала;

e — квантующие импульсы а<, а, Ь и Ь2 правее (поздкее) заданного участка (периода) сигна.= ла;

f - квантукщие импульсы а, а, Ь1и 4< левее (раньше) заданного участка (периода) сигнала;

g - преобразованный сигнал со смещенной относительно идеального поглощения особой точкой; на фиг ° 2 - блок-схема устройства, реалиэукицего предлагаемый способ.

Устройство содержит формирователь 1, преобразующий форму входного импульсного сигнала; бииарный кнантователь

2, накопители 3 для двух основных точек квантования, накопители 4 для двух дополнительных точек квантования, логическую схему 5 анализа знаков результатов накопления, логическую схему 6 анализа знаков и соотношения результатов накопления, блок

7 управления и формирователь 8 местной шкалы времени.

Предлагаемый способ состоит дующем.

Принимаемай радиоимпульсный сигнал с известной фазой (см.фиг.1,а) преобразуют, например, путем дифференцирования так, чтобы на заданном участке переднего фронта, т.е. на заданном периоде высококачественного заполнения от начала импульса, фаза нысокоч стотного заполнения изменилась на 180 . Момент скачкообразного изменения фазы на 180 является осоЮ бой точкой преобразованного сигнала.

В этой точке мгновенное значение cnz нала падает до нуля, но по обе стороны н ближайшей окрестности особой точки уровень сигнала (по огибающей) возрастает (см.фиг.1,a) примерно проПорционального времени. Производят бинарное квантование преобразованного сигнала в четырех точках: н двух точках а1 и b расположенных н кнацратуре к нулям фазы высокочастотного заполнения с интервалом,,равным периоду заполнения (назовем точки а и b, основными), и н днух дополнительных точках а и Ь, расположенных симметрично относительно основных точек а и Ь1. Интервал между точками.а и bs равен двум периодам заполнения,т.е. каждая дополнительная точка квантования а к Ь отстоит от соответствующей ей основной точки а1 и b, на половину периода заполнекия (см.фиг.1,с,d).

Производят накопление бинарноквактонанных выборок смеси сигнала и помех по каждой из четырех точек квантования а1, Ь, и а, Ьд .

При превышении заданного порога накопления и основных или дополнительных точках знаки накопленных сигналов сравниваются с требуемыми, например, ->+ для точек а, bs u +,- для точек а, Ь в рассматЗО риваемом примере на фиг. l,à,Ь,с,d.

Сравниваются также уровни сигналов (Иа,, Иа, N() И ), накопленных

S S и соответствующих одна основной а (b„) и дополнительной а (bs ) точ35 ках, т. е. сравниваются абсолютные значения уровней сигналов (Иа, / с И, И с /И() ) . Если знаки сигналов, накопленных в дополнительных точках

as, Ь, соответствуют требуем эя

4О (+,- в примере иа фиг.1,с„с1), а уровни сигналов в дополнительных точках больше, чем н соотнетстнукщих ос нов ных, т . е, /И., / > /Иа, /

/И, I /И,/, (1) то заданный участок фронта импульса найден, т. е. стробирукщие импульсы, соответствующие точкам квантовании а, Ь1, а1, Ь (см. фиг. 1, b, с, d), расположены симметррично относительно особой точки преобразованного сигнала. Период нысокочастотного заполнения импульса, отмеченный точками квантования а и

bg, является искомым (заданным), н нуль фазы (например, переход через нулевой уровень от отрицательной полунолни к положительной + ) этого периода принимается за точку привязки (момент точной привязки)

Щ местной шкалы времени к радиосигналу.

Если указанные условия не выполняются (см.фиг. l,b,е,f) то стробирующие импульсы (точки квантования а, bs, а, Ь ) смещены относительно искомого участка импульса н ту или

690433 друг ™ сторону, точки квантования смещаются на и риод заполнения в требуемом направлении и снова проиэводитс я анализ. Процесс повторяется аналогично до тех пор, пока оговоренные (требуемые) условия не будут выпол- 5 иены. Направление сдвига определяется по знакам сигналов, накопленных в основных точках а 1 и b, например в рассмотренном на фиг. 1 примере при знаках +:+ необходим ((} сдвиг влево (см. фиг. 1,Ь,с,е), а при вЂ, †необходим сдвиг вправо (см,фиг. 1,Ь,c,f).

Импульсный сигнал (см.фиг.1,а), несущая частота и фаза высокочастотного заполнения которого известны, поступает на формирователь 1, преобразующий форму импульса к виду, представленному на фиг. 1,b. Преобразованный сигнал идет на бинарный квантователь 2, в котором происходит квантование сигнала по четырем точкам а, Ь, а, Ъ1. Выборки квантованного сигнала поступают с квантователя 2 на накопители 3 и 4, предназначенные соответственно для

25 накопления сигналов по основным (а, b ) и дополнительным (а, Ь ) точкам. Выходы накопителей 3 соединены с логической схемой 5 анализа знаков, накопленных в точках а1 и 30

Ь| сигналов выходы накопителей 3 и

4 " с логической схемой 6 анализа знаков сигналов, накопленных в дополнительных точках а, Ь и анализа соотношения величин сигналов, накопленных 35 в дополнительных а, b> и основных а,, Ъ| точках. Выходы схем 5 и 6 связаны с блоком управления 7, соединенным с формирователем 8 местной шкалы времени, с которого на квантователь 2 подаются квантукшие импульсы, жестко связанные с сигналом местной шкалы времени.

В"е узлы устройства могут быть выполнены на известных элементах.

Например, бинарный квантователь 2 может быть выполнен на основе симметричного предельного ограничителя и последующих за ним схем стробирования ограниченного сигнала, т.е. бинарное квантование может быть выполнено путем предельного симметричного ограничения преобразованного сигнала (см.фиг. 1,с), последукиаего стробирования ограниченного сигнала в точках квантования и анализа полярности стробированных выборок сигнала.

Две основные (a, Ъ ) точки квантования в предлагаемом способе аналогичны двум точкам а,,Ь в иэвест- Я) ном способе. Как следует иэ формы преобразованного сигнала (см.фиг.1,Ь) уровень полезного сигнала уменьшается с приближением к особой точке.

В процессе анализа точки а, и Ь квантов а ни я перемешаются по сигналу

Г дис кретно с шагом, ра в ныл периоду (T) заполнения импульса, до тех пор, пока они попадают на заданный период и располагаются по обе стороны от о" обой точки, т.е. в искомом полОвении они расположены ближе всего (справа и слева) от особой точки, но именно здесь уровень сигнала наименьший (см.фиг. 1, Ь).

Следовательно, при наличии помех наихудщее соотношение сигнал/помеха имеет место именно для искомого участка сигнала на заданном периоде

При соотношениях сигнал/помеха, меньших единицы, скорость накопления, уровень накопленного сигнала, уменьшае .ся по мере уменьшения соотношения сигнал/помеха,а при соотношениях меньших 0,5 скорость накопления,т.е. и уровень накопленного сигнала, практически, пропорциональны соотношению сигнал/помеха. Следовательно, при снижении соотношения сигнал/помеха время, требуемое для превыаения накопленным сигналом (N) заданного порогового уровня, возрастает и при малых соотношениях (меньших 0,5) время растет пропорционально ухудше" нию соотношения сигнал/помеха,т.е. при снижении соотношения сигнал/помеха в и раэ время, требуемое для ана,лиза, возрастает в и раз.

При идеальной (расчетной) форме принимаемого импульса точка а Ь1 располагаются на заданном участке преобразованного сигнала (см.фиг,1, b,d) строго симметрично о.носительно особой точки, т.е. каждая из них о стоит от особой точки на время t =у (половина периода заполнения), т.е, уровень преобразованного (квантуемого) сигнала записывается

Ч

Па = Ub = K/ = Oi5

Дополнительные точки а1, Ь распо" ложатс я тоже симметрично, íî tg — Т, т.е. уровень преоб( раэованного сигнала запишется U2 а —

U = 08 = КТ, следовательно, — 2, т. е. уровень сигналов и соотшение сигнал/помеха по уровню в до1 полнительных точках выше, чем в основных, в два раза (соотношение сигнал/помеха по мощности лучше в четыре раза). Следовательно, время, требуемое для превышения заданного уровня накопления (при малых соотношениях сигнал/помеха) в дополнительных точках меньше примерно в два раза, чем в основных, при идеальной форме принятого сигнала.

В реальных условиях форма обраба" тываемого сигнала искажается эа счет возмущающих факторов (изменяются условия распространения радиоволн, изменяются параметры передакваей н

690433 приемной аппаратуры при изменении температуры окружающей среды и т ° и„).

В результате положение особой точки преобразованного сигнала относительно идеального положения и относительно нулей фазы частоты заполнения (несущей) сигнала смещается. Это ведет к некоторому увеличению уровня сигнала в точках квантования, чапример в точках а, а« с одной стороны от особой точки, и к уменьшению в точках Ь», Ь вЂ” с другой. Причем уменьшение тем значительнее, чем больше сМещение в сторону данных точек.

Смещение не должно превышать t0,5 T.

Например, при несущей частоте заполнения сигнала f = 100 кГц (период

Т=10 мкс) смещение особой точки на — 0,25T = 2,5 мкс t" = 0,4Т = 4мкс;

t:= 0,45Т = 4,5 мкс, например, в стор<)ну точек b» Ь., вызывает снижение уровня преобразованного сигнала (cooTH eeme сигнал/помеха) в точках квантования по отношению к идеальному случаю: в точке Ь» Ьд (5(10) раэ, в точке bp, в. 1,3 (1,7;1,8) раза.

Это определяется оговоренной зависимостью U КТ в районе особой точки и объясняется следующими простыми расчетами, временной интервал от особой точки до основной точки Ь» квантования в этих случаях равен ЗО

0 5 Т. — 0,25Т = 0,25Т; Г

=* 0ф,5T — 0,4Т = 0,1Т2 tgg= 0,5T— — 0,45Т = 0,05 Т, для дополиительной точки (Ь ) интервал равен

Т - 0,25Т =„0,75Т1 tg = T — 35

0,4T = 0,6T) 6 = Т вЂ” 0,45Т 0,55Т т.е. : проигрыш в уровне в этом случае по отношению к идеальному для точки

Ь1 равен — 2; (— „= = 5) 4О

1)» 0 5

0" 005 Т в» для точки Ь равен

ЮТ

Щ 0,75КТ с Ugе 0,6КТ

=1,з; <Ы - = Мт = 1! 4s

Кт,. ) ц о,5 акт

Иэ приведенных соотношений сле; ет, что выигрыш в уровне сигнала и в

1 соотношении сигнал/помеха для дополнительной точки Ь по отношению к соответствующей ей основной примерно равен соответственно 3 (6,11) раз °

Это может быть пояснено расчетниии соотношениями

Щ 0 75КТ 3 Qa 0 6КТ 6

Гф, 0,25КТ Uy 0,1KT

О 55КТ

U6< 0,05КТ а выигрыш по мощности соответственно., Щ равен 9 (36, 121) раз. Следовательно, при указанных искажениях время, требуемое для превышения заданного уровня при малых соотношениях сигнал/помеха в дополнательной точке, меньше примерно в

3 (6,11) Раэ. увеличение до 2 T интервала между точками квантования (а1, b) в известном способе и получение выигрыаа за счет повышения соотношения сигнал/

/помеха в 2 (3; 6; 11) раза не может быть Реализовано, так как увеличение интервала между точками a», b, дс

2Т ведет к появлению неоднозначности определения заданного периода заполнения, т.е. к ошибке на период в ту или другую сторону. Это хорошо видно на вариантах расположения точек а, Ь (на фиг.1,d,å,f), во всех трех случаях знаки накопленных сигналов могут соответствовать требуемым (+, -). Но ошибка на период Т ведет к ухудшению точности привязки в 100 и более раз.

По предлагаемому способу неоднозначность в опознавании заданного периода заполнения устраняется за счет введения дополнительной операции сравнения уровней накопленных в основных а, (Ь») и дополнительных точках сигналов. При расположении точек квантования на заданном участке преобразованного сигнала особая точка сигчала расположена между точками а„, b, квантования (см.фиг.1,d), В таком случае справедливо утверждение, что каждая дополнительная точка квантования а1 (Ь,) расположена по времени дальше от особой точки, чем соответствующая ей основная а, (b ) точка квантования, т.е.

tag. ta» ) tag T tb| ° но тогда справедливо и утверждение, что уровень (И) сигнала, накопленного в точке а, (Ь ), выше, чем в точке а1 (Ь»), т.е.

/Nag / ) /Nn /, /ИЮ,/ /Иа.,/.

При смещении точек квантования хотя бы на период Т в любую сторону одно иэ этих соотношений (неравенств ) не выполняется. Таким образом, введение дополнительных точек квантования и дополнительных операций обработки сигнала - сравнения уровней сигналов,накопленных в основных и дополнительиьж точках квантования,обеспечивает однозначное определение эаданного участка импульса,заданного периода .высокочастотного заполнения сигнала.

При этом время опознавания этого периода сокращается в два и более (до 10) раэ нри малых соотношениях сигнал/помеха за счет того, что момент окончания анализа — при превышении заданного порога накопления фиксируется по дополнительным точкам квантования, в которых обеспечивается выигрьаа в соотношении сигнал/помеха по уровню в два и более (до 10) раз. Это сокращает общее время при690433

Формула изобретения

Составитель A. Иванов

Техред Л. Алферова Корректор Г. Решет ник

Редактор О.Филиппова

Тираж 502 Падл ис ное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °,д.4/5

Заказ 5963/44

Филиал ППП Патент г.ужгород, ул. Проектная,4 вязки в неблагоприятных условиях в несколько раз.

Способ привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с известной фазой, основанный на фиксации перехода через нуль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преоб- О разованного входного сигнала в двух основных точках, находящихся одна относительно другОЙ на временном интервале, равном периоду несущей, в квадратуре к нулям фазы несущей, и сравнении знаков накопленных бинар:ноквантованных сигналов IIQ точкам квантования с заданными для искомого периода несущей частоты знаками, отличающийся тем, что, С целью сокращения времени привязки 20 при высоком уровне помех, дополнительно квантуют преобразованный входной сигнал в двух точках, смещенных ". симметрично относительно двух основ ных точек на полови: у периода несущей частоты, сравнивают знаки сигналов, накопленных в дополнительных точках, с требуемыми и абсолютное значение величин сигналов, накопленных в каждой дополнительной и соответствующей ей основной точке, при уровне сигнала в каждой дополнительной точке, большем уровня сигнала в соответствующей основной точке, принимают период несущей, отмеченный основными точками квантования, за искомый, а момент перехода через нуль сигнала на этом периоде принимают эа момент привязки (синхронизации) местной шкалы времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Митяшев В.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М., Сов.Радио, 1962.

2. Патент CDIRT М 3325810, кл. 343-103 - система выбора периода

Лоран-С.