СПОСОБ СЛИЧЕНИЯ ШКАЛ ВРЕМЕНИ Российский патент 2007 года по МПК G04C11/02 

Предлагаемый способ относится к области средств связи и сигнализации и может быть использован для сличения шкал времени, разнесенных на большое расстояние и размещенных на транспортных средствах и наземном пункте управления и контроля, и для дистанционного контроля технического состояния транспортного средства и его местонахождения на наземном пункте управления и контроля.

Известны способы синхронизации часов (авт. свид. №591799, 614416, 970300, 1180835, 1244632, 1278800; патенты РФ №2001423, 2003157, 2040035, 2177167; B.C.Губанов, А.М.Финкельштейн, П.А.Фридман. Введение в радиоастрономию. - М., 1983 и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ синхронизации часов» (патент №2003157, G04С 11/02, 1991), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный способ обеспечивает сличение шкал времени, разнесенных на большое расстояние, и основан 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.

Известный способ обеспечивает синхронизацию часов только между стационарными наземными пунктами, разнесенными на большое расстояние, с использованием геостационарного ИСЗ-ретранслятора.

Однако на практике в ряде случаев возникает задача дистанционного наблюдения из центра управления и контроля за поведением подвижного объекта, работой его систем и действиями экипажа, а также дистанционного контроля за техническим состоянием подвижного объекта и его местонахождением.

При этом в качестве подвижных объектов могут быть космические, воздушные, водные и наземные транспортные средства.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем дистанционного управления и контроля за техническим состоянием подвижного объекта и его местонахождением в процессе передвижения.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу синхронизации часов, основанному на одновременном приеме разнесенными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли (ИСЗ), когерентном их преобразованием к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в сигнал с частотой ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направление на ИСЗ-ретранслятор, в тот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-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 ретранслируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют в сигнал на частоте ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, на подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте ω_с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_с+ω_г1, где ω_г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ω₁=ω_пр1=-ω_г2, где ω_г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_г1=ω_с, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и анализируют его, аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном сложные сигналы с фазовой манипуляцией, излучают на частоте ω₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁, одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ω₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местонахождения подвижного объекта и передают информацию о местонахождении подвижного объекта в центр управления и контроля, в случае соответствия всех измеренных параметров условию нормальной эксплуатации подвижного объекта, а место нахождения подвижного объекта - плановому месту нахождения передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения места нахождения подвижного объекта от планового места нахождения период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия места нахождения подвижного объекта плановому месту нахождения период между передачей дискретной информации снова увеличивают.

Геометрическая схема расположения подвижного объекта ПО, наземного центра управления и контроля ЦУК, спутников навигационной системы GPS, и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора, размещенного на геостационарной орбите. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов, изображена на фиг.2. Структурная схема подвижного объекта ПО представлена на фиг.3. Структурная схема наземного центра управления и контроля ЦУК представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу подвижного объекта, наземного центра управления и контроля и приемника GPS-сигналов, изображены на фиг.5, 6, 7. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг.8, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкала времени ИСЗ-ретранслятора, подвижного объекта ПО и наземного центра управления и контроля ЦУК соответственно.

Бортовая аппаратура подвижного объекта включает: 1.1 - стандарт частоты и времени, 1.2 - первый гетеродин, 1.3 - второй гетеродин, 1.4 - генератор псевдошумового сигнала, 1.5 - переключатель, 1.6 - элемент ИЛИ, 1.7 - первый смеситель, 1.8 - усилитель первой промежуточной частоты, 1.9 - первый усилитель мощности, 1.10 - дуплексер, 1.11 - приемопередающую антенну, 1.12 - второй усилитель мощности, 1.13 - второй смеситель, 1.14 - усилитель второй промежуточной частоты, 1.15, 1.16 - первый и второй клипперы, 1.17, 1.18 - первое и второе буферное запоминающее устройства, 1.19 - измеритель задержек и их производных, 1.20 - перемножитель, 1.21 - полосовой фильтр, 1.22 - фазовый детектор, 1.23 - бортовой контролер, 1.24 - задающий генератор, 1.25 - фазовый манипулятор, 26 - датчики, характеризующие техническое состояние подвижного объекта, 27 - бортовой регистратор, 1.28 - приемную антенну, 1.29 - усилитель мощности, 1.30 - смеситель, 1.31 - усилитель второй промежуточной частоты, 1.32 - перемножитель, 1.33 - полосовой фильтр, 1.34 - фазовый детектор.

Приемная антенна 1.28, усилитель 1.29 мощности, смеситель 1.30, усилитель 1.31 второй промежуточной частоты, перемножитель 1.32, полосовой фильтр 1.33 и фазовый детектор 1.34 образуют приемник GPS-сигналов.

Наземный центр управления и контроля содержит: 2.1 - стандарт частоты и времени, 2.2, 2.3 - первый и второй гетеродины, 27, 2.13 - первый и второй смесители, 2.4 - генератор псевдошумового сигнала, 25 - переключатель, 2.6 - элемент ИЛИ, 28 - усилитель первой промежуточной частоты, 2.9, 2.12 - усилители мощности, 2.10 - дуплексер, 2.11 - приемопередающую антенну, 2.14 - усилитель второй промежуточной частоты, 2.15, 2.16 - клипперы, 2.17, 2.18 - буферные запоминающие устройства, 2.19 - измеритель задержек и их производной, 2.20 - перемножитель, 2.21 - полосовой фильтр, 2.22 - фазовый детектор, 2.23 - наземный контроллер, 2.24 - задающий генератор, 2.25 - фазовый манипулятор.

В качестве подвижного объекта используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство.

Предлагаемый способ сличения шкал времени реализуют следующим образом. На первом шаге единичных измерений в момент времени t₁ ^A по часам подвижного объекта ПО псевдошумовой сигнал α₁ (фиг.8), созданный генератором 1.4 с помощью стандарта 1.1 частоты и времени, преобразуют с помощью гетеродина 1.2, смесителя 1.7 и усилителя 1.8 первой промежуточной частоты в сигнал с частотой ω₁, усиливают с помощью усилителя 1.9 мощности и излучают через дуплексер 1.10 и приемопередающую антенну 1.11 в направлении ИСЗ-ретранслятора S. Вместе с тем этот же сигнал клиппируют в клиппере 1.15 тактовой частотой того же стандарта частоты 1.1 и записывают в буферное запоминающее устройство 1.17. Регистрация синхронизируется стандартом 1.1 частоты и времени.

В тот же момент времени t₁ ^A=t₁ ^B по часам наземного центра управления и контроля ЦУК с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигнал β₁), регистрируют, но не отправляют на регистрацию (переключатель 2.5 разомкнут). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ (сигнал α₁), переизлучают его на подвижный объект и наземный центр управления и контроля на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его в сигнал на видеочастоте, регистрируют в моменты времени t₁ ^A и t₂ ^B соответственно (сигналы α₂, β₂).

На втором шаге (при передаче сигнала из центра управления и контроля) переключатель 1.5 должен быть разомкнут, а переключатель 2.5 замкнут и сигнал α₃ из генератора 1.4 через клиппер 1.15 поступает на то же запоминающее устройство 1.17.

В произвольный момент времени t₃ ^B=t₂ ^B+Θ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумовой СВЧ-сигнал (сигнал β₃). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ (сигнал α₃), переизлучают его в пункты А и В на частоте ω₂ с сохранением фазовых составляющих, принимают ретранслированный сигнал в обоих пунктах, преобразуют его в сигналы на видеочастоте, регистрируют в моменты времени t₄ ^A и t₄ ^B соответственно (сигналы α₄ и β₄).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в перерыве между актами измерений в измерителях 1.19 и 2.19 определяют следующие временные задержки и их производные:

τ₁=β₁⊗β₂=t₂ ^B-t₁ ^B=а₁+b₁+(Δ^И _A+Δ^П _B+ΔS)+Δt,

τ₂=α₃⊗α₄=t₄ ^A-t₃ ^A=a₃+b₂+(Δ^И _B+Δ^П _A+ΔS)-Δt,

τ₃=α₁⊗α₂=t₂ ^A-t₁ ^A=а₁+а₂+(Δ^И _B+Δ^П _A+ΔS),

τ₄=β₃⊗β₄=t₄ ^B-t₃ ^B=b₂+b₃+(Δ^И _B+Δ^П _B+ΔS),

где F_i - частота интерференции (i=1, 2, 3, 4);

a_j, b_j(j>1, 2, 3) - время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами А и В соответственно;

Δ^B _A, Δ^И _B - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

Δ^П _A, Δ^П _B - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовой аппаратуре ИСЗ-ретранслятора;

Δt=t_B-t_A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая а_j и b_j линейными функциями с производными , , получим

где

Δ′_А,B, Δ′′_А,B - задержки сигналов в атмосфере на частоте f₁ и f₂ соответственно;

ν - релятивистская поправка (эффект Саньяка);

ω - угловая скорость вращения Земли;

с - скорость света;

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

Поправку 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 аппаратурные задержки, то ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы». Атмосферная поправка ε также учитывается.

В пунктах А и В аппаратура работает одинаково, только порядок шагов в них обратный. Для вычисления разности показаний часов Δt достаточно обменяться между пунктами полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи. Результаты сличения поступают в бортовой 1.23 и наземный 2.23 контроллеры.

В процессе движения подвижного объекта датчики 26, расположенные в различных местах транспортного средства (двигательный отсек, корпус, система управления, топливные баки и т.д.), передают информацию о состоянии контролируемых узлов транспортного средства бортовому регистратору 27, который может быть выполнен в виде средства записи на магнитную ленту, оптический носитель, бумажный носитель и т.д.

Одновременно указанная информация поступает на второй вход бортового контроллера 1.23, на третий вход которого подается информация о местоположении подвижного объекта, полученная от приемника GPS-сигналов. Последний состоит из приемной антенны 1.18, усилителя 1.29 мощности, смесителя 1.30, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 1.3, усилителя 1.31 второй промежуточной частоты, перемножителя 1.32, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 1.3, полосового фильтра 1.33 и фазового детектора 1.34, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 1.2, а выход подключен к третьему входу бортового контроллера 1.23.

В состав Глобальной навигационной системы GPS (Global Positioning System) входят космический сегмент, состоящий из 24 ИСЗ, сеть наземных станций наблюдения за их работой и пользовательский сегмент - навигационные приемники GPS-сигналов.

Каждый GPS-спутник излучает на частоте ω₂=1575 МГц специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа (фиг.7, а):

u_c(t)=U_ccos[ω₂t+ϕ_k(t)+ϕ₂], 0≤t≤T_c,

где ϕ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с псевдослучайной последовательностью длительностью N=1023.

Данный сигнал принимается антенной 1.28 и через усилитель 1.29 мощности поступает на первый вход смесителя 1.30, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 1.3

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 1.30 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.31 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.7, б)

u_пр2(t)=U_пр2cos[ω_пр2t-ϕ_k(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤T_c,

где

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная частота;

ω_пр2=ϕ₂-ϕ_г2,

которое поступает на первый вход перемножителя 1.32. На второй вход последнего подается напряжение u_г2(t) гетеродина 1.3. На выходе перемножителя образуется напряжение (фиг.7, в)

u₁(t)=U₁cos[ω_г1t+ϕ_k(t)+ϕ_г1], 0≤t≤T_c,

где

К₂ - коэффициент передачи перемножителя;

ω_г1=ω_г2-ω_пр2,

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω_г1 гетеродина 1.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 1.34. На второй (опорный) вход фазового детектора 1.34 в качестве опорного напряжения подается напряжение гетеродина 1.2

u_г1(t)=U_г1cos(ω_г1+ϕ_г1).

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 1.3 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7, г)

u_н(t)=U_нcosϕ_k(t),

где

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора,

которое поступает на третий вход бортового контроллера 1.23, где определяется местоположение подвижного объекта (широта и долгота). Для этого достаточно присутствия в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения подвижного объекта - 50...80 м.

Один из основных методов повышения точности определения местонахождения подвижного объекта и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим позволяет установить координаты транспортного средства с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в статике.

Бортовой контроллер 1.23, выполненный с возможностью программирования времени между сеансами радиосвязи в зависимости от величины измеренных датчиками 26 параметров. С обусловленной периодичностью (например, 30 мин) через бортовой сегмент спутниковой связи, ИСЗ-ретранслятор и наземный сегмент спутниковой связи передает полученную информацию (местонахождение, протокол событий, техническое состояние, суть внештатной ситуации, если она возникла, а также полную траекторию передвижения за межсеансный промежуток) в наземный центр управления и контроля.

С этой целью задающий генератор 1.24 генерирует высокочастотное колебание (фиг.5, а)

u_с1(t)=U_с1cos(ω_с1t+ϕ_с1), 0≤t≤T_с,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 1.25. На второй вход последнего подается с выхода бортового контроллера 1.23 модулирующий код M₁(t) (фиг.5, б), содержащий информацию о техническом состоянии подвижного объекта и его местоположении. На выходе фазового манипулятора 1.25 формируется сложный ФМн-сигнал (фиг.5,в)

u₂(t)=U₂cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

где ϕ_k1(t)={0, π} - манипуляционная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.5, б), причем ϕ_k1(t)=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2,...N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c1(T_c1=Nτ_э),

который через элемент ИЛИ 1.6 поступает на первый вход первого смесителя 1.7. На второй смеситель 1.7 с выхода первого гетеродина 1.2 подается напряжение u_г1(t). Элемент ИЛИ 1.6 обеспечивает очередность поступления на первый вход смесителя 1.7 псевдошумового СВЧ-сигнала с выхода генератора 1.6 и ФМн-сигнала с выхода фазового детектора 1.25. На выходе смесителя 1.7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.8 выделяется напряжение только первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.5, г)

u_пр1(t)=U_пр1cos[ω_пр1t+ϕ_k1(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤Т_с1,

где

ω_пр1=ω_c+ω_г1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕ_пр1=ϕ_с+ϕ_г1,

которое после усиления в усилителе 1.9 мощности через дуплексер 1.10 поступает в приемопередающую антенну 1.11, излучается ею в эфир в направлении ИСЗ-ретранслятора, переизлучается им на этой же частоте с сохранением фазовых соотношений, принимается антенной 2.11 наземного центра управления и контроля и через дуплексер 2.10 и усилитель 2.12 мощности поступает на первый вход смесителя 2.13, на второй вход которого подается напряжение u_u1(t) гетеродина 2.3. На выходе смесителя 2.13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 2.14 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.5,д)

u_пр3(t)=U_пр3cos[ω_пр2t+ϕ_k1(t)+ϕ_пр3], 0≤t≤T_с1,

где

ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр3=ϕ_пр1-ϕ_г1,

которое поступает на первый вход перемножителя 2.20. На второй вход перемножителя 2.20 подается напряжение u_г2(t) гетеродина 2.2. На выходе перемножителя 2.20 образуется напряжение (фиг.5, е)

u₃(t)=U₃cos[ω_г1t-ϕ_k1(t)+ϕ_г1], 0≤t≤T_с1,

где

ω_г1=ω_пр=ω_г2-ω_пр2 - промежуточная частота,

которое выделяется полосовым фильтром 2.21 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 2.22. На второй (опорный) вход фазового детектора 2.22 подается напряжение U_г1(t) гетеродина 2.3 в качестве опорного напряжения. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 2.22 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, ж)

u_н1(t)=U_н1cosϕ_k1(t),

где

которое поступает на второй вход наземного контроллера 2.23.

По результатам анализа ситуации наземным контроллером 2.23 на наземном центре управления и контроля принимается соответствующее решение, например об отключении неисправного двигателя, или формируется рекомендации экипажу по действиям при развитии нештатных ситуаций.

Для передачи указанных команд в наземном контроллере 2.23 формируется модулирующий код М₂(t) (фиг.6, б), который поступает на второй вход фазового манипулятора 2.25. На первый вход последнего подается высокочастотное колебание с выхода задающего генератора 2.24 (фиг.6, а)

u_c2(t)=U_c2cos(ω_ct+ϕ_c2), 0≤t≤T_c2.

На выходе фазового манипулятора 2.25 формируется сложный ФМн-сигнал (фиг.6, б)

u₄(t)=U₄cos[ω_ct+ϕ_ki2(t)+ϕ_c2] 0≤t≤T_c2,

который через элемент ИЛИ 2.6 поступает на первый вход смесителя 2.7. На второй вход смесителя 2.7 подается напряжение u_г2(t) гетеродина 2.2. На выходе смесителя 2.7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 2.8 выделяется напряжение промежуточной частоты (фиг.6, г)

u₅(t)=U₅cos[ω_прt-ϕ_k2(t)+ϕ₄], 0≤t≤T_c2,

где

ω_пр=ω_г2-ω_c=ω₂ - промежуточная частота;

ϕ₄=ϕ_с-ϕ_г2,

которое после усиления в усилителе 2.9 мощности через дуплексер 2.10 поступает в приемопередающую антенну 2.11, излучается ею в направление ИСЗ-ретранслятора на частоте ω₂, переизлучается бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора с сохранением фазовых соотношений, принимается антенной 1.11 подвижного объекта и через дуплексер 1.10 и усилитель 1.12 мощности поступает на первый вход смесителя 1.13, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 1.3. На выходе смесителя 1.13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.14 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.6, д)

u₆(t)=U₆cos[ω_пр2t-ϕ_k2(t)+ϕ₆], 0≤t≤T_c2,

где

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная частота;

ϕ₆=ϕ₄-ϕ_u2,

которое поступает на первый вход перемножителя 1.20. На второй вход последнего подается напряжение u_г2(t) гетеродина 1.3. На выходе перемножителя 1.20 образуется напряжение (фиг.6, е)

u₇(t)=U₇cos[ω_прt+ϕ_k2(t)+ϕ₇] 0≤t≤T_c2,

где

ω_пр=ω_г2-ω_пр2=ω_пр - промежуточная частота;

ϕ₇=ϕ₆-ϕ_г2,

которое выделяется полосовым фильтром 1.21 и поступает на первый вход фазового детектора 1.22. На второй (опорный) вход фазового детектора 1.22 подается напряжение u_г1(t) в качестве опорного напряжения. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 1.22 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6, ж)

u_н2(t)=U_н2cosϕ_k2(t),

где

которое поступает на четвертый вход бортового контроллера 1.23, где реализуются команды и рекомендации наземного центра управления и контроля.

В случае соответствия всех измеренных датчиками 26 параметров условиям нормальной эксплуатации подвижного объекта, а места нахождения подвижного объекта - плановому места нахождения передача дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля происходит с заданной периодичностью (например, один раз в 30 мин).

При превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения места нахождения подвижного объекта от планового места нахождения период между передачами сокращается.

При создании аварийной ситуации дискретную информацию с борта подвижного объекта передают непрерывно.

Режим передачи дискретной информации бортовым контроллером 1.23 может быть также изменен решением командного состава подвижного объекта или наземным центром управления и контроля.

При возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия места нахождения подвижного объекта плановому месту нахождения период между передачей дискретной информации будет снова увеличен.

Таким образом, предлагаемый способ синхронизации часов по сравнению с прототипом обеспечивает не только сличение удаленных шкал времени, но и дистанционное управление и контроль за техническим состоянием подвижного объекта и его местонахождением в процессе передвижения. Это достигается применением метода дуплексной радиосвязи с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Указанные сигналы открывают новые возможности в технике передачи дискретной информации. Они позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

К числу других проблем, от решения которых в значительной мере зависит дальнейший прогресс средств радиосвязи, следует отнести проблему установления надежной связи в каналах при наличии многолучевого характера распространения радиоволн. Наличие многолучевого характера распространения радиоволн приводит к искажению принимаемых сигналов, что затрудняет прием и снижает достоверность передачи информации.

Попытки преодолеть вредное влияние многолучевости предпринимаются уже давно. К ним можно отнести разнесенный прием, селекцию сигналов по времени и углу прихода, корректирующее кодирование и некоторые другие методы. Однако все они не дают принципиального решения проблемы.

Сложный ФМн-сигнал благодаря своим хорошим корреляционным свойствам может быть «свернут» в узкий импульс, длительность которого обратно пропорциональна используемой ширине полосы частот. Выбирая такую полосу частот, чтобы длительность «свернутого» импульса была меньше времени запаздывания, можно осуществить раздельный прием импульсов, приходящих в точку приема различными путями, а суммируя их энергию, можно, кроме того, повысить помехоустойчивость приема сложных ФМн-сигналов. Тем самым указанная проблема получает принципиальное разрешение.

С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала. Она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Предлагаемый способ может быть использован для контроля выполнения рейсов воздушными и морскими транспортными средствами, для контроля учений авиации дальнего действия и морского флота, при полете пилотируемых космических кораблей и искусственных спутников Земли, для обеспечения испытаний авиационной и морской техники за пределами видимости средств испытательных баз, для контроля за работой малоопытных экипажей и изношенной техники.

Использование предлагаемого способа позволяет принимать решения по действию в нештатных ситуациях в момент их возникновения, передавать на борт подвижного объекта рекомендации по действиям при развитии нештатных ситуаций, выдавать указания службам спасения при неблагоприятном развитии нештатных ситуаций, выдавать точное целеуказание на поиск потерпевшего аварию транспортного средства. Тем самым функциональные возможности способа расширены.

Изобретение относится к области средств связи и сигнализации. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей путем обеспечения дистанционного управления и контроля за техническим состоянием подвижного объекта и его местонахождением в процессе передвижения. Этот результат обеспечивается за счет того, что при осуществлении способа сличения шкал времени, основанного на одновременном приеме разнесенными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки. На подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте ω_с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_c+ω_г1, где ω_г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, где ω_г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_г1=ω_c, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и анализируют его. Аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном объекте сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₁, а принимают на частоте ω₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁. Одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ω₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местонахождения подвижного объекта и передают информацию о местонахождении подвижного объекта в центр управления и контроля, в случае соответствия всех измеренных параметров условно нормальной эксплуатации подвижного объекта, а местонахождение подвижного объекта - плановому местонахождению передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения местонахождения подвижного объекта от планового местонахождения период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствии местонахождения подвижного объекта плановому местонахождению период между передачей дискретной информации снова увеличивают. 8 ил.

Способ сличения шкал времени, основанный на одновременном приеме разнесенными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном их преобразовании к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в сигнал с частотой 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 той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой 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 ретранслируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют в сигнал на частоте ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же искусственного спутника Земли-ретранслятора, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, отличающийся тем, что первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, на подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте ω_c, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_c+ω_г1, где ω_г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, где ω_г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_г1=ω_с, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и анализируют его, аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном объекте сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₁, а принимают на частоте ω₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁, одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ω₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пp2=ω_г2-ω₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местонахождения подвижного объекта и передают информацию о местонахождении подвижного объекта в центр управления и контроля, в случае соответствия всех измеренных параметров условно нормальной эксплуатации подвижного объекта, а местонахождение подвижного объекта - плановому местонахождению, передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения от местонахождения подвижного объекта от планового местонахождения период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия местонахождения подвижного объекта плановому местонахождению, период между передачей дискретной информации снова увеличивают.