СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G04R20/02 

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

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 №№2.001423, 2.003.157, 2.040.035, 2.146.833, 2.177.167, 2.292.574; патент Германии №3.278.943; патент ЕР №0.564.220; Губанов B.C., Финкельштейн A.M., Фридман П.А. Введение в радиоастрометрию. - М., 1983, и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ синхронизации часов (патент РФ №2.292.574, G04C 11/02, 2005), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный способ обеспечивает сличение шкал времени, разнесенных на большие расстояния, 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 также подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Следует отметить, что преобразование частоты ложного сигнала (помехи), принимаемого по зеркальному каналу, происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу приема. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость способа.

Однако полное подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу, возможно только при идентификации приемных каналов. Реальные усилители второй промежуточной частоты и другие элементы, входящие в состав приемных каналов, имеют отличающиеся характеристики. Поэтому полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу, не происходит, и тем самым снижается помехоустойчивость и точность синхронизации удаленных шкал времени.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени путем полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу за счет идентификации приемных каналов.

Поставленная задача решается тем, что способ синхронизации часов, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на одновременном приеме разнесенными наземными 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнала на частоте ω₁, переизлучают его на первый и второй пункты приема на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и ретранслируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ и передают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, принимаемый сигнал на частоте ω₂ преобразуют по частоте в двух приемных каналах с использованием в первом приемном канале напряжения второго гетеродина, а во втором приемном канале напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе +90°, выделяют в первом и втором принимаемых каналах напряжения второй промежуточной частоты, сдвигают по фазе на -90° напряжение второй промежуточной частоты второго приемного канала, суммируют его с напряжением второй промежуточной частоты первого приемного канала, переизлучают полученное суммарное напряжение с принимаемым сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ω_Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличается от ближайшего аналога тем, что для устранения неидентичности приемных каналов вводят комплексную (амплитудно-фазовую) систему идентификации, в которой используют гармонический калиброванный сигнал, частота ω_К которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на незначительную величину Δω₁=ω_К-ω_пр2, пропускают гармонический колебательный сигнал через первый и второй приемные каналы, выделяют на их выходах гармонические калиброванные сигналы, детектируют их и подают на два входа блока вычитания, на выходе которого формируется низкочастотное напряжение положительной или отрицательной полярности, воздействуют им на управляющие входы усилителей второй промежуточной частоты первого и второго приемных каналов, изменяя их коэффициенты передачи таким образом, чтобы выходное напряжение блока вычитания стремилось к нулю, реализуя амплитудную идентичность приемных каналов, одновременно гармонические калибровочные сигналы, выделенные в первом и втором приемных каналах, перемножают между собой, выделяют низкочастотное напряжение положительной или отрицательной полярности, воздействуют им на управляющие входы регулируемых фазовращателей, установленных в первом и втором приемных каналах, изменяя фазовые сдвиги калибровочных сигналов так, чтобы выходное низкочастотное напряжение стремилось к нулю, реализуя фазовую идентичность приемных каналов.

Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, искусственный спутник Земли и два разнесенных наземных пункта, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, генератор псевдошумового сигнала, переключатель, первый смеситель, второй вход которого через первый гетеродин соединен со вторым выходом стандарта частоты и времени, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности и второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, последовательно подключенные к второму выходу генератора псевдошумового сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и измеритель задержек и их производных, выход которого является выходом устройства, последовательно включенные первый усилитель второй промежуточной частоты, сумматор, второй вход которого через фазовращатель на -90° соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом измерителя задержек и их производных, последовательно подключенных к выходу второго гетеродина фазовращателя на +90° и третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено калибратором, двумя регулируемыми фазовращателями, двумя усилителями, двумя фильтрами нижних частот, блоком вычитания, вторым и третьим узкополосными фильтрами, вторым и третьим амплитудными детекторами, причем к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, блок вычитания, второй вход которого через последовательно включенные третий узкополосный фильтр и третий амплитудный детектор соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот и первый инверсный усилитель, два выхода которого соединены с управляющими входами первого и второго усилителей второй промежуточной частоты соответственно, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот и второй инверсный усилитель, два выхода которого соединены с управляющими входами первого и второго регулируемых фазовращателей соответственно, каждый из которых включен между выходом смесителя и входом усилителя второй промежуточной частоты соответствующего приемного канала, вторые входы первого и второго регулируемых фазовращателей соединены с выходом калибратора.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов А, В, ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: O - центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S,A,B-шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и наземных пунктов А и В соответственно. Структурная схема аппаратуры одного из наземных пунктов (А), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, показана на фиг.4.

Каждый наземный пункт содержит последовательно включенные стандарт 1 частоты и времени, генератор 3 псевдошумового сигнала, переключатель 4, первый смеситель 5, второй вход которого через первый гетеродин 2.1 соединен со вторым выходом стандарта 1 частоты и времени, 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 со вторым выходом стандарта 1 частоты и времени, первый регулируемый фазовращатель 28, второй вход которого соединен с выходом калибратора 27, первый усилитель 14 второй промежуточной частоты, сумматор 22, второй вход которого через фазовращатель 21 на -90° соединен с выходом второго усилителя 20 второй промежуточной частоты, первый перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, первый узкополосный фильтр 24, первый амплитудный детектор 25, ключ 26, второй вход которого соединен с выходом сумматора 22, второй клиппер 15, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство 16 и измеритель 17 задержек и их производных, выход которого является выходом устройства. К второму выходу генератора 3 псевдошумового сигнала последовательно подключены первый клиппер 10, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство 11, выход которого соединен с вторым входом измерителя 17 задержек и их производных. К выходу второго гетеродина 2.2 последовательно подключены фазовращатель 18 на +90°, третий смеситель 19, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, второй регулируемый фазовращатель 29, второй вход которого соединен с выходом калибратора 27, второй усилитель 20 второй промежуточной частоты, третий узкополосный фильтр 31, третий амплитудный детектор 33, блок 34 вычитания, второй вход которого через последовательно включенные второй узкополосный фильтр 30 и второй амплитудный детектор 32 соединен с выходом первого усилителя 14 второй промежуточной частоты, первый фильтр 35 нижних частот и первый инверсный усилитель 36, два выхода которого соединены с управляющими входами первого 14 и второго 20 усилителей второй промежуточной частоты соответственно. К выходу второго узкополосного фильтра 30 последовательно подключены второй перемножитель 37, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра 31, второй фильтр 38 нижних частот и второй инверсный усилитель 39, два выхода которого соединены с управляющими входами первого 28 и второго 29 регулируемых фазовращателей соответственно.

Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

В момент времени t₁ ^A по часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α₁) (фиг.2):

u_c(t)=U_ccos[ω_ct+φ_k(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где U_c, ω_c, φ_c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

φ_k(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем φ_k(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 (К=1, 2, …N-1);

τ_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=Nτ_Э),

в генераторе 3 с помощью стандарта 1 частоты и времени.

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

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

U_Г1(t)=U_Г1cos(ω_Г1+φ_Г1).

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

u_пр1(t)=U_пр1cos[ω_пр1t+φ_k(t)+φ_пр1], 0≤t≤T_c,

где $$U_{пр1}=\frac{1}{2}{K}_1{U}_c{U}_{Г1}$$ ;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр1=ω_c+ω_Г1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

φ_пр1=φ_c+φ_Г1,

которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 и приемопередающую антенну 9 излучается в направлении ИСЗ-ретранслятора на частоте ω₁=ω_пр1.

В тот же момент времени $$t_1^A=t_1^B$$ по часам второго пункта В с помощью такой же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β₁). Регистрируют его на втором пункте В (сигнал β₁, который однако не отправляют на ретрансляцию). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте ω₁ (сигнал α₁), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений на интервале t_c.

Ретранслированный сигнал (сигнал α₂) на частоте ω₂

u₂(t)=U₂cos[ω₂t+φ_k(t)+φ₂], 0≤t≤T_c,

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

u_Г2(t)=U_Г2(ω_Г2t+φ_Г2),

u_Г3(t)=U_Г2cos(ω_Г2t+φ_Г2+90°).

Причем частоты ω_Г1 и ω_Г2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

ω_Г2-ω_Г1=ω_пр2

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

u_пр2(t)=U_пр2cos[ω_пр2(t)-φ_K1(t)+φ_пр2],

u_пр3(t)=U_пр2cos[ω_пр2(t)-φ_K1(t)+φ_пр2+90°], 0≤t≤T_c,

где $$U_{пр2}=\frac{1}{2}{K}_1{U}_2{U}_{Г2}$$ ;

ω_пр2=ω_Г2-ω₂ - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр2=φ_Г2-φ₂.

Напряжение u_пр3(t) с входа усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 21 на -90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр4(t)=U_пр2cos[ω_пр2t-φ_k(t)+φ_пр2+90°-90°]=U_пр2cos[ω_пр2t-φ_k(t)+ω_пр2], 0≤t≤

Напряжения u_пр2(t) и u_пр4(t) с выхода усилителя 14 и фазовращателя 21 на -90° поступают на два входа первого сумматора 22, на выходе которого образуется первое суммарное напряжение

u_Σ1(t)=U_Σ1cos[ω_пр2t-φ_k1(t)+φ_пр2], 0≤t≤T_c,

где U_Σ1=2U_пр2,

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

u₁(t)=U₁cos(ω_Г2t+φ_Г2), 0≤t≤T_c,

где $$U_1=\frac{1}{2}{K}_2{U}_2{U}_{пр2}$$ ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 24 (частота настройки ω_н которого выбирается равной частоте второго гетеродина 2.2 ω_н=ω_Г2), детектируется амплитудным детектором 25 и поступает на управляющий вход ключа 26, открывая его. В исходном состоянии ключ 26 всегда закрыт.

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

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

В произвольный момент времени $$t_3^B=t_2^B+\Theta$$ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β₃). Сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора.

В тот же момент времени $$t_3^B=t_3^A$$ по часам первого пункта 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 t₄ ^A и t₄ ^B соответственно (сигнал α₄, β₄).

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

$${\tau }_1={\beta }_1\otimes {\beta }_2=t_2^B-t_1^B=a_1+b_1+({\Delta }_{В}^{И}+{\Delta }_{В}^{П}+\Delta S)+\Delta t$$ ,

$${\tau }_2={\alpha }_3\otimes {\alpha }_4=t_4^A-t_3^A=a_3+b_2+({\Delta }_{В}^{И}+{\Delta }_{А}^{П}+\Delta S)-\Delta t$$ ,

$${\tau }_3={\alpha }_1\otimes {\alpha }_2=t_2^A-t_1^A=a_1+a_2+({\Delta }_{А}^{И}+{\Delta }_{А}^{П}+\Delta S)$$ ,

$${\tau }_4={\beta }_3\otimes {\beta }_4=t_4^B-t_3^B=b_2+b_3+({\Delta }_{В}^{И}+{\Delta }_{В}^{П}+\Delta S)$$ ,

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

$${\dot{\tau }}_i=\frac{d{\tau }_i}{dt}=\frac{F_i}{\overline{f}}$$

где $$\overline{f}=\frac{(f_1+f_2)}{2}$$ ,

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

$${\Delta }_{А}^{И}$$ , $${\Delta }_{В}^{И}$$ - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

$${\Delta }_{А}^{П}$$ , $${\Delta }_{В}^{П}$$ - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;

$$\Delta t=t_1^B-t_1^A$$ - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая a_j и b_j линейными функциями с производными $$a_j=\dot{a}$$ , $$b_j=\dot{b}$$ , получаем:

$$\Delta t=\frac{1}{2}({\tau }_1-{\tau }_2)+\gamma +\delta +\epsilon +\nu$$ ,

где

$$\gamma =\frac{1}{2}(f+2b+\Theta )\dot{a}+\frac{1}{2}(b+\Theta )\dot{b}$$ ,

$$\delta =\frac{1}{2}({\Delta }_{А}{}^{П}-{\Delta }_{В}{}^{П})-\frac{1}{2}({\Delta }_{А}{}^{И}-{\Delta }_{В}{}^{И})$$ ,

$$\epsilon =\frac{1}{2}({\Delta }_{А}"-{\Delta }_A\text{'})-\frac{1}{2}({\Delta }_B"-{\Delta }_B\text{'})$$

$$\nu =2\omega \frac{D}{c^2}$$ ,

$${\Delta }_{А,B}^{\text{'}}$$ , $${\Delta }_{А,B}^{"}$$ - 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:

$${\Theta }_o=-\left[\dot{a}\frac{(a+b)}{(\dot{a}+\dot{b})}+b\right]\approx -\frac{1}{2}\left[{\dot{\tau }}_3\frac{({\tau }_1+{\tau }_2)}{({\dot{\tau }}_1+{\dot{\tau }}_2)}+{\dot{\tau }}_4\right]$$ ,

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

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

Атмосферная поправка ε также учитывается.

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

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

Если шумоподобный сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте ω_З

u_З(t)=U_Зcos[ω_Зt+φ_K2(t)+φ_З], 0≤t≤T_З,

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

u_ПР5(t)=U_ПР5cos[ω_ПР2t+φ_К2(t)+φ_пр5],

u_ПР6(t)=U_ПР5cos[ω_ПР2t+φ_К2(t)+φ_ПР5-90°], 0≤t≤T_З,

где $$U_{ПР5}=\frac{1}{2}{K}_1{U}_{З}{U}_{Г2}$$ ;

ω_ПР2=ω_З-ω_Г2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_ПP5=φ_З-φ_Г2.

Напряжение u_ПР6(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

u_пр7(t)=U_пр5cos(ω_пр2t+φ_пр5-90-90°)=-U_пр5cos(ω_пр2t+φ_пр5), 0≤t≤T_З.

Напряжение u_пр5(t) и u_пр7(t) поступают на два входа сумматора 22, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха) принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_З, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2.

Если ложеный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1

u_k1=U_k1cos(ω_k1t+φ_k1), 0≤t≤T_k1,

то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие

напряжения:

u_пр8(t)=U_пр2cos(ω_пр2t+φ_пр8),

u_пр9(t)=U_пр8cos(ω_пр2t+φ_пр8+90°), 0≤t≤T_k1,

где $$U_{пр9}=\frac{1}{2}{K}_1{U}_{k1}{U}_{Г2}$$ ;

ω_пр2=2ω_Г2-ω_k1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр8=φ_Г2-φ_k1.

Напряжение u_пр9(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 21 на -90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр10(t)=U_пр8cos(ω_пр2t+90°-90⁹)=U_пр8cos(ω_пр2t+φ_пр8), 0≤t≤T_k1.

Напряжения u_пр8(t) и u_пр1(t) поступают на вход сумматора 22, на выходе которого образуется следующее напряжение:

u_Σ(t)=U_Σ1cos(ω_пр1t+φ_пр8), 0≤t≤T_k1

где U_Σ1=2U_пр8.

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 23, на выходе которого образуется следующее гармоническое напряжение:

u₂(t)=U₂cos(2ω_Г2t+φ_Г2), 0≤t≤T_k1,

где $$U_2\frac{1}{2}{K}_2{U}_{k2}{U}_{\Sigma 1}$$ .

Это напряжение не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 24. Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, подавляется.

Для полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ω_З, используется комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации, состоящая из калибратора 27, регулируемых фазовращателей 28 и 29, узкополосных фильтров 30 и 31, амплитудных детекторов 32 и 34, блока вычитания 35, двух инверсных усилителей 36 и 39, перемножителя 37, фильтров 35 и 38 нижних частот.

Полное подавление ложных сигналов (помех) возможно только при идентичности приемных каналов. Однако реальные усилители 14 и 20 второй промежуточной частоты, входящие в состав приемных каналов, имеют отличающиеся характеристики. Различия увеличиваются за счет других элементов, входящих в состав приемных каналов.

Комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации использует гармонический калибровочный сигнал, получаемый от отдельного генератора (калибратора) 27, частота ω_к которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на некоторую величину Δω (Δω=ω_к-ω_пр2) (фиг.4). При малой величине Δω калибровочный сигнал несет информацию о идентичности приемных каналов. На второй промежуточной частоте ω_пр2 в силу корреляции близких значений частотных характеристик.

На входы первого 14 и второго 20 усилителей второй промежуточной частоты через регулируемые фазовращатели 28 и 29 соответственно с выхода калибратора 27 поступает гармонический калибровочный сигнал

u_k(t)=U_kcos(ω_kt+φ_k), 0≤t≤T_k,

частота ω_к которого отличается от второй промежуточной частоты (ω_пр2 на незначительную величину Δω (фиг.4). На выходе усилителей 14 и 20 второй промежуточной частоты калибровочные сигналы выделяются узкополосными фильтрами 30, 31 и после детектирования в амплитудных детекторах 32, 33 поступают на входы блока 34 вычитания системы амплитудной идентификации. При неравенстве модулей коэффициентов передачи приемных каналов (K₁=K₂) на частоте ω_к на выходе блока 34 вычитания появляется напряжение (положительное или отрицательное), которое через фильтр 35 нижних частот и инверсный усилитель 36 воздействует на управляющие входы усилителей 14 и 20 второй промежуточной частоты, изменяя их коэффициенты передачи K₁ и K₂ таким образом, что выходное напряжение блока 34 вычитания стремится к нулю. При этом коэффициенты передачи усилителей 14 и 20 второй промежуточной частоты оказываются практически одинаковыми на частоте ω_к калибровочного сигнала (K₁=K₂=K).

С выходов узкополосных фильтров 30 и 31 калибровочные сигналы поступают на систему фазовой идентификации, состоящую из перемножителя 37, фильтра 38 нижних частот, инверсного усилителя 39 и двух регулируемых фазовращателей 28 и 29.

При наличии фазовой неидентичности приемных каналов на выходе фазового детектора, состоящую из перемножителя 37 и фильтра 38 нижних частот, образуется напряжение (положительное или отрицательное), которое через инверсный усилитель 39 воздействует на управляющие входы регулируемых фазовращателей 28 и 29, изменяя фазовые сдвиги калибровочных сигналов так, что выходное напряжение фазового детектора стремится к нулю. Так достигается фазовая идентификация приемных каналов.

Наличие сильной корреляции между модулями коэффициентов передачи и между их аргументами на частотах ω_пр2 и ω_к позволяет утверждать практическое равенство модулей коэффициентов передачи и равенство их аргументов на второй промежуточной частоте ω_пр2.

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 обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени. Это достигается путем полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ω_З, за счет использования комплексной (амплитудно-фазовой) системы идентификации приемных каналов. Указанная система использует гармонический калибровочный сигнал, получаемый от отдельного генератора (калибратора), частота которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на некоторую величину Δω (Δω=ω_к-ω_пр2). При малой величине Δω калибровочный сигнал несет информацию о неидентичности приемных каналов на второй промежуточной частоте ω_пр2 в силу корреляции близких частотных характеристик.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частоты. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени путем полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу за счет идентификации приемных каналов. Для этого устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит ИСЗ-ретранслятор и два разнесенных наземных пункта А и В. Каждый наземный пункт содержит стандарт 1 частоты и времени, гетеродины 2.1 и 2.2, генератор 3 псевдошумового сигнала, переключатель 4, смесители 5, 13 и 19, усилитель 6 первой промежуточной частоты, усилители 7 и 12 мощности, дуплексер 8, приемопередающую антенну 9, клипперы 10 и 15, буферные запоминающие устройства 11 и 16, измеритель 17 задержек и их производных, фазовращатель 18 на +90°, усилители 14 и 20 второй промежуточной частоты, фазовращатель 21 на -90°, сумматор 22, перемножители 24, 30 и 31, амплитудные детекторы 25, 32 и 33, ключ 26, калибратор 27, регулируемые фазовращатели 28 и 29, блок 34 вычитания, фильтры 35 и 38 нижних частот, инверсные усилители 36 и 39. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ синхронизации часов, основанный на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном их преобразовании к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в этот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте ω₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же искусственного спутника Земли-ретранслятора, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают 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, принимаемый на частоте ω₂ преобразуют по частоте в двух приемных каналах с использованием в первом приемном канале напряжения второго гетеродина, а во втором приемном канале напряжение второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют в первом и втором приемных каналах напряжения второй промежуточной частоты, сдвигают по фазе на -90° напряжение второй промежуточной частоты второго приемного канала, суммируют его с напряжением второй промежуточной частоты первого приемного канала, перемножают полученное суммарное напряжение с принимаемым сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ω_Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличающийся тем, что для устранения неидентичности приемных каналов вводят комплексную (амплитудно-фазовую) систему идентификации, в которой используют гармонический калибровочный сигнал, частота ω_к которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на незначительную величину Δω=ω_к-ω_пр2, пропускают гармонический калибровочный сигнал через первый и второй приемные каналы, выделяют на их выходах гармонические калибровочные сигналы, детектируют их и подают на два входа блока вычитания, на выходе которого формируют низкочастотное напряжение положительной или отрицательной полярности, воздействуют им на управляющие входы усилителей второй промежуточной частоты первого и второго приемных каналов, изменяя их коэффициенты передачи таким образом, чтобы выходное напряжение блока вычитания стремилось к нулю, реализуя амплитудную идентичность приемных каналов, одновременно гармонические калибровочные сигналы, выделенные в первом и втором приемных каналах, перемножают между собой, выделяют низкочастотное напряжение положительной или отрицательной полярности, воздействуют им на управляющие входы регулируемых фазовращателей, установленных в первом и втором приемных каналах, изменяя фазовые сдвиги калибровочных сигналов так, чтобы выходное низкочастотное напряжение стремилось к нулю, реализуя фазовую идентичность приемных каналов.

2. Устройство синхронизации часов, содержащее искусственный спутник Земли и два разнесенных наземных пункта, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, генератор псевдошумового сигнала, переключатель, первый смеситель, второй вход которого через первый гетеродин соединен со вторым выходом стандарта частоты и времени, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности и второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, последовательно подключенные к второму выходу генератора псевдошумового сигнала первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и измеритель задержек и их производных, выход которого является выходом устройства, последовательно включенные первый усилитель второй промежуточной частоты, сумматор, второй вход которого через фазовращатель на -90° соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом измерителя задержек и их производных, последовательно подключенных к выходу второго гетеродина фазовращателя на +90 и третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, отличающееся тем, что оно снабжено калибратором, двумя регулируемыми фазовращателями, двумя инверсными усилителями, двумя фильтрами нижних частот, блоком вычитания, вторым и третьим узкополосными фильтрами, вторым и третьим амплитудными детекторами, причем к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, блок вычитания, второй вход которого через последовательно включенные третий узкополосный фильтр и третий амплитудный детектор соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, третий фильтр нижних частот и первый инверсный усилитель, два выхода которого соединены с управляющими входами первого и второго усилителей второй промежуточной частоты соответственно, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот и второй инверсный усилитель, два выхода которого соединены с управляющими входами первого и второго регулируемых фазовращателей, каждый из которых включен между выходом смесителя и входом усилителя второй промежуточной частоты соответствующего приемного канала, вторые входы первого и второго регулируемых фазовращателей соединены с выходом калибратора.