СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G04C11/00 G04G7/00 

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

Известны способы и устройства синхронизации часов (авт. свид. СССР №591.799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; патенты РФ №2.001.423, 2.003.157, 2.040.035, 2.177.167, 2.292.574, 2.350.990, 2.386.159, 2.422.848; патент Великобритании №1.526.467; патент Германии №4.202.435; Губанов B.C., Финкельштейн A.M., Фридман П.А. Введение в радиоастрометрию. - М., 1983 и другие).

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

Указанные способ и устройство обеспечивают сличение шкал времени, размещенных на больших расстояниях, и основаны на использовании дуплексного метода связи через геостационарный ИСЗ-ретранслятор.

Основное достоинство дуплексного метода связи состоит в том, что в нем исключается длина трассы прохождения сигнала. Поэтому его точность в основном зависит от параметров бортового ретранслятора, типа используемого сигнала и техники измерения временных интервалов.

Для технической реализации известного способа используется супергетеродинный приемник, имеющий дополнительные каналы приема. При этом дополнительные каналы приема подавляются различными техническими средствами.

Но с точки зрения расширения диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина, а также одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами, целесообразно не подавлять, а использовать дополнительные каналы приема, проведя соответствующую их маркировку.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременно дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами путем использования дополнительных каналов приема.

Техническая задача решается тем, что способ синхронизации часов, основанный в соответствии с ближайшим аналогом на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном преобразовании их к видеочастоте, цифровой регистрации принимаемых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в тот же момент времени t₁ на часах второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте ω₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ω2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_Г2-ω₂, отличается от ближайшего аналога тем, что выделяют напряжение первой суммарной частоты ω_∑1=ω₂-ω_Г2, где ω_Г2 - частота второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ω₃, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₃-ω_Г2, выделяют напряжение второй суммарной частоты ω_∑2=ω_Г2+ω₃, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω₃ в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют третье напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=2ω_Г2-ω_к1, перемножают его с сигналом, принимаемым по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, выделяют первое гармоническое напряжение на частоте 2ω_Г2, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω_к1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют четвертое напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_к2-2ω_г2, перемножают его с сигналом, принимаемым по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, выделяют второе гармоническое напряжение регистрации четвертого напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω_к2 в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты приема, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдослучайного сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные ко второму выходу стандарта частоты и времени генератор псевдошумового сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержки и их производные, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к четвертому выходу стандарта частоты и времени второй клиппер и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержки и их производных, отличающееся от ближайшего аналога тем, что оно снабжено усилителем первой суммарной частоты, усилителем второй суммарной частоты, четырьмя амплитудными детекторами, четырьмя ключами, двумя перемножителями, двумя узкополосными фильтрами, третьим, четвертым и пятым клипперами, третьим, четвертым и пятым буферными запоминающими устройствами, вторым, третьим и четвертым измерителями задержек и их производных, причем к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго ключа, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, третий клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и второй измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключенный первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, пятый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов A, B, C, Д, E и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: O - центр масс Земли; d₁, d₂, d₃, d₄ - базы интерферометра, r - радиус - вектор ИСЗ-ретранслятора. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов первого A и второго B наземных пунктов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S, A, B - шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов A и B соответственно. Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (A), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, показана на фиг.4.

Аппаратура наземного пункта A содержит последовательно включенные стандарт 1 частоты и времени, первый гетеродин 2.1, первый смеситель 5, второй вход которого через переключатель 4 соединен с первым выходом генератора 3 псевдослучайного сигнала, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый усилитель 7 мощности, дуплексер 8, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 9, второй усилитель 12 мощности, второй смеситель 13, второй вход которого через второй гетеродин 2.2 соединен с первым выходом стандарта 1 частоты и времени, усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый ключ 22, второй клиппер 15, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство 16 и первый измеритель 17 задержек и их производных, выход которого является первым выходом I наземного пункта. К второму выходу стандарта 1 частоты и времени последовательно подключены генератор 3 псевдослучайного сигнала, первый клиппер 10, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство 11, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя 17 задержек и их производных. К выходу второго смесителя 13 последовательно подключены усилитель 18 первой суммарной частоты и первый амплитудный детектор 20, выход которого соединен с вторым входом первого ключа 22. К выходу второго смесителя 13 последовательно подключены усилитель 19 второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор 21, второй ключ 23, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, третий клиппер 32, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство 35 и второй измеритель 38 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является вторым II выходом наземного пункта. К выходу второго усилителя 12 мощности последовательно подключены первый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр 26, третий амплитудный детектор 28, третий ключ 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, четвертый клиппер 33, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство 36 и третий измеритель 39 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является третьим III выходом наземного пункта. К выходу второго усилителя 12 мощности последовательно подключены второй перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр 27, четвертый амплитудный детектор 29, четвертый ключ 31, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, пятый клиппер 34, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство 37 и четвертый измеритель 40 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является четвертым IV выходом наземного пункта.

Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

В момент времени $$t_1^A$$ по часам первого пункта A с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α₁) (фиг.2):

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

где U_c, ω_с, φ_с, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

φ_к(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем φ_к(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 T_c(T_c=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 синхронизируется 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_Г1t+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_k1(t)+φ_пр1), 0≤t≤T_c,

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

где К₁ - 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 ИС3-ретранслятора на частоте ω=ω_пр1.

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

Ретранслированный сигнал (сигнал α₂) на частоте ω₂

u₂(t)=U₂cos[ω₂t+φ_k1(t)+φ₂], 0≤t≤T_c,

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

u_Г2(t)=U_Г2cos(ω_Г2t+φ_Г2).

Причем частоты ω_Г1 и ω_Г2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_Г2-ω_Г1=ω_пр2.

Частота настройки ω_Н1 усилителя 14 промежуточной (разностной) частоты выбрана равной второй промежуточной частоте

ω_Н1=ω_пр2.

Частота настройки ω_Н2 усилителя 18 первой промежуточной частоты выбрана равной сумме частот

ω_Н2=ω₂+ω_Г2=ω_∑1.

Частота настройки ω_Н3 усилителя 19 второй суммарной частоты выбрана равной сумме следующих частот:

ω_H3=ω_Г2+ω₃=ω_∑3.

Частота настройки ω_Н4 первого 26 и второго 27 узкополосных фильтров выбрана равной удвоенному значению частоты второго гетеродина 22

ω_Н4=2ω_Г3

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

u_пр2()=U_пр2cos[ω_пр2t-φ_k1(t)+φ_пр2],

u_∑1(t)=U_пр2cos[ω_∑1t+φ_k1(t)+φ_∑1], 0≤t≤T _c,

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

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

ω_∑1=ω₂+ω_Г2 - первая суммарная частота;

φ_пр2=φ_Г2-φ₂, ω_∑1=φ₂+φ_Г2.

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

При этом напряжение u_пр2(t) второй промежуточной частоты с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 22 поступает для дальнейшей обработки, а именно на вход второго клиппера 15, где оно клиппируется и записывается во второе буферное запоминающее устройство. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.

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

В произвольный момент времени $$t_3^B=t_2^B+\Theta$$ 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 A с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α₃). Регистрируют его на первом пункте A. Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ (сигнал α₃), переизлучают его на пункты A и B на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его на видеочастоту, регистрируют в моменты времени $$t_4^A$$ и $$t_4^B$$ соответственно (сигнал α₄, β₄).

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

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

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

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

$${\Delta }_A^{И}$$ , $${\Delta }_B^{И}$$ - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

$${\Delta }_A^{П}$$ , $${\Delta }_B^{П}$$ - 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:

где

$${\Delta }_{A,B}^{\text{'}}$$ , $${\Delta }_{A,B}^{\text{'}\text{'}}$$ - задержки сигнала в атмосфере на частотах ω₁ и ω₂ соответственно;

ν - релятивистская поправка (эффект Саньяка);

ω - угловая скорость вращения Земли;

c - скорость света;

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

Поправки γ на подвижность ИСЗ-ретранслятора во время единичного измерения проще всего свести к нулю соответствующим выбором свободного параметра Θ:

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

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

Атмосферная поправка ε также учитывается.

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

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

Если шумоподобный сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте ω₃

u₃(t)=U₃cos[ω₃t+φ_k2(t)+φ₃], 0≤t≤T₃,

то усилителями 14 и 19 выделяются следующие напряжения соответственно

u_пр3(t)=U_пр3cos[ω_пр2t+φ_k2(t)+φ_пр3],

u_∑2(t)=U_пр3cos[ω_∑2t+φ_k2(t)+φ_∑2], 0≤t≤T₃,

где $$U_{пр3}=\frac{1}{2}{К}_1{U}_3{U}_{Г2}$$ ;

ω_пр2=ω₃-ω_Г2 - вторая промежуточная частота,

ω_∑2=ω_Г2+ω₃ - вторая суммарная частота,

φ_пр2=φ₃-φ_Г2, φ_∑2=φ_Г2+φ₃.

Напряжение u_∑2(t) второй суммарной частоты поступает на вход второго амплитудного детектора 21, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход второго ключа 23, открывая его. При этом напряжение u_пр3(t) второй промежуточной с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 23 поступает на первый вход третьего клиппера 32, где оно клиппируется и записывается в третье буферное запоминающее устройство 35. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω₃ в первый A и третий C пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход II).

Если шумоподобный сигнал

u_k1(t)=U_k1cos[ω_k1t+φ_k3(t)+φ_k1], 0≤t≤T_k1,

принимается по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, то усилителем 14 второй промежуточной частоты выделяется напряжение

u_пр4(t)=U_пр4cos[ω_пр2t-φ_k3(t)+φ_gh4], 0≤t≤T_k1,

где $$U_{пр4}=\frac{1}{2}{K}_1{U}_{k1}{U}_{Г2}$$ ;

ω_пр2=2ω_Г2-ω_к1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр4=φ_Г2-φ_К1,

которое подается на второй вход первого перемножителя 24. На первый вход последнего поступает принимаемый шумоподобный сигнал u_k1(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе первого перемножителя 24 образуется гармоническое напряжение

u₁(t)=U₁cos(2ω_Г2t+φ_Г2), 0≤t≤T_R1,

где $$U_1=\frac{1}{2}{K}_2{U}_{k1}{U}_{пр4}$$ ,

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется первым узкополосным фильтром 26, детектируется амплитудным детектором 28 и поступает на управляющий вход ключа 30, открывая его. При этом напряжение u_пр4(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 30 поступает на первый вход четвертого клиппера 33, где оно калибруется и записывается в четвертое буферное запоминающее устройство 36. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω_к1 в первом и четвертом Д пунктах синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход III).

Если шумоподобный сигнал

u_k2(t)=U_k2cos[ω_r2t+φ_k4(t)+φ_k2], 0≤t≤T_k2,

принимается по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, то усилителем 14 второй промежуточной частоты выделяется напряжение

u_пр5(t)=U_пр5cos[ω_пр2t+φ_k4(t)+φ_пр5], 0≤t≤T_k2,

где $$U_{пр5}=\frac{1}{2}{K}_2{U}_{k2}{U}_{Г2}$$ ;

ω_пр2=ω_к2-2ω_Г2 - вторая промежуточная частота,

φ_пр5=φ_к2-φ_Г2,

которое подается на второй вход второго перемножителя 25. На первый вход последнего поступает принимаемый шумоподобный сигнал u_k2(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 25 образуется гармоническое напряжение

u₂(t)=U₂cos(2ω_Г2t+φ_Г2), 0≤t≤T_k2,

где $$U_2=\frac{1}{2}{K}_2{U}_{k2}{U}_{пр5}$$ ,

которое выделяется вторым узкополосным фильтром 27, детектируется амплитудным детектором 29 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. При этом напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 41 поступает на первый вход пятого клиппера 34, где оно клиппируется и записывается в пятое буферное запоминающее устройство 37. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω_к2 в первый A и пятый E пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход IV).

Способ синхронизации часов позволяет:

- достичь предельной точности измерений (около 0,1 нс) с помощью РСДБ техники и техники ретрансляции, которая уже широко используется на практике;

- формировать необходимые для проведения измерений СВЧ-сигналы на наземных пунктах, что дает возможность постепенно наращивать точность измерений за счет оптимизации структуры сигнала и усовершенствования наземной техники регистрации без вмешательства в бортовую аппаратуру ИСЗ;

- повысить оперативность измерений, т.е. довести интервал времени от начала измерений до получения результатов вплоть до нескольких десятков секунд (практически до времени корреляционной обработки сигналов);

- избежать установки на борту ИСЗ высокостабильных хранителей времени и измерителей временных интервалов, ограничить бортовую аппаратуру только системой фазостабильной ретрансляции СВЧ-сигналов.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи каждого наземного пункта с четырьмя другими наземными пунктами с помощью одного геостационарного ИСЗ-ретранслятора. Это достигается использованием дополнительных каналов приема: зеркального, первого и второго комбинационных каналов.

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

1. Способ синхронизации часов, основанный на одновременном приеме разными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном преобразовании их к видеочастоте, цифровой регистрации принимаемых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, в тот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли - ретранслятора, сигнал на частоте ω₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ω₂, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_Г2-ω₂, отличающийся, тем что выделяют напряжение первой суммарной частоты ω_∑1=ω₂+ω_Г2, где ω_Г2 - частота второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ω₃, преобразуют по частоте использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₃-ω_Г2, выделяют напряжение второй суммарной частоты ω_∑2=ω_Г2+ω₃, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω₃ в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют третье напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=2ω_Г2-ω_к1, перемножают его с сигналом, принимаемым по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, выделяют первое гармоническое напряжение на частоте 2ω_Г2, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω_к1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, преобразуют по частоте с использованием второго гетеродина, выделяют четвертое напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_к2-2ω_Г2, перемножают его с сигналом, принимаемым по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте 2ω_Г2, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω_к2 в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

2. Устройство синхронизации часов, содержащее геостационарный МС3-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдослучайного сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные ко второму выходу стандарта частоты и времени, генератор псевдослучайного сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержек и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к четвертому выходу стандарта частоты и времени, второй клиппер и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержек и их производных, отличающееся тем, что оно снабжено усилителем первой суммарной частоты, усилителем второй суммарной частоты, четвертый амплитудный детектор, четырьмя ключами, двумя перемножителями, двумя узкополосными фильтрами, третьим, четвертым и пятым клипперами, третьим, четвертым и пятым буферными запоминающими устройствами, вторым, третьим и четвертым измерителями задержек и их производных, причем к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго клиппера, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, третий клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и второй измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, пятый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй выход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.