СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННО РАЗНЕСЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2018 года по МПК G04G3/00 

Изобретение относится к средствам синхронизации и может быть использовано в системах временной синхронизации, использующих оптоволоконную линию для связи синхронизирующего объекта с удаленным синхронизируемым объектом.

Известны системы временной синхронизации пространственно разнесенных объектов, в том числе системы, использующие оптоволоконную линию для связи синхронизирующего объекта с синхронизируемым, в основу которых положен принцип коррекции шкалы времени синхронизируемого объекта относительно шкалы времени синхронизирующего объекта по результатам предварительно проведенных операций сличения этих шкал, см., например, работу [1] - Донченко С.С., Колмогоров О.В., Прохоров Д.В. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени // Измерительная техника, 2015, №1, с. 14-17. Особенностью данных систем является наличие у синхронизирующего и синхронизируемого объектов средств формирования собственных шкал времени, а также средств, осуществляющих сличение этих шкал и формирование данных об их рассогласовании. Средства формирования шкал времени обычно содержат высокостабильный опорный генератор, например квантовый стандарт частоты, а также последовательно подключенные к его выходу делитель частоты и формирователь импульсов. В некоторых случаях для целей формирования шкалы времени синхронизирующего объекта может использоваться приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, например, как это осуществлено в устройстве для синхронизации, представленном в патенте [2] - RU 166018 (U1), G04C 13/02, опубл. 10.11.2016. Средства формирования шкалы времени синхронизируемого объекта содержат также соответствующие средства коррекции временного положения формируемых импульсов. Также в состав технических средств синхронизирующего и синхронизируемого объектов входят средства формирования и преобразования оптических сигналов, а также средства, осуществляющие передачу оптических сигналов по оптоволоконной линии.

Сличение шкал времени, осуществляемое в системе, представленной в работе [1], а также в системе, для которой предназначено устройство, представленное в патенте [2], в обобщенном виде происходит следующим образом. С синхронизирующего объекта на синхронизируемый объект по оптоволоконной линии передается оптический импульс, момент излучения которого фиксируется в шкале времени синхронизирующего объекта. На синхронизируемом объекте осуществляется прием оптического импульса и фиксация момента его приема в шкале времени синхронизируемого объекта, после чего осуществляется переизлучение оптического импульса в обратном направлении с одновременной фиксацией момента его излучения в шкале времени синхронизируемого объекта. Далее осуществляется прием переизлученного импульса на синхронизирующем объекте с фиксацией момента его приема в шкале времени синхронизирующего объекта. На основании полученных данных о моментах излучения и приема прямого и переизлученного оптического импульса определяется величина задержки, вносимой оптоволоконной линией, и искомая величина текущего расхождения шкал времени объектов. Далее, исходя из измеренного расхождения шкал времени синхронизирующего и синхронизируемого объектов формируется управляющий сигнал, под действием которого шкала времени синхронизируемого объекта подстраивается (синхронизируется) относительно шкалы времени синхронизирующего объекта.

Аналогичные процессы осуществляются в системе синхронизации пространственно разнесенных объектов, представленной в патенте [3] - RU 2547662 (C1), G04C 10/02, опубл. 10.04.2015, принятой в качестве прототипа.

Система синхронизации, принятая в качестве прототипа, содержит оптоволоконную линию, связывающую пространственно разнесенные синхронизирующий и синхронизируемый объекты. Синхронизирующий объект содержит формирователь шкалы времени и связанный с ним генератор оптических импульсов, выход которого через соответствующие каналы блока разветвителей-объединителей связан с входом оптоэлектронного преобразователя синхронизирующего объекта и с первым концом оптоволоконной линии. Этот же (первый) конец оптоволоконной линии через другой канал блока разветвителей-объединителей связан с входом оптоэлектронного преобразователя синхронизирующего объекта. Выход оптоэлектронного преобразователя синхронизирующего объекта связан с сигнальным входом таймера событий синхронизирующего объекта, опорный вход которого связан с выходом формирователя шкалы времени синхронизирующего объекта.

Блок разветвителей-объединителей содержит оптический объединитель Y-образного вида, оптический разветвитель Y-образного вида и оптический соединитель Y-образного вида, соединение которых образуют указанные выше каналы, посредством которых осуществляется оптическая связь генератора оптических импульсов, оптоэлектронного преобразователя и оптоволоконной линии. Так, выход-вход оптического соединителя образует выход-вход блока разветвителей-объединителей, связанный с первым концом оптоволоконной линии. Однонаправленный вход оптического соединителя соединен с первым выходом оптического разветвителя, вход которого образует вход блока разветвителей-объединителей, связанный с выходом генератора оптических импульсов. Однонаправленный выход оптического соединителя соединен с первым входом оптического объединителя, выход которого образует выход блока разветвителей-объединителей, связанный с входом оптоэлектронного преобразователя синхронизирующего объекта. Второй выход оптического разветвителя соединен с вторым входом оптического объединителя.

На стороне синхронизируемого объекта второй конец оптоволоконной линии оптически связан с блоком формирования прямого и отраженного сигналов, выполненным в виде полупрозрачного зеркала. Полупрозрачное зеркало обеспечивает прохождение одной части оптического сигнала в прямом направлении, а другой - в обратном направлении. Полупрозрачное зеркало оптически связано (в прямом направлении) с входом оптоэлектронного преобразователя синхронизируемого объекта. Выход этого оптоэлектронного преобразователя связан с сигнальным входом таймера событий синхронизируемого объекта, опорный вход которого связан с выходом формирователя шкалы времени синхронизируемого объекта.

Формирователь шкалы времени синхронизируемого объекта имеет управляющие средства, позволяющие осуществлять синхронизацию шкалы времени синхронизируемого объекта относительно шкалы времени синхронизирующего объекта. Эти управляющие средства функционально связаны с вспомогательной системой формирования данных о рассинхронизации, которая функционально связана с таймерами событий синхронизуемого и синхронизирующего объектов и имеет отдельный канал связи для обмена данными между обоими объектами.

Работа системы-прототипа осуществляется следующим образом. Формирователь шкалы времени синхронизирующего объекта формирует последовательность импульсов, представляющих собой определенные метки времени. Формирование осуществляется с помощью высокостабильного генератора, например квантового стандарта частоты, делителя частоты и формирователя импульсов. Сформированные импульсы поступают на опорный вход таймера событий синхронизирующего объекта, а также на вход генератора оптических импульсов, который формирует последовательность оптических импульсов, временное положение которых привязано к определенным меткам шкалы времени синхронизирующего объекта. С выхода генератора оптических импульсов эти импульсы поступают в блок разветвителей-объединителей, где раздваиваются по мощности, при этом одна часть импульса поступает на вход оптоэлектронного преобразователя синхронизирующего объекта для преобразования в электрический сигнал, а другая - на первый конец оптоволоконной линии для передачи на синхронизируемый объект. С выхода оптоэлектронного преобразователя электрический импульс, соответствующий передаваемому оптическому импульсу, поступает на сигнальный вход таймера событий синхронизирующего объекта. Таймер событий фиксирует момент излучения оптического импульса в шкале времени синхронизирующего объекта, используя для этого выходные сигналы формирователя шкалы времени, поступающие на его опорный вход. Сформированные таймером событий данные о моменте передачи оптического импульса в оптоволоконную линию поступают в вспомогательную систему формирования данных о рассинхронизации.

Прошедший по оптоволоконной линии на синхронизируемый объект оптический импульс частично отражается от полупрозрачного зеркала, а частично проходит через него в прямом направлении на вход оптоэлектронного преобразователя синхронизируемого объекта, который преобразует его в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на сигнальный вход таймера событий синхронизируемого объекта, на опорный вход которого поступают сигналы формирователя шкалы времени синхронизируемого объекта. Таймер событий фиксирует момент прихода оптического импульса в шкале времени синхронизируемого объекта. Эти данные поступают в вспомогательную систему формирования данных о рассинхронизации.

Отраженный от полупрозрачного зеркала оптический импульс проходит обратно по оптоволоконной линии к синхронизирующему объекту и далее через соответствующий канал блока разветвителей-объединителей поступает на вход оптоэлектронного преобразователя синхронизирующего объекта, где происходит его преобразование в электрический сигнал. Сформированный оптоэлектронным преобразователем электрический сигнал поступает на сигнальный вход таймера событий синхронизирующего объекта, который фиксирует момент прихода обратного (отраженного) оптического импульса в шкале времени синхронизирующего объекта. Сформированные таймером событий данные о моменте прихода обратного оптического импульса поступают в вспомогательную систему формирования данных о рассинхронизации.

Вспомогательная система формирования данных о рассинхронизации посредством своих вычислительных средств на основании данных о времени излучения оптического импульса в шкале времени синхронизирующего объекта, данных о времени прихода оптического импульса в шкале времени синхронизируемого объекта и данных о времени прихода обратного оптического импульса в шкале времени синхронизирующего объекта определяет текущее значение величины задержки распространения оптического сигнала по оптоволоконной линии и текущее значение расхождения шкалы времени синхронизируемого объекта относительно шкалы времени синхронизирующего объекта. Полученные данные используются управляющими средствами формирователя шкалы времени синхронизируемого объекта для формирования управляющего сигнала, под действием которого осуществляется подстройка (синхронизация) шкалы времени синхронизируемого объекта относительно шкалы времени синхронизирующего объекта.

Характерной особенностью системы-прототипа является обязательное наличие у синхронизируемого объекта собственного генератора, участвующего в формировании шкалы времени синхронизируемого объекта, а также обязательное включение в процесс синхронизации операций по сличению шкал времени синхронизирующего и синхронизируемого объектов, определению величины рассинхронизации, формированию управляющего сигнала и последующей подстройки шкалы времени синхронизируемого объекта, что требует наличия соответствующих технических средств.

Однако для ряда применений необходимость в собственном генераторе, формирующем на синхронизируемом объекте автономную шкалу времени, а также необходимость в средствах сличения шкал времени синхронизирующего и синхронизируемого объектов, а также необходимость в средствах подстройки синхронизируемой шкалы времени являются недостатками, ограничивающими область возможного использования прототипа.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание системы синхронизации пространственно разнесенных объектов, основанной на ином, чем в прототипе, принципе, а именно принципе передачи собственно синхронизирующих импульсов на синхронизируемый объект по оптоволоконной линии связи. При реализации этого принципа уже не требуется наличия собственного генератора на синхронизируемом объекте, а также средств сличения шкал времени синхронизирующего и синхронизируемого объектов. При этом возникает техническая проблема обеспечения временной стабильности передаваемых потребителю оптических импульсов в условиях воздействия на оптоволоконную линию дестабилизирующих факторов, которая решается за счет предложенных особенностей формирования оптических импульсов и мер по стабилизации их временного положения.

Сущность изобретения заключается в следующем. Система синхронизации пространственно разнесенных объектов содержит оптоволоконную линию, связывающую синхронизирующий и синхронизируемый объекты. Синхронизирующий объект содержит формирователь шкалы времени, первый оптоэлектронный преобразователь, оптический объединитель, оптический разветвитель и оптический соединитель. Первый конец оптоволоконной линии связан с выходом-входом оптического соединителя, однонаправленный вход которого связан с первым выходом оптического разветвителя, а однонаправленный выход - с первым входом оптического объединителя. Синхронизируемый объект содержит оптически связанный с вторым концом оптоволоконной линии блок формирования прямого и отраженного сигналов, выход прямого сигнала которого связан с входом второго оптоэлектронного преобразователя. В отличие от прототипа, синхронизируемый объект содержит блок формирования синхронизирующих импульсов, вход которого соединен с выходом второго оптоэлектронного преобразователя. Первый конец оптоволоконной линии связан с выходом-входом оптического соединителя через размещенный на синхронизирующем объекте блок управляемой задержки. Синхронизирующий объект также содержит оптический усилитель, вход которого связан с выходом оптического объединителя, а выход - с входом оптического разветвителя. Второй выход оптического разветвителя связан с входом первого оптоэлектронного преобразователя. Выход первого оптоэлектронного преобразователя соединен с входом блока выделения характерных импульсов, выход которого соединен с сигнальным входом детектора рассогласования. Выход детектора рассогласований соединен с входом формирователя управляющего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом блока управляемой задержки. Опорный вход детектора рассогласований соединен с выходом формирователя шкалы времени, который также соединен с входом формирователя запускающего импульса. Выход формирователя запускающего импульса соединен с входом электрооптического преобразователя, выход которого связан с вторым входом оптического объединителя.

В варианте выполнения, имеющем практическое значение, блок формирования прямого и отраженного сигналов содержит вспомогательный оптический усилитель, вход которого связан с однонаправленным выходом вспомогательного оптического соединителя, а выход - с входом вспомогательного оптического разветвителя, первый выход которого образует выход прямого сигнала блока, а второй выход связан с однонаправленным входом вспомогательного оптического соединителя, вход-выход которого образует вход-выход блока формирования прямого и отраженного сигналов, оптически связанный с вторым концом оптоволоконной линии.

Сущность изобретения и его осуществимость поясняются иллюстративными материалами, представленными на фиг. 1 и 2, где:

на фиг. 1 представлена структурная схема устройства;

на фиг. 2 - структурная схема блока формирования прямого и отраженного сигналов.

Заявляемая система синхронизации пространственно разнесенных объектов в рассматриваемом примере реализации, см. фиг. 1, содержит оптоволоконную линию 1, связывающую синхронизирующий и синхронизируемый объекты.

На стороне синхронизирующего объекта оптоволоконная линия 1 связана своим первым концом через блок 2 управляемой задержки с выходом-входом оптического соединителя 3 Y-образного вида, однонаправленный вход которого связан с первым выходом оптического разветвителя 4 Y-образного вида, а однонаправленный выход - с первым входом оптического объединителя 5 Y-образного вида.

Выход оптического объединителя 5 связан с входом оптического усилителя 6, выход которого связан с входом оптического разветвителя 4.

Второй выход оптического разветвителя 4 связан с входом первого оптоэлектронного преобразователя 7, выход которого соединен с входом блока 8 выделения характерных импульсов.

Выход блока 8 выделения характерных импульсов соединен с сигнальным входом детектора 9 рассогласования, опорный вход которого соединен с выходом формирователя 10 шкалы времени.

Выход формирователя 10 шкалы времени также соединен с входом формирователя 11 запускающего импульса.

Выход формирователя 11 запускающего импульса соединен с входом электрооптического преобразователя 12, выход которого связан с вторым входом оптического объединителя 5.

Выход детектора 9 рассогласования соединен с входом формирователя 13 управляющего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом блока 2 управляемой задержки.

На стороне синхронизируемого объекта второй конец оптоволоконной линии 1 оптически связан с блоком 14 формирования прямого и отраженного сигналов, выход прямого сигнала которого связан с входом второго оптоэлектронного преобразователя 15, выход которого соединен с входом блока 16 формирования синхронизирующих импульсов.

Блок 14 формирования прямого и отраженного сигналов в простейшем случае (в условиях незначительных потерь оптического сигнала при сравнительно небольшой длине оптоволоконной линии 1) может быть выполнен, например, как в прототипе, в виде полупрозрачного зеркала, расположенного таким образом, что обеспечивается возможность прохождения части поступающего оптического сигнала в прямом направлении на вход оптоэлектронного преобразователя 15, а другой части - в обратном направлении к синхронизирующему объекту.

При большой протяженности оптоволоконной линии 1 возникающая проблема обеспечения приемлемого соотношения сигнал/шум на выходе блока 14 формирования прямого и отраженного сигналов может решаться, например, путем размещения в оптическом тракте дополнительных оптических усилителей: двунаправленных или однонаправленных. В частности, на фиг. 2 показан вариант выполнения блока 14 формирования прямого и отраженного сигналов с вспомогательным однонаправленным усилителем 16, вход которого связан с однонаправленным выходом вспомогательного оптического соединителя 17 Y-образного вида, а выход - с входом вспомогательного оптического разветвителя 18 Y-образного вида, первый выход которого образует выход прямого сигнала, связанный с входом оптоэлектронного преобразователя 15, а второй выход связан с однонаправленным входом вспомогательного оптического соединителя 17, вход-выход которого образует вход-выход блока 14, оптически связанный с вторым концом оптоволоконной линии 1.

Также для увеличения соотношения сигнал/шум на выходе блока 14 формирования прямого и отраженного сигналов можно воспользоваться дополнительными средствами фильтрации оптического сигнала (не показаны). Также проблему передачи оптических сигналов на большие расстояния с приемлемым затуханием можно решать путем применения солитонных линий, что, однако, требует применения соответствующих средств формирования определенного вида оптических импульсов (в рамках данной заявки эти варианты не рассматриваются как не относящиеся к сущности изобретения).

Блок 2 управляемой задержки для случая небольшого диапазона регулирования задержки оптического сигнала может быть выполнен аналогично устройству управляемой задержки, представленному в патенте [4] - RU 2384955 (С1), H04J 14/08, H04D 10/12, опубл. 20.04.2009, представляющему собой механическое устройство, содержащее размещенные в цилиндрической оправке неподвижный и подвижный отрезки оптоволокна, регулируемый зазор между которыми определяет величину задержки.

В случае необходимости иметь больший диапазон регулирования можно применить блок управляемой задержки, выполненный аналогично блоку, представленному в патенте [5] - RU 168352 (U1), Н04В 10/25, опубл. 30.01.2017. Такой блок представляет собой катушку оптоволокна определенной длины, располагающуюся внутри термокамеры, вход управления температурой которого образует управляющий вход блока. Для уменьшения размеров катушки (уменьшения длины оптоволокна) в качестве оптоволокна выбирается оптоволокно, имеющее существенно больший коэффициент температурного расширения по сравнению с оптическим материалом оптоволоконной линии 1, например оптоволокно, изготовленное из полиметилметакриата, температурный коэффициент линейного расширения которого на два порядка выше, чем у кварца (стандартного материала светопроводящей среды оптоволоконных линий). Изменение вносимой задержки осуществляется в таком блоке за счет изменения длины оптоволокна в результате изменения температуры внутри термокамеры под действием управляющего сигнала.

Формирователь 10 шкалы времени может быть выполнен, например, на основе квантового стандарта частоты с последовательно подключенными к его выходу делителем частоты и формирователем импульсов.

Блок 8 выделения характерных импульсов и блок 16 формирования синхронизирующих импульсов могут быть выполнены, например, с использованием счетчиков N импульсов, позволяющих осуществлять выделение N-х импульсов из последовательности импульсов, поступающих на их входы.

Оптические соединители 3 и 17, оптические разветвители 4 и 18, оптический объединитель 5, оптические усилители 6 и 16, оптоэлектронные преобразователи 7 и 15, электрооптический преобразователь 12 являются стандартными элементами оптоволоконной и оптоэлектронной техники. Примеры их применения в целях, аналогичных заявляемой системе, представлены, помимо системы-прототипа [3], также в патентах: [6] - RU 2050017 (C1), G06E 3/00, опубл. 10.12.1995; [7] - RU 166049 (U1), G02F 1/39, опубл. 10.11.2016.

Остальные функциональные элементы заявляемой системы синхронизации пространственно разнесенных объектов являются стандартными элементами радиоэлектронной техники.

Заявляемая система синхронизации пространственно разнесенных объектов работает следующим образом.

Формирователь 10 шкалы времени формирует последовательность импульсов, представляющих собой определенные метки времени, например секундные метки. Эти импульсы поступают на вход формирователя 11 запускающего импульса. По внешней команде, поступающей, например, от внешнего блока управления (не показан), формирователь 11 формирует короткий одиночный электрический импульс, временное положение которого привязано к выбранной временной метке формирователя 10 шкалы времени. Этот запускающий электрический импульс поступает на вход электрооптического преобразователя 12, который преобразует его в оптический импульс.

Этот начальный оптический импульс поступает на соответствующий вход оптического объединителя 5, проходит через него, затем через оптический усилитель 6 и поступает на вход оптического разветвителя 4, где разделяется по двум направлениям.

По одному направлению начальный оптический импульс поступает на вход оптоэлектронного преобразователя 7, где преобразуется в электрический импульс, который далее поступает в блок 8 выделения характерных импульсов в качестве устанавливающего импульса, подготавливающего блок 8 для приема и подсчета последующих рабочих импульсов.

По другому направлению начальный оптический импульс в качестве первого рабочего импульса поступает на однонаправленный вход оптического соединителя 3, проходит через него, затем через блок 2 управляемой задержки поступает в оптоволоконную линию 1 и проходит по ней в направлении синхронизируемого объекта.

На синхронизируемом объекте этот оптический импульс поступает на вход-выход блока 14 формирования прямого и отраженного сигналов. В случае выполнения блока 14 как в прототипе в виде полупрозрачного зеркала входной оптический импульс частично проходит через него в прямом направлении на вход оптоэлектронного преобразователя 15, а частично отражается от полупрозрачного зеркала и возвращается обратно в оптоволоконную линию 1. В случае выполнения блока 14 как показано на фиг. 2, т.е. с оптическим усилением, входной оптический импульс проходит через оптический соединитель 17 и поступает на вход оптического усилителя 16. В оптическом усилителе 16 осуществляется оптическое усиление входного оптического импульса и фильтрация его от шумов. С выхода оптического усилителя 16 усиленный и отфильтрованный от шумов оптический импульс поступает на вход оптического разветвителя 18, с первого выхода которого одна его часть проходит в прямом направлении на вход оптоэлектронного преобразователя 15, а другая часть с второго выхода оптического разветвителя 18 поступает на однонаправленный вход оптического соединителя 17, проходит через него и возвращается обратно в оптоволоконную линию 1.

Пройдя в обратном направлении по оптоволоконной линии 1 отраженный (обратный) оптический импульс проходит через блок 2 управляемой задержки, затем проходит через оптический соединитель 3 и оптический объединитель 5 и далее поступает на вход оптического усилителя 6. В оптическом усилителе 6 осуществляется усиление отраженного оптического импульса и фильтрация его от шумов. Усиленный и отфильтрованный от шумов отраженный оптический импульс поступает на вход оптического разветвителя 4, где разветвляется по указанным двум направлениям.

То есть по одному направлению оптический импульс поступает на вход оптоэлектронного преобразователя 7, где преобразуется в электрический импульс, который далее поступает на вход блока 8 выделения характерных импульсов, а по другому направлению - поступает на соответствующий вход оптического объединителя 4, с выхода которого поступает на однонаправленный вход оптического соединителя 3.

Далее рассмотренный цикл прохождения рабочего оптического импульса по оптическому тракту повторяется, а именно, оптический импульс проходит через оптический соединитель 3, блок 2 управляемой задержки и оптоволоконную линию 1, поступает в блок 14 формирования прямого и отраженного сигналов, возвращается из него и проходит в обратном направлении через оптоволоконную линию 1, блок 2 управляемой задержки, оптический соединитель 3, оптический объединитель 5, оптический усилитель 6 и вновь поступает на вход оптического разветвителя 4, где разветвляется по рассмотренным двум направлениям.

Таким образом, запускающий импульс инициирует процесс генерации последовательности рабочих оптических импульсов, циркулирующих по оптоволоконной линии 1 в прямом и обратном направлениях. В этой генерируемой последовательности оптических импульсов временной интервал между соседними импульсами (период следования Т_опт) определяется задержками, вносимыми оптоволоконной линией 1 (τ₁) и блоком 2 управляемой задержки (τ₂), то есть Т_опт=2⋅(τ₁+τ₂). (Задержки, вносимые остальными элементами оптического тракта, здесь и далее не рассматриваются ввиду их незначительности по сравнению с задержками, вносимыми оптоволоконной линией 1 и блоком 2 управляемой задержки).

Задержка τ₁, вносимая оптоволоконной линией 1, является для периода Т_опт возмущающим неуправляемым фактором, обусловленным, в основном, изменениями температуры окружающей среды, воздействующей на оптоволоконную линию 1.

Задержка τ₂, вносимая блоком 2 управляемой задержки, является для периода Т_опт управляемым фактором, наличие которого позволяет, во-первых, осуществлять подстройку временного положения характерных оптических импульсов относительно временных меток, формируемых формирователем 10 шкалы времени, а во-вторых, стабилизировать временное положение оптических импульсов путем компенсации возникающих изменений задержки в оптоволоконной линии 1 посредством соответствующих по величине и противоположных по знаку изменений задержки в блоке 2 управляемой задержки.

В рассматриваемом примере характерным оптическим импульсом является каждый N-й импульс в последовательности оптических импульсов, прошедших через оптоволоконную линию 1 в прямом и обратном направлениях, где значение N соответствует числу импульсов, приходящихся на определенный, например, секундный интервал времени. Значение N определяется для усредненных условий эксплуатации либо экспериментально, либо путем вычислений через определение величины периода Т_опт.

Указанным характерным оптическим импульсам соответствуют характерные электрические импульсы, получаемые на выходе блока 8 выделения характерных импульсов, который осуществляет выделение каждого N-го импульса из последовательности импульсов, поступающих на его вход с выхода оптоэлектронного преобразователя 7 (за исключением первого устанавливающего импульса). В установившемся режиме (после завершения процедуры подстройки, описываемой ниже) временные промежутки между характерными импульсами (оптическими и электрическими) и их временное положение соответствуют временным меткам, формируемым формирователем 10 шкалы времени.

Импульсы, снимаемые с выхода блока 8 выделения характерных импульсов, поступают на сигнальный вход детектора 9 рассогласования, на опорный вход которого поступают импульсы временных меток с выхода формирователя 10 шкалы времени.

Детектор 9 рассогласования формирует на своем выходе сигнал, величина и знак которого характеризуют величину и знак временного рассогласования между импульсами, поступающими на его сигнальный и опорный входы. Этот выходной сигнал, являющийся сигналом ошибки, поступает на вход формирователя 13 управляющего сигнала, где на его основе формируется управляющий сигнал для блока 2 управляемой задержки. Задержка, вносимая блоком 2, изменяется, подстраивая временное положение характерного электрического импульса (и, следовательно, характерного оптического импульса) относительно временной метки шкалы времени.

После завершения процедуры подстройки, что характеризуется совпадением во времени импульсов, поступающих на опорный и сигнальный входы детектора 9 рассогласования, управляющий сигнал, поступающий с выхода формирователя 13 управляющего сигнала, поддерживает установившееся состояние блока 2 управляемой задержки.

В случае дестабилизирующего воздействия на оптоволоконную линию 1, приводящего к изменению вносимой ею задержки и, соответственно, рассогласованию импульсов, поступающих на опорный и сигнальный входы детектора 9 рассогласования (что соответствует рассогласованию временной метки и характерного оптического импульса), на его выходе формируется соответствующий сигнал ошибки. Под действием сигнала ошибки формирователь 13 управляющего сигнала формирует управляющий сигнал для блока 2 управляемой задержки. Блок 2 управляемой задержки изменяет вносимую им задержку таким образом, чтобы временное положение характерных оптических импульсов совпадало с временным положением временных меток, формируемых формирователем 10 шкалы времени.

Таким образом, в установившемся режиме по оптоволоконной линии 1 циркулируют оптические импульсы, частота и период следования которых поддерживаются стабильными в изменяющихся условиях внешней среды, воздействующей на оптоволоконную линию 1. При этом временное положение характерных оптических импульсов совпадает с временными метками, формируемыми формирователем 10 шкалы времени. Это позволяет на синхронизируемом объекте использовать оптические импульсы, поступающие с оптоволоконной линии 1, для целей частотной и временной синхронизации. Для реализации этих целей на синхронизирующем объекте оптические импульсы, проходящие в прямом направлении через блок 14 формирования прямого и отраженного сигналов, поступают на вход оптоэлектронного преобразователя 15, где преобразуются в электрические импульсы, которые далее поступают на вход блока 16 формирования синхронизирующих импульсов.

Блок 16 формирования синхронизирующих импульсов в рассматриваемом примере осуществляет выделение каждого N-го импульса из последовательности импульсов, поступающих на его вход. Временной интервал между выделяемыми N-ми импульсами соответствует временному интервалу между временными метками, формируемыми формирователем 10 шкалы времени, а временное положение выделяемых N-х импульсов стабильно и соответствует временному положению указанных временных меток с учетом постоянного сдвига Δt, равного половине периода следования оптических импульсов по оптоволоконной линии 1 в установившемся режиме (Δt=Т_опт/2).

Стабильное временное положение импульсов, снимаемых с выхода блока 16 формирования синхронизирующих импульсов, и их привязка к шкале времени синхронизирующего объекта позволяет непосредственно использовать эти импульсы на синхронизируемом объекте в целях частотной и временной синхронизации. При этом в силу постоянства указанного временного сдвига Δt он может быть учтен в качестве постоянной поправки при формировании шкалы времени синхронизируемого объекта.

Таким образом, заявляемая система позволяет осуществлять передачу стабильных синхронизирующих импульсов на синхронизируемый объект по оптоволоконной линии связи, давая возможность потребителю на их основе формировать собственную шкалу времени, синхронизированную со шкалой времени синхронизирующего объекта, а также осуществлять необходимую потребителю частотную и временную синхронизацию. При этом, в отличие от прототипа, уже не требуется наличия собственного генератора на синхронизируемом объекте, а также средств сличения шкал времени синхронизирующего и синхронизируемого объектов.

Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании системы синхронизации пространственно разнесенных объектов, основанной на ином, чем в прототипе, принципе, а именно принципе передачи собственно синхронизирующих импульсов на синхронизируемый объект по оптоволоконной линии связи.

Источники информации

1. Донченко С.С., Колмогоров О.В., Прохоров Д.В. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени // Измерительная техника, 2015, №1, с. 14-17.

2. RU 166018 (U1), G04C 13/02, опубл. 10.11.2016.

3. RU 2547662 (C1), G04C 10/02, опубл. 10.04.2015.

4. RU 2384955 (C1), H04J 14/08, H04D 10/12, опубл. 20.04.2009.

5. RU 168352 (U1), Н04В 10/25, опубл. 30.01.2017.

6. RU 2050017 (C1), G06E 3/00, опубл. 10.12.1995.

7. RU 166049 (U1), G02F 1/39, опубл. 10.11.2016.

Изобретение относится к средствам синхронизации и может быть использовано в системах временной синхронизации, использующих оптоволоконную линию для связи синхронизирующего объекта с удаленным синхронизируемым объектом. Технический результат заключается в создании системы синхронизации пространственно разнесенных объектов, основанной на принципе передачи собственно синхронизирующих импульсов на синхронизируемый объект по оптоволоконной линии связи. Система содержит оптоволоконную линию, первый конец которой через блок управляемой задержки связан с выходом-входом оптического соединителя, однонаправленный выход которого через оптический объединитель, оптический усилитель и оптический разветвитель связан с однонаправленным входом оптического соединителя. Второй выход оптического разветвителя связан с входом первого оптоэлектронного преобразователя, выход которого через блок выделения характерных импульсов связан с сигнальным входом детектора рассогласования. Выход детектора рассогласования через формирователь управляющего сигнала связан с управляющим входом блока управляемой задержки. Опорный вход детектора рассогласования связан с выходом формирователя шкалы времени, который также связан с входом формирователя запускающего импульса, выход которого через электрооптический преобразователь связан с вторым входом оптического объединителя. Синхронизируемый объект содержит оптически связанный с другим концом оптоволоконной линии блок формирования прямого и отраженного сигналов, выход прямого сигнала которого через второй оптоэлектронный преобразователь связан с входом блока формирования синхронизирующих импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система синхронизации пространственно разнесенных объектов, содержащая оптоволоконную линию, связывающую синхронизирующий и синхронизируемый объекты, причем синхронизирующий объект содержит формирователь шкалы времени, первый оптоэлектронный преобразователь, оптический объединитель, оптический разветвитель и оптический соединитель, причем первый конец оптоволоконной линии связан с выходом-входом оптического соединителя, однонаправленный вход которого связан с первым выходом оптического разветвителя, а однонаправленный выход - с первым входом оптического объединителя, при этом синхронизируемый объект содержит оптически связанный с вторым концом оптоволоконной линии блок формирования прямого и отраженного сигналов, выход прямого сигнала которого связан с входом второго оптоэлектронного преобразователя, отличающаяся тем, что синхронизируемый объект содержит блок формирования синхронизирующих импульсов, вход которого соединен с выходом второго оптоэлектронного преобразователя, первый конец оптоволоконной линии связан с выходом-входом оптического соединителя через размещенный на синхронизирующем объекте блок управляемой задержки, при этом синхронизирующий объект также содержит оптический усилитель, вход которого связан с выходом оптического объединителя, а выход - с входом оптического разветвителя, второй выход оптического разветвителя связан с входом первого оптоэлектронного преобразователя, выход первого оптоэлектронного преобразователя соединен с входом блока выделения характерных импульсов, выход которого соединен с сигнальным входом детектора рассогласования, выход детектора рассогласований соединен с входом формирователя управляющего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом блока управляемой задержки, опорный вход детектора рассогласований соединен с выходом формирователя шкалы времени, который также соединен с входом формирователя запускающего импульса, а выход формирователя запускающего импульса соединен с входом электрооптического преобразователя, выход которого связан с вторым входом оптического объединителя.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования прямого и отраженного сигналов содержит вспомогательный оптический усилитель, вход которого связан с однонаправленным выходом вспомогательного оптического соединителя, а выход - с входом вспомогательного оптического разветвителя, первый выход которого образует выход прямого сигнала блока, а второй выход связан с однонаправленным входом вспомогательного оптического соединителя, вход-выход которого образует вход-выход блока формирования прямого и отраженного сигналов, оптически связанный с вторым концом оптоволоконной линии.