СПОСОБ И СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ШКАЛ ВРЕМЕНИ РАЗНЕСЕННЫХ В ПРОСТРАНСТВЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2024 года по МПК G04G7/00 

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах синхронизации шкал времени, разнесенных в пространстве радиоэлектронных средств (РЭС).

Известен «Способ эффективной синхронизации с требуемым временным интервалом в системе связи множественного доступа с временным разделением» (патент RU 2477568 C2). К недостаткам предложенного в патенте способа синхронизации следует отнести возможность его применения только в системе связи с временным разделением (TDMA), а также использование передачи, основанной на ретрансляторе и синхронизирующих комбинациях. Применение только в системе с TDMA ограничивает возможности указанного в патенте способа. Также использование синхронизирующих комбинаций приводит к существенному усложнению, и, как следствие, к удорожанию реализации способа.

Известен «Способ синхронизации шкал времени» (патент RU 2662642 C1). К недостаткам предложенного в патенте способа следует отнести использование для измерения сдвига шкал меток времени, передаваемых по метеорному каналу. Метеоры, это межпланетная пыль, сгорающая в атмосфере Земли на высоте около 100 км. Они образуют следы ионизированного газа, отражающие радиоволны. Таким образом, рассеяние от метеорных следов можно использовать для радиосвязи на дальние расстояния, в том числе для синхронизации. Однако, метеорная радиосвязь не очень устойчива из-за нестабильности метеорных потоков. Стабильность радиосвязи зависит от пиков интенсивности метеорных потоков, которые могут смещаться во времени. Также для установления факта формирования метеорного следа и доступности метеорного радиоканала используются специальные зондирующие сигналы, которые отличаются от синхронизирующих. Это приводит к усложнению всей системы синхронизации. Также для корректной синхронизации, необходимо учитывать распространение синхронизирующего сигнала в метеорном радиоканале, что не всегда возможно, например, если точные координаты синхронизируемых объектов неизвестны, или они движутся с большой скоростью.

Известен также «Способ синхронизации частоты и шкалы времени удаленных пунктов» (патент RU 2585325 C1). К недостаткам предложенного в патенте способа синхронизации следует отнести возможность его применения только при наличии априорного знания точных координат каждого из пространственно-разнесенных пунктов системы формирования поправок к местной шкале времени. Также из-за использования спутниковой навигационной системы, как внешнего источника синхронизационных сигналов высокой точности, при отсутствии спутникового сигнала от N навигационных космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, применение данного способа невозможно.

Известен «Способ синхронизации шкал времени» (патент RU 2146833 C1), принятый за прототип. В данном способе формируют две независимые шкалы времени на эталонной станции и синхронизируемом объекте, каждый со своими опорными генераторами. Затем на эталонной станции излучают в соответствии со своей временной шкалой сигналы меток времени для синхронизации ведомых станций. На синхронизируемом объекте принимают эту метку, переизлучают ее и измеряют интервалы времени между собственной шкалой и эталонной. При этом также излучают следующий после момент приема запросного сигнала собственный сигнал, соответствующий своей шкале времени. В этом случае сигнал синхронизации по каналу связи посылается в обоих направлениях. На каждой из систем вычисляется разница между временем отправки собственного и полученного сигнала, и по этой разнице вычисляется необходимая поправка времени синхронизации, что является расхождением сверяемых шкал времени.

Однако в рамках этого способа необходимо сформировать на каждом из N синхронизируемых объектов свои радиоимпульсные сигналы запроса, которые характеризуются общей для всех сигналов несущей частотой и отличаются индивидуальными кодами модуляции частоты и/или фазы, и/или времени формирования, для последующего различения, что приводит к избыточной сложности системы распознавания сигналов на эталонной станции, которая выражается в виде дополнительной фильтрации в частотной, фазовой и/или временной области для выделения каждого отдельного сигнала с каждого синхронизируемого объекта, а также необходимости временного разделения приема-передачи на эталонной станции из-за двухстороннего обмена синхронизирующими импульсами, что увеличивает время, необходимое для синхронизации и приводит к вероятности пропустить радиоимпульсные сигналы запроса от N синхронизируемых объектов во время излучения сигнала синхронизации от эталонной системы.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении эффективности синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве РЭС за счет одновременного осуществления синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве радиоэлектронных средств.

Для достижения технического результата в способе синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве РЭС, заключающимся в том, что на эталонной станции и разнесенных в пространстве РЭС посредством местных опорных генераторов формируют собственные шкалы времени, из которых формируют сигналы синхронизирующих меток времени, на эталонной станции в пространство РЭС излучают сигналы синхронизирующих меток времени, на каждом РЭС принимают сигналы синхронизирующих меток времени эталонной станции, согласно изобретению, на каждом РЭС одновременно выделяют сигналы синхронизирующих меток времени эталонной станции, по которым измеряют интервалы времени τ₁ между метками времени собственной шкалы времени РЭС и моментами времени приема от эталонной станции сигналов синхронизирующих меток времени, являющимися интервалами времени коррекции, по принимаемому сигналу эталонных синхронизирующих меток времени формируют принятую внутреннюю эталонную шкалу времени с принятыми синхронизирующими метками времени, по которым определяют приращение погрешности за такт путем сравнения принятых синхронизирующих меток времени эталонной станции, являющихся кодом коррекции, и синхронизирующими метками собственной шкалы времени и осуществляют коррекцию местной шкалы синхронизированной с эталонном местной шкалы времени.

Согласно изобретению излучение сигналов синхронизирующих меток времени осуществляют в цифровом виде на несущей частоте.

Кроме того, в систему синхронизации шкал времени, разнесенных в пространстве РЭС, содержащую эталонную станцию и разнесенные в пространстве РЭС, содержащие устройства местных шкал времени, при этом эталонная станция содержит последовательно соединенные опорный генератор, формирователь внутренней шкалы времени, формирователь синхронизирующих меток времени и передатчик, при этом другой вход формирователя синхронизирующих меток времени соединен с синхровыходом опорного генератора, а разнесенные в пространстве РЭС содержат антенну, соединенную с приемником, местный опорный генератор, выход которого соединен с формирователем внутренней шкалы времени, выход которого соединен с входом устройства местной шкалы времени, согласно изобретению, введены последовательно соединенные блок выделения сигналов синхронизирующих меток эталонной станции, блок измерения интервалов времени коррекции, блок местной шкалы времени, выход которого соединен с информационным входом устройства местной шкалы времени, при этом блок выделения сигналов синхронизирующих меток эталонной станции соединен с выходом приемника и входом последовательно соединенных формирователя синхронизирующих меток времени эталонной системы, формирователя принятых синхронизирующих меток времени, являющийся формирователем кода коррекции, и блок вычисления приращения погрешности отсчетом за такт, другой вход которого соединен с выходом формирователя внутренней шкалы времени, а выход подключен к корректирующему входу устройства местной шкалы времени,

Согласно изобретению формирователь внутренней шкалы времени выполнен в виде счетчика.

Согласно изобретению опорный генератор эталонной системы и разнесенных в пространстве РЭС выполнен в виде генератора атомного стандарта частоты, с относительной нестабильностью частоты около 10¹².

Согласно изобретению опорный генератор эталонной системы и разнесенных в пространстве РЭС выполнен в виде стандартного кварцевого генератора.

Согласно изобретению формирователь синхронизирующих меток времени выполнен в виде формирователя радиоимпульсных сигналов с кодовой модуляцией, характерной для данной эталонной станции.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. приведена структурная схема системы синхронизации шкал времени N синхронизируемых объектов (разнесенных в пространстве РЭС). Способ излагается в виде последовательности действий, которые выполняют элементы, показанные на фиг.

На фиг. введены обозначения:

1 - эталонная станция;

21-2N - синхронизируемые РЭС;

3 - опорный генератор эталонной системы,

4 - внутренний счетчик (формирователь внутренней шкалы времени эталонной системы);

5 - формирователь синхронизирующих меток эталонной системы;

6 - передатчик эталонной системы;

7 - приемник синхронизируемой системы;

8 - блок выделения сигналов синхронизирующих меток;

9 - блок измерения интервалов времени коррекции;

10 - блок коррекции местной шкалы времени;

11 - блок выделения счетчика эталонной системы;

12 - формирователь кода коррекции;

13 - блок вычисления приращения погрешности отсчетов за такт;

14 - формирователь местной шкалы времени синхронизированный с эталоном;

15 - опорный генератор синхронизируемой системы;

16 - внутренний счетчик (формирователь внутренней шкалы времени синхронизируемой системы).

Эталонная станция 1 формирует синхронизирующие пакеты, содержащие метку времени и количество тактов внутреннего таймера эталонной системы. Для этого станция содержит опорный генератор эталонной системы 3, который подает тактирование на внутренний счетчик, формирователь внутренней шкалы времени эталонной системы 4. Формирователь синхронизирующих меток эталонной системы 5 создает пакеты времени, опираясь на тактирование от опорного генератора эталонной системы 3, содержащие значение внутреннего счетчика, формирователя внутренней шкалы времени эталонной системы 4. При этом опорный генератор эталонной системы 3 может быть выполнен в виде атомного стандарта частоты, с относительной нестабильностью частоты около 10^-12, или же с помощью стандартного кварцевого генератора, а внутренний счетчик, формирователь внутренней шкалы времени эталонной системы 4 в виде счетного регистра, с одного из выходов которого снимаются импульсы, кратные задающей частоте, используемые в формирователе синхронизирующих меток эталонной системы 5, который решает задачу создания информационного канала обмена эталонной станции со всеми синхронизируемыми. Для этого формирователь синхронизирующих меток эталонной системы 5 выполнен в виде формирователя радиоимпульсных сигналов с кодовой модуляцией частоты, фазы или времени формирования. Сформированный пакет передается на все синхронизируемые системы широковещательным каналом, с помощью передатчика эталонной системы 6. Передатчик эталонной системы 6 решает общеизвестную задачу кодирования цифровой информации в радиосигнал, переноса сигнала на опорную частоту, усиления радиосигнала по мощности и излучения в эфир.

Каждая из синхронизируемых станций, на схеме обозначаемые 21-2N, содержат приемник синхронизирующей системы 7 синхронизационных пакетов, который решает обычную радиотехническую задачу выделения из совокупности принимаемых радиосигналов одного с известными параметрами - несущей частотой и уровнем, превышающим заданный пороговый уровень, а также содержащего цифровую информацию, и перенос с несущей частоты - преобразование в видеоимпульсы, временное положение которых соответствует временному положению выделенных радиоимпульсов. Блок выделения сигналов синхронизирующих меток 8 определяет фронт принятого сигнала, с помощью блока измерения интервалов времени коррекции 9 происходит расчет корректирующих значений времени, на основе двух меток времени от локальной и эталонной систем. В блоке коррекции местной шкалы времени 10 происходит коррекция на основе рассчитанных меток времени.

Опорный генератор синхронизируемой системы 15 задает тактирование для внутреннего счетчика, формирователя внутренней шкалы времени синхронизируемой системы 16. При этом опорный генератор синхронизируемой системы 15 может быть, в зависимости от назначения, также как и в эталонной системе выбран из атомного стандарта частоты или кварцевого генератора. Внутренний счетчик, формирователь внутренней шкалы времени синхронизируемой системы 16 также является умножителем опорной частоты, выполненный на счетном регистре, с одного из выходов которого снимаются кратные опорной частоте импульсы, используемые в блоке вычисления приращения погрешности отсчетов за такт 13 и в блоке формирователя местной шкалы времени, синхронизированной с эталоном 14.

Блок выделения счетчика эталонной системы 11 выделяет значение счетчика эталонной системы на основе принятого пакета данных, решая общеизвестную задачу выделения цифровой информации из радиосигнала. С помощью блока формирователя кода коррекции 12 формируется код коррекции местной шкалы времени синхронизируемой системы. Данные о приращении с блока вычисления приращения погрешности отсчетов за такт 13 поступают на формирователь местной шкалы времени синхронизированный с эталоном 14, где с помощью данных с блока коррекции местной шкалы времени 10 и блока внутреннего счетчика, формирователя внутренней шкалы времени синхронизируемой системы 16 формируется местная шкала времени, синхронизированная с эталоном. Блок внутреннего счетчика, формирователь внутренней шкалы времени синхронизируемой системы 16 может быть выполнен в виде микросхемы, содержащей несколько счетных регистров, для целой и дробной частей, с одного из выходов которого снимаются скорректированные импульсы синхронизированной местной шкалы времени. Данные счетчики необходимо инкрементировать не только на целое количество единиц, но и на добавочное корректировочное значение дробной части инкремента. Каждый такт, который генерирует внутренний счетчик - формирователь внутренней шкалы времени синхронизируемый системы 16 в формирователе местной шкалы времени, синхронизированной с эталоном 14 происходит инкрементация внутреннего счетчика не только на целую единицу, но и на добавочное дробное значение с блока вычисления приращения погрешности отсчетов за такт 13. Также во время прихода синхронизируемых пакетов происходит общая коррекция счетчика на целое значение, путем декрементации целого числа из формирователь местной шкалы времени, синхронизированной с эталоном 14 используя значение из блока коррекции местной шкалы времени 10.

Таким образом отказ от двунаправленного канала обмена между эталонной и всеми синхронизируемыми станциями, наличие последовательного информационного канала, например через радиосвязь, от эталонной станции ко всем синхронизируемым, избавляет от необходимости использования различных способов разделения радиоимпульсных сигналов для их различения, а также от необходимости временного разделения излучения и приема на эталонной станции - достаточно непрерывного излучения синхронизирующих пакетов с равными промежутками времени между ними для повышения эффективности синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве РЭС.

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве радиоэлектронных средств (РЭС). Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении эффективности синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве РЭС за счет одновременного осуществления синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве радиоэлектронных средств. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве радиоэлектронных средств (РЭС), заключающийся в том, что на эталонной станции и разнесенных в пространстве РЭС посредством местных опорных генераторов формируют собственные шкалы времени, из которых формируют сигналы синхронизирующих меток времени, на эталонной станции в пространство РЭС излучают сигналы синхронизирующих меток времени, на каждом РЭС принимают сигналы синхронизирующих меток времени эталонной станции, отличающийся тем, что на каждом РЭС одновременно выделяют сигналы синхронизирующих меток времени эталонной станции, по которым измеряют интервалы времени τ₁ между метками времени собственной шкалы времени РЭС и моментами времени приема от эталонной станции сигналов синхронизирующих меток времени, являющимися интервалами времени коррекции, по принимаемому сигналу эталонных синхронизирующих меток времени формируют принятую внутреннюю эталонную шкалу времени с принятыми синхронизирующими метками времени, по которым определяют приращение погрешности за такт путем сравнения принятых синхронизирующих меток времени эталонной станции, являющихся кодом коррекции, и синхронизирующими метками собственной шкалы времени и осуществляют коррекцию местной шкалы, синхронизированной с эталоном местной шкалы времени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что излучение сигналов синхронизирующих меток времени осуществляют в цифровом виде на несущей частоте.

3. Система синхронизации шкал времени разнесенных в пространстве РЭС, содержащая эталонную станцию и разнесенные в пространстве РЭС, содержащие устройства местных шкал времени, при этом эталонная станция содержит последовательно соединенные опорный генератор, формирователь внутренней шкалы времени, формирователь синхронизирующих меток времени и передатчик, при этом другой вход формирователя синхронизирующих меток времени соединен с синхровыходом опорного генератора, а разнесенные в пространстве РЭС содержат антенну, соединенную с приемником, местный опорный генератор, выход которого соединен с формирователем внутренней шкалы времени, выход которого соединен с входом устройства местной шкалы времени, отличающаяся тем, что введены последовательно соединенные блок выделения сигналов синхронизирующих меток эталонной станции, блок измерения интервалов времени коррекции, блок местной шкалы времени, выход которого соединен с информационным входом устройства местной шкалы времени, при этом блок выделения сигналов синхронизирующих меток эталонной станции соединен с выходом приемника и входом последовательно соединенных формирователя синхронизирующих меток времени эталонной системы, формирователя принятых синхронизирующих меток времени, являющийся формирователем кода коррекции, и блок вычисления приращения погрешности отсчетом за такт, другой вход которого соединен с выходом формирователя внутренней шкалы времени, а выход подключен к корректирующему входу устройства местной шкалы времени.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что формирователь внутренней шкалы времени выполнен в виде счетчика.

5. Система по п. 3, отличающаяся тем, что опорный генератор эталонной системы и разнесенных в пространстве РЭС выполнен в виде генератора атомного стандарта частоты, с относительной нестабильностью частоты около 10^-12.

6. Система по п. 3, отличающаяся тем, что опорный генератор эталонной системы и разнесенных в пространстве РЭС выполнен в виде стандартного кварцевого генератора.

7. Система по п. 3, отличающаяся тем, что формирователь синхронизирующих меток времени выполнен в виде формирователя радиоимпульсных сигналов с кодовой модуляцией, характерной для данной эталонной станции.