Устройство для синхронизации часов по радиоканалу Советский патент 1993 года по МПК G04C11/02 

к четвертому дополнительному входу - 5ьгход счетчика.

2. Устройство по л. I, о т л и- чающееся тем, что радиопередатчик выполнен в виде последовательно соединеннь1Х первого амплитудного модулятора, фазосдвигакяцей Цепи, коммутатора, другой вход которого объединен с входом фазосдвигакяцей цепи, второго амплитудного модулятора, к другому входу которого подключен выход генератора и усилитель мощности, причем к управляющему входу коммутатора подключен выход элемента И, один из входов которого объединен с соответствующим входом первого амплитудного модулятора, при этом вход первого ампли-, тудного модулятора, первый я второй входы элемента И являются соответственно входами а выход усилителя мощности-вьгходом радиопередатчика.

.3. Устройство по п. 1, от л и- чающееся тем, что формирователь сигнала поправки шкалы времени йедущих часов содержит последовательно соединенные фантастрои, блок сравнения и инвертор, при этом к другому входу блшка сравнения под- ключe выход блока памяти через преобразователь код-напряжение, причем входы фантастрона н блока памяти и выход инвертора являются соответственно входами и выходом формирователя сигнала поправки шкалы времени,

4, Устройство по п.I, о т л и- чающееся тем, что дешифИзобретение относится к синхронизации часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени и навигации - в которых осуществляется передача сигналов точного времени для потребителей.

Целью настоящего изобретения является сокращение времени взаимной синхронизации.

На фиг, I представлена структурная схрма устройства дня стгхроми- зацин 4.Tf:oit по радиоканялу; на .

ратор сигнала поправки шкалы времени содержит последовательно соединенные фазовый детектор, элемент И, счетчик, дешифратор переполнения и триггер, к второму входу которого подключен второй вход счетчика непосредственно и через формирователь, импульсов - выход фазового детектора, а также дешифратор состояния, входы которого соединены с соотв т- ствующими выходами счетчика, причем входы фазового детектора и второй вход элемента И и выходы дешифратора состояния и триггера являются соответственно входами и выходами дешифратора сигнала поправки шкалы времени.

5. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем,что блок определения поправки шкалы времени содержит последовательно соединенные читатель, сумматор, цифроаналдговый преобразователь, блок сравнения, к второму входу которого подключен выход фантастрона, триггер и элемент И, к второму входу которого подключен выход генератора импульсрв, а также элемент памяти, .вход которого соединен со знаковым выходом вы- читателя, а выход - с вторым входом сумматора, причем первый и второй входы вычитателя и объединенные входы фантастрона и триггера, а также выходы элемента И и вычитателя являются соответственно входами и выходами блока определения поправки шкалы. времени.

фиг, 2, 3, 4 - варианты реализации ведущих и удаленных часов; на фиг. 5, 6, 7, 8и9- варианты вы- ,полнения радиопередатчика, формиро- 5 ватепя сигнала поправки шкалы времени, депшфратора сигнала поправки шкалы времени, блока определения поправки шкалы времени и регистратора временного параметра соответствен 0 но; на фиг. 10 и II вррмениь(е

диаграммы, попсняюпше рлботу устройства.

Уетройстро щ я синхронизанин час по радиоканалу содержит недупще час 1.1-1.п,удаленные часы 2 и 2.1-2,м, а также эталон 3 времени ИчЧастоты и транспортируемые атомные часы 4, причем каждые из п ведущих часов 1 содержат меру частоты 5, хранитель времени б, формирователь 7 частотно стабилизированного сигнала, радиопередатчик 8, формирователь 9 импульсного сигнала времени (ИСВ) и формирователь 10 сигнала поправки шкры времени (mUB), удаленные часы 2 содержат радиоприемник 11, регистратор I2 временного параметра (ВП), блок 13 определения поправки шкал времени (ШВ), меру частоты 14, фазовращатель 15, хранитель 16 времени, счетчик 17, формирователь 18 команд управления, блок 19 ввода координат, блок 20 определения расстояния, делитель 21, блок 22 сравнения фаз, блок 23 подстройки частоты, коммутатор 24, вычислительный блок 25 и дополнительный коммутатор 26, и каждьй из (т. удаленных часов 2 содержат радиоприемник 27 с антенной, регистратор 28 ВП, блок 29 ввода поправок, блок 30 памяти, блок 31 вычисления погрешности к местной ШВ, меру частоты 32, фазовращатель 33, хранитель времени 34, счетчик 35, дешифратор 36 сигнала ШВ, формирователь 37 команд управления и блок 38 ввода координат ведущих часов, при этом радиопередатчик содержит первый и второй амплитудные модуляторы 39 и 40, фа- зосдвигающую цепь 41, коммутатор 42 усилитель 43 мощности, элемент И 44 и генератор 45, формирователь 10 сигнала 1Ш1В содержит фантастрон 46, блок 47 сравнения, инвертор 48, блок 49 памяти и преобразователь 50 код - напряжение, дешифратор 36 сигнала П111В содержит фазовый детектор 51, элемент И 52, счетчик 53, дешифратор переполнения 54, дешифратор 55 состояния, формирователь 36 импульсов и триггер 57, блок определения поправки 13 ШВ содержит вычитатель 58, сумматор 59, цифро- аналоговый преобразователь 60, блок 6i сравнения, фаитастрон 62, триггер 63,элемент И 64,генератор 65 импульсов и элемент памяти 66, регистратор 12 ВП содержит первый и второй формирователи 67 и 68 меандр,

элемент I 69, делитель 70, счетчик 71, которые пpeдcтa iляavr co6oii фазо- вьй детектор 72, первьп и иторой дешифраторы 73 и 74 и блок 75 отобра- 5 ження информации.

Транспортируемые атомные часы 4 i сведенные по эталону 3 нременн и частоты (ЭВЧ), доставляются на удаленные часы 2, положение которых

10 относительно положения ведущих часов l.l-l.b известно, где подключаются к блоку 22 сравнения фаз, выполненному, например, в виде фазового детектора, на второй вход коJ5 торогсГ поступает сигнал с выхода фазовращателя 13. Результат сравнения поступает в блок 23 подстройки частоты, которьй по результату сравне ния воздействует на фазовращатель

20 3, вводя поправку в сиптпл, форми- руемьп мерой частоты.14. После этого осуществляется сеанс слнчеттия шкалы времени удаленных часов 2 со шкалами времени каждых из ведущих часов

5 1 .h по излучаемым радиосигналам.

Для этого по команде формирователя 18 радиоприе№1ик 1I удаленных часов 2 настраивается на частоту из0 лучения ведуп1их часов 1 .и , по которым осуществляется сеанс синхронизации, во время которого производится прием импульсньтх сигналов времени (например, секундных меток) и частотно-стабилизированных сигналов (фиг, I0,cj), при этом грубьй отсчет времени осуществляется относительно и myльcньtx меток, а точный - относительно частотно-стабилизированных колебаний. До начала сеанса по команде формирователя 18 обнуляется счетчик 17, а в регистраторе 12 ВП блок 75 отображения переключается в состояние, когда поступающая на

с его входы информация отображается в поле, отведенном дляп -ых ведущтх часов, и обнуляется счетчик 71.

Сигналы ь -ых ведущих часов, принятые антенной, усиливаются в прИ емнике 1I и детектируются и выделяется частотно-стабилизированный сигнал (фиг. 10,а ), который поступает на регистратор 12 ВП, после повторного детектирования из частотно-стабилизированного сигнала вмпе- ляется импульсный сигнал временной метки,(фиг. Ю,) который поступл- ет на счетчик 17 Передний фронт

0

0

импульсного сигнала определяет начало очередной секунды.

Метка времени удаленных часов 2 сформированная хранителем времени 16, поступает на счетчик 17 и переводит его в состояние, при котором на его вход поступают счетные импульсы с выхода меры частоты 14.

Импульсный сигнал часов 1.И, передный фронт которого определяет начало очередной секунды, пос .тупает на счетчик 17 и переводит его в состояние, при котором на его вход не поступают счетные импульсы с выхода меры частоты 14.

Счетчик 17 содержит информацию о величине грубого рассогласования временных шкал удаленных часов 2 и ведущих часов 1.н,, которая через де- Ьифратор 74 поступает на блок 75 отображения.

Фаза частртно-стабилизированного сигнала, принятого от ведущих часов 1 .vS фиксируется регистратором 12 ВП относительно фазы местного сигнала на выходе фазовращателя 15 при помощи фазового детектора 72. Для этого синусо1 дальные сигналы, поступающие на входы формирователей 67 и 68, преобразуются в меандры (фиг. П,а ,(5 ), которые поступают на входы элемента И 69, на другие входы которого поступают тактовые ; иьшульсы (фиг. n,fe ) и стробирую- щий импульс (фиг. 11 ,г ), длительность которого определяет число К периодов синусоидальных колебаний, после приема которого определяется величина разности фаз. Импульсы с выхода элемента И 69 (фиг. 11,А ) поступают на делитель 70, коэффициент деления которого равен К числу периодов синусоидальных колебаний, подвергаемых анализу. Импульсы с выхода делителя 70 поступают на счетчик 71, который определяет усредненное по К периодам синусоидальных колебаний значение разности фаз которое через дешифратор 73 регистрируется в блоке 75 отобр;юкения.

Затем формирователь 18 формирует команду, по которой блок I9 ввода координат вводит координаты положения удаленных часов 2 и ведущих часов I .н , по которым проводится сеанс, сли теиия и по которым блок 20 опоепелркия уясстоя1гчя вьгжсляет дгтину трассы распространения сигнала. В делителе 21 полученная величина преобразуется но временной параметр J путем деления длины трассы на скорость распространения электромагнитных колебаний и поступает на вход блока 13 определения поправки ШВ, в котором при помогли вычитателя 58 из

0 величины разности временных гакал, полученной в процессе сличения, вычитается зад,ержка на распространение и полученный результат преобразуется в последовательность импуль5 сов, которая поступает на сумматор 59, на другой вход которого из элемента памяти 65 поступает величина, равная половине максимально возможного расхождения шкал о С вы0 хода сумматора 59 сигнал через циф- роаналоговый преобразователь 60 поступает на блок 61 сравнения, на другой вход которого поступает ли- .нейно нарастающий сигнал с выхода

5 фантострона 62 (фиг. 11, ). Этот сигнал начинает формироваться по команде Передача на ь-е часы из формирователя 18 (фиг. П, е), которая вьщается после того, как значение

0 поправки регистрируется блоком 75 отображения регистратора 12 ВП.

Сигнал с формирователя 8 команд управления татсже устанавливает триггер 63 (фиг. 11, Э ) в такое положе5 ние, при котором через элемент И 64 проходят импульсы (фиг. 11,и ) от генератора 65 импульсов. Триггер 63 переводитс я в исходное состояние сигналом с выхода блока 61 сравнения.

Таким образом величина поправки и ее знак превращаются в число импульсов (фиг. 1 ,к ).

По команде ГТередача на -е часы из формирователя 19 дополнительный коммутатор 26 подсоединяет к выходу блока 13 определения поправки ШВ канал связи, соединяющий ведущие часы 1 . h с удаленными часами 2 , и на ведущие часы i.и передается поправка,. Ааналогично проводятся сеансы синхронизации с другими ведущими часами I.н.

На ведущих часах 1.1-.ь из сиг5

0

5

налов меры частоты 5 и хранителя времени 6 при помощи формиг ователя 7 формируется cv HycoHn;iribTfbn1 сигнал, поступающий я pnAHoiif p viaiMHK 8, С

Другого (Ul Хр.Ч ШТСЛЯ 6

11Л пхол формирователя 9 поступают сигналы секундных меток (фиг. ИЗ,Ь) которые нрчвязаиы к нуль-переходу частотно-стабнлизтфоваНной синусоиде На вьтоде формирователя 9 появляется и тульс (фиг. 10,г), норьтроваиньп по длительности, его передний фронт привязан к секундной метке. Управ- ляющин импульс с вьгхода формирователя 9 поступает на вход радиопередатчика 8, а именно на первый амплитудный модулятор 39, который в течение действия сигнала с выхода формирова- теля 9 увеличивает амплитуду колебаний частотно-стабилизированного сигнала. Управляющий импульс с выхода формирователя 9 поступает также на вход элемента И 4/4.

Секундная метка (фиг. 10,Ь ) с выхода хранителя времени б поступает также в форг-трователь 10 сигналов 11ШВ На вход фантастрона 46, который начинает формировать линей-- -но нарастающее напр5пкение (фиг. 10,А в момент поступления на его вход секундной метки времени. Выход фантастрона 46 соединен с блоком 47 сравнения, на другой вход которого поступает постоянное напряжение (фиг. 10,А) с выхода преобразователя 50 код- напряжение,

Величина этого напряжения прямо пропорциональна числу импульсов, хра нящемуся в блоке 49 памяти, куда они поступают по каналу связи от удаленных часов 2 . Число иютульсов характеризует расхождение шкал вре-. мени удаленных часов 2 и ведущих часов 1.h.

По превьш1ен1ш напряже}шя с выхода фантастрона 46 над напряжением с

выхода преобразователя 50 на выходе блока 47 сравнения формирует- ся сигнал (фиг. Г0,е), который через инвертор 48 (фиг. 10,) поступает на вход радиопередатчика 8, а именно на другой вход элемента И 44, на выходе которого формируется импульс (фиг. 10,j), длительность которого пропорциональна количеству импульсов хранящемуся в блоке 49 памяти, а его передний фронт привязан к секундной метке времени. Этот импульс поступает на коммутатор 42, который при отсутствии сигпа.па с. выхода элемента И 44 подключав: - к пходу

; 10 J5 20

25 30

35 0

5

втс рог с амплитудного модулятора (.1 непосредственно пыход п .-ршч о амплитудного модулятора 39, При сигнала на, выходе злемеитл И 44 коммутатор 42 подключает к входу второго амплитудного модулятора 40 выход первого амплитудного модулятора 39 через флзосдвгп ающую цепь 41, которая изменяет фазу сигнапа на 180° . В результате фор№ руетсл сигнал (за счет фазовой коммутации), д.питель ность которого пропорциональна величине и знаку поправки временной шкалы Ведущих часов 1.ь, относительно удаленных часов 2 (фиг. 10,а ), Сигнал с вьтхода коммутатора 42 во втором амплитудном модуляторе 40 переносится на несущую частоту, формируемую генератором 45, и, пройдя усилитель 43 мощности, излучается в эфир антенной (фиг. 10,6 ).

На удаленных часах 2.1-2.t-r тканы времени формируются с помощью сигналов меры частоты 32 в хранителе времени 34. Эти шкапы времени отличаются от шкалы времени эталона 3 времени- и частоты на ьсли ппгы , ,значение которых неизвестно. При неизвестный координатах положения удаленных часов 2, сеансы синхронизации производят не менее, чем с четырьмя ведущими часат-ш I .

Для этого по команде форшфовяте- ля 37 радиоприемник 11 удаленных часов z , настраивается на частоту излучепия ведущих часов l,h, по которым осуществлется сеанс синхронизации, во время которого производится прием импульсных сигналов времени, частотно-стабилизированных сигналов и сигналов поправки ШВ (фиг .10, ).

До начала сеанса по команде с формирователя 37 обнулягется счетчик 35, в регистраторе 28 ВП блок .75 отображения переключается в состояние , когда поступающая информация отображается в Поле, отведенном для ведущих часов, обнуляется счетчик 71.

Сигналы т -X ведутких часов, принятые антенной, усиливаются в приемнике 27, детектируются к ВЫДР- ляется частотно-стабилизированный сигнал (фиг, 10,а ), KOTopbrii поступает на регистратор 28 ВП и вход дешифратора 36 сигнала ПИВ. После повторного детектирования вьиге-inui

ся сигнал временной метки (фиг. Юг который поступает на счетчик 35,

Метка времени удаленных часов 2,М, передний фронт которой опреде- ляет начало очередной секунды, с выхода хранителя времени 34 поступает иа вход счетчика 35 и переводит его в состояние, при котором иа его вход поступают счетнь1е импуль сь8 с выхода меры частоты 32, .

Импульсный сигнал ведзпцих часов .hj передний фронт которого определяет начало очередной секунды, поступает на вход счетчика 35 и пе- реводит его в состояние, при котором на его вход не поступают счетные импульсы с выхода меры частоты 32,

Таким образом, в счетчике 35 содержится информация о величине гру- бого рассогласования временных шкал удаленных часов 2 и ведущих часов 1.ь, которая через депшфратор 74 поступает в блок 75 отображения регистратора 28 ВП.

Фаза частотно-стабилизированного сигнала, принятого от ведущих часов .н, фиксируется регистратором 28 ВП относительно фазы местного сиг нала на выходе фазовращателя 33 при помощи фазового детектора 72. Дпя этого синусоидальные сигналы преобразуются в формирователях 67 и 68 в меандры (фиг. 1I,а ,6) которые поступают на элемент И 69, на другие вхо- дй) которого поступают тактовые импульсы (фиг. И,Ь) и стробирующий импульс (фиг. П,г ), длительность которого определяет число К периодов синусоидальных колебаний, после при- ,ема которого определяется величина разности фаз. Импульсы с выхода элемента И 69 (фиг. 13, А) поступают на делитель 70, коэффициент деления которого равен К числу периодов сннусоидалът.гх колебаний, подвергаемых анализу, а затем на счетчик 71, который определяет усредненное по t периодам синусоидальных колебаний значение разности фаз. Состояние счетчика 71 через первый дешифратор 73 регистрируется блоком 75 отображения. Фаза сигнала, поступающего с вьгхода радиопередатчика 27 на вхо дешифратора 35, сравнивается в фазовом детекторе 51 с фазой опорного сигналя s поступающего на другой вхо от мррм 1агт гты 32 сличаемых мясов

S

0 5

5

2,ь через фазовращатель 33. На выходе фазового детектора 51 формируется импульс „ в дгп1тельности которого закод1фована информация о величине поправки и ее знаке (фиг, 10,и). По переднему фронту импульса (фиг. 10, и ) с выхода фазового детек.- тора 51 при помощи формирователя 56 импульсов формируется сигнал .(фиг, 10, к ), который обьгуляет счетчик 53 и триггер 57 знака. В течение действия импульса с выхода фазового детектора 51 через элемент И 52 .проходят счетные импульсы на вход счетчика 53, емкость которого равна половине числа счетных импульсов, проходящих на счетчик при максимальной длит€ льности импульса, несущего информацию о величине поправки.

Поправка закодирована следующим образом.

При положительной поправке длительность импульса изменяется прямо пропорционально величине поправки в пределах от О до «««с/ где Т максимальная длительность импульса, несущего информацию о поправке. При отрицательной поправке длительность и -шульса изменяется прямо nponopt o- нально величине поправки в пределах ОТ мвхс/а до Т,,„,. , В случае отрицательной поправки счетчик 53 переполняется, дешифратор 54 пеоополне- ния это фиксирует и переводит триггер 57 в единичное состояние. После переполнения счетчик 53 переходит в нулевое состояние и затем продолжает счет импульсов, проходящих через элемент И 52.

Таким образом, по окончании импульса с выхода фазового детектора 51 в счетчике 53.записывается число, отобр;5жа ощее величину поправки, а а триггере 57 - знак поправки. Эта информация поступает в регистратор 28.

Посше измерения грубого и точного значения рассогласования шкал времени удаленных часов 2.i-r относительно принятых радиосигналов от ведзтр Ж часов 1.н и расшифровки CHrHajaa поправки на смещение шкалы времени ведущих часов 1.и относительно эталона 3 времени и частоты посредством блока 22 яиода поправок вводят в значение рассогласования шкал времени удаленных чпсов 2.т

относительно принятых радиосигналов от ведунщх часов 1,п величину поправки на смещение шкгтлы времени ведущих часов I.и относительно эталона 3 времени и частоты, добан- ляя или пьгчитая последнюю величину из первой в -зависимости от знака. Полученная величина Т, и ее знак вводятся в блок 30 памяти.

Далее сеансы синхронизации осуществляются аналогично с другими ведупсими часами .н . Следовательно, в блоке 30 памяти поочередно зафиксир5 отся результаты Tj,...T , каждый из которых содержит систематическую ошибку местной шкалы времени ЛТ, которая представляет собой отклонение местной шкалы времени от шкалы эталона 3 Времени и частоты.

Величина вычисляется блоком 3I вычисления погрешности к местной шкапе на основании величин Т.,,Т хранящихся в блоке 30 памяти и к-оордннат положения ведущих часов l.f,..lh , хранящихся в блоке 38 ввода координат, и по команде из формирователя 37 результат фиксируется в блоке 75 отображения, Полученное значение используется, для коррекции местной времени с помощью фазовращателя 33.

Результаты сеансов синхронизащт с учетом значения величиШ) поправки к местной шкале времени йТ Кажд1 гй удаленных часов 2,ьп периодически

передаются по вспомогательному каналу связи на удаленные часы 2.1. Сеансы связи организуются так, что удаленные часы обслуживаются последовательно. На удаленных часах 2.1 .

информация от удаленных часов

2.1.., 2 hr, поступает через коммутатор 24 на вход вычислительного блока 25, в котором формируется усредненное значение Т, (Т ), например,

в виде среднезвешенного от поправки ДТ, Это значение используется для контроля синхронизащш ведущих часов 1 . к и удаленных часов 2 ir,, причем для контроля каждьсх ведущих часов I

,/Т,

h используется разность

; Ту / - Т с учетом попра вок, а для контроля каждых удаленных часов -. разность Тц/Ти/

т,

У , s которая сообщается из

ее удаленные часы 2.tn.

6

I t

i f

Фиг..

f.f i.f/

Фа-s. J

Фи1 fy

fpus.S

57

5

Фиг

1

3S

Фиг.в

™Л

л

ж

JL.

. //

vWf.

и.

Редактор Т. Янова.

Заказ 3083

-Составитель В. Бвдокнмооа Техред О.Сопко Корректор

Тирак .Подписное

ВНИИПИ Государственного коьштета СССР

по делам изобретений и П3035, Москва, , Раупгсхая каб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгоцюд, ул. Проектная, А

,ff

-Составитель В. Бвдокнмооа Техред О.Сопко Корректор М. Дёччик