Устройство для сличения эталонов времени Советский патент 1992 года по МПК G04C11/02 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам для высокоточного сличения- шкал территориально разнесенных эталонов времени и частоты, а также может быть использовано в радионавигации и радиодальнометрии.

Известны устройства для сличения эталонов времени и радионавигации, в которых излучаются и принимаются когерентные радиоимпульсы ряда частот. Временное запаздывание принимаемых сигналов определяется путем измерения сдвига фаз принимаемых сигналов и собственных опорных генераторов.

Известны также устройства, в которых излучаются когерентные радиоимпульсы

одной частоты, временное положение которых грубо измеряется по огибающей импульсов, а точно - по фазе высокочастотного заполнения.

Недостатком устройств, в которых используются когерентные радиоимпульсы ряда частот, является неоднозначность измерений. Для устранения неоднозначности фазовых измерений на несущей частоте по огибающей импульса требуется сравнительно большое соотношение сигнал/помеха.

Общими недостатками приведенных устройств являются значительные погрешности, обусловленные нестабильностями времени распространения радиоволн, поскольку устройства работают с одностороню

ним излучением, и изменение задержек приемных устройств от амплитуд принимаемых сигналов.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для сличения шкал времени, в котором производится излучение и прием радиоимпульсных сигналов в каждом из сличаемых пунктов. Устройство содержит синхрогенератор, генератор радиоимпульсов, усилитель мощности, антенный коммутатор, антенну, приемник, дискриминатор, измеритель интервалов времени, устройство вывода информации. Сигналы от эталонов времени, обычно частоты 1 МГц и 1 Гц, поступают на входы синхрогенератора радиоимпульсов и к стартовому входу измерителя интервалов времени. Выход генератора радиоимпульсов соединен с входом усиления мощности, выход которого подключен к входу антенного коммутатора. Один из выходов коммутатора соединен с антенной, а второй - с входом приемника, который соединен по- следс ятельно с дискриминатором. Выход дискриминатора подключен к стоповому входу измерителя интервалов времени, а выход измерителя интервалов подключен к выводному устройству,

Недостатками этого устройства являются потери в точности, обусловленные вариацией задержек приемника при изменении амплитуд приходящих сигналов и недостаточно полным использованием потенциальной точности сигналов ввиду измерения временного положения по огибающей прямоугольных импульсов.

Цель изобретения - повышение точности сличения эталонов времени.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сличения шкал времени, содержащее последовательно соединенные синхрогенератор, вход которого является входом сигналов эталона времени, генератор радиоимпульса, усилитель мощности, антенный коммутатор, второй выход которого соединен с антенной, приемник, дискриминатор, измеритель интервалов времени, первый вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора, и устройство вывода информации, дополнительно введены блок формирования двухчастотного сигнала (ДЧС), первый, второй и третий входы которого соединены со- ответственно с выходом генератора радиоимпульсов, с вторым выходом синхрогенератора и с эталоном времени, а выход формирователя ДЧС соединен с входом усилителя мощности, канал приема ДЧС, состоящий из последовательно соединенных

первого переключателя, вход которого соединен с вторым выходом антенного коммутатора, а первый выход соединен с приемником, приемника ДЧС, второго переключателя, дискриминатора ДЧС, третьего переключателя, измерителя интервалов времени ДЧС, выход которого соединен с вторым входом устройства вывода информации, и генератор управляющих сигналов,

вход которого соединен с выходом дискриминатора, а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего переключателя, причем управляющий вход третьего переключателя объединен с управляющим входом приемника ДЧС, а третий вход формирователя -ДЧС объединен с гетеродинным входом приемника ДЧС.

Из теории оптимального обнаружения и

измерения параметров импульсных сигналов известно, что среднеквадратическая погрешность измерения временного положения сигналов зависит от соотношенил сигнал/помеха и от величины так называемой эффективной ширины спектра оЬф В случае ограниченной ширины спектра сигнала Afc его эффективная полоса зависит от формы спектра. Например, прямоугольного

импульса с длительностью ru 2/Дтс , величина ЈУэф ; у колокольного 3

импульса -- Иэф vSrAfc , у импульса с прямоугольным спектром - сьъф -.гДтс .

Наибольшим значением Одэф , а, следовательно наименьшей потенциальной погрешностью, обладает двухчастотный сигнал, у которого ОЦ) лДтс . Преимуществом ДЧС является также возможность применения принципиально более точных фазовых методов оценки временного положения,

На фиг.1 изображена структурнаясхема

устройства; на фиг.2 - блок формирования ДЧС; на фиг.З - приемник ДЧС; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для сличения эталонов времени содержит (фиг.1) последовательно соединенные синхрогенератор 1, генератор 2 радиоимпульса, формирователь 3 ДЧС, второй вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора 1, усилитель 4

мощности антенный коммутатор 5, первый выход которого соединен с антенной 6, переключатель 7, приемник 8, дискриминатор 9, измеритель 10 интервалов времени, второй вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора 1, последовательно соединенные приемник 11 ДЧС, сигнальный вход которого соединен с вторым выходом переключателя 7, переключатель 12, дискриминатор 13 ДЧС. переключатель 14, измеритель 15 интервалов времени ДЧС, устройство 16 вывода информации, первый вход которого соединен с выходом измерителя 10 интервалов времени. В состав устройства входит также генератор 17 управляющих сигналов, вход которого объединен с первым входом измерителя 10 интервалов и соединен с выходом дискриминатора 9, первый, второй и третий выходы генератора 17 соединены с управляющими входами переключателей 7, 12 и 14 соответственно, но управляющие входы приемника 11 ДЧС и переключателя 14 объединены. Объединенные третий вход формирователя 3 ДЧС, второй вход синхрогенератора 1 и гетеродинный вход приемника 11 ДЧС являются входом сигналов эталона времени, причем в состав формирователя 3 ДЧС входит сумматор 22 сигналов, выход которого является выходом формирователя 3 ДЧС. Первый вход сумма- тора 22 соединен с эталоном сигналов через последовательно соединенные генератор 18 нижней частоты ДЧС и модулятор 19. Второй вход сумматора 22 соединен с эталоном сигналов через последовательно со- единенные генератор 20 верхней частоты ДЧС и модулятор 21. Вторые входы модуляторов 19 и 21 соединены соответственно с первым и вторым выходом формирователя 23 модулирующих сигналов, входы которого являются входами сигналов эталона. Третий вход сумматора 22 является первым входом формирователя ДЧС, а в состав приемника 11 ДЧС входят последовательно соединенные преобразователь 24 частоты, второй вход которого соединен с выходом переключателя 29. Усилитель 25 промежуточной частоты и согласованный фильтр 26, первый и второй входы переключателя 29 соединены с гетеродинным входом приемника 11 ДЧС через гетеродин 27 нижней частоты и гетеродин 28 верхней частоты соответственно, а управляющий вход переключателя 29 является управляющим входом приемника-11 ДЧС.

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 23 модулирующих сигналов вырабатывает импульсы UMH и DMB (фиг.4, 30 и 31), являющиеся огибающими ам- плитуд элементов ДЧС. Эти импульсы подаются к управляющим входам соответствующих модуляторов 19 и 21, на сигнальные входы которых поступают гармонические колебания верхней и нижней боковых частот с генераторов 18 и 20, фазированных сигналов этапона (обычно 1 МГц). С генератора 2 радиоимпульсов, и модуляторов 19 и 21 через сумматор 22 сигналов на вход усилителя 4 мощности подаются три импульса (фиг.4, 32) иизл, следующие последовательно с интервалами не менее их длительности, имеющими частоты заполнения f0, tVi, fa. Импульсы ДЧС fH и fB имеют когерентные заполнения, синхронизированные по фазе с эталоном

UH(t) UMH

UB(T.) UMB Sin (Wet

В данной записи и на фиг.4 за начало отсчета времени приняты, например, секундные импульсы эталона. После усиления радиоимпульсы излучаются антенной 6. Излучение собственных сигналов и прием сигналов корреспондента осуществляют в каждом пункте, для чего пункты оснащаются идентичными комплектами аппаратуры.

Принимаемые сигналы, задержанные в среде распространения (фиг.4, 33, Unp), после прохождения антенного коммутатора поступают на вход переключателя 7. Этот переключатель в исходном положении обеспечивает подключение приемника 8 к первому выходу антенного коммутатора. После приема и фиксации временного положения первого импульса в момент времени Ti на выходе дискриминатора 9 появляется импульс {фиг 4, 33, идскр), который подается на генератор 17 управляющих сигналов и столовый вход измерителя 10 интервалов времени. Измеритель 10 интервалов времени, запускаемый синхрогенератором 1, производит измерение времени прихода первого импульса - Ti, которое завидит от времени распространения в среде tp и сдвига шкал AT

Ti tp ± AT.

Здесь знак + соответствует случаю, когда шкала времени в пункте приема опережает шкалу времени в пункте излучения, а знак - - наоборот. Оценка временного положения первого импульса производится по его огибающей. Генератор 17 управляющих сигналов вырабатывает импульсы Uyci, UyC2, Uyc3 (фиг.4,35,36 и 37, соответственно), предназначенные для управления переключателями 7, 12, 14, 29. Переключатели обеспечивают работу устройства в режиме приема,, обработки и измерения времени прихода ДЧС.

Импульс Uyci (фиг.4, 35) начинается до момента прихода первого импульс ДЧС и

заканчивается после окончания второго импульса ДЧС. Этот импульс обеспечивает подключение с помощью переключателя 7 сигнального приемника 11 ДЧС (преобразователя 24 частоты) к второму выходу антенного коммутатора в течение времени прихода элементов ДЧС. Таким образом, импульсы ДЧС проходят через последовательно соединенные преобразователь 24, УПЧ 25 и согласованный фильтр 26. Импульс Uyc2 (фиг.4, 36) начинается в интервале между приходящими первым и вторым импульсами ДЧС и заканчивается после окончания второго импульса ДЧС. Этот импульс управляет работой переключателей 14 и 29.

Переключатель 12 обеспечивает подключение гетеродина 27 fm к гетеродинному входу преобразователя 24 во время приема импульса ДЧС с нижней боковой частотой, а во время приема импульса ДЧС с верхней боковой частотой подключает гетеродина 28 к гетеродинному входу преобразователя 24.

Поскольку тн - IB - fro Тпч, а гетеродины синхронизированы по фазе с мес- тынм .талоном, принимаемые сигналы для ДЧС на выходе УПЧ можно написать в виде

UnpH(t) Упрн Sin СОпч t - (Он Tl)

UnPH sin УПЧ (t - - Ti);

Unpe(t) UnpB Sin Упч t - (lh Tl)

UnP8 sin «пч (t - Ti).

После прохождения согласованного фильтра 26 с помощью управляющих импульсов Uyc3 (фиг.4, 37), имеющих длительность больше длительности периода промежуточной частоты, переключателем производится временное стробирование не менее одного нулевого перехода в каждом из принимаемых импульсов в ДЧС. Дискриминатор 13 ДЧС осуществляет привязку к одному из нулевых переходов импульса тпрм и одному - импульса тпрв ивых (фиг,4, 40). Временное положение первого нулевого перехода с точностью до целого числа периодов промежуточной частоты составляШв

ет Т1н

LT1 uW1

второго - Tie

Шпч

Ti.

Подключение к стартовому входу измерителя 15 интервалов ДЧС первого импульса с выхода дискриминатора 13 ДЧС в момент TIH (фиг.4,39), а к стоповому выходу измерителя ДЧС второго импульса с выхода дискриминатора (в момент Tie) (фиг.4, 39)

обеспечивает переключатель 14, управляемый напряжением иусз (фиг.4, 37). Таким образом, измеритель 15 интервалов времени ДЧС производит измерение

Т1дчс TiB Tin

оь-ЦиТ1 г. г MI

иАпчТпч

где Af foe few - ширина спектра ДЧС.

Поскольку Af и Тпч известны, можно определить Т-|дчс. Измеренное в канале ДЧС значение Т1дчс является более точным, чем по огибающей первого импульса. Неоднозначность измерения Т1дчс по ДЧС устраняется с помощью однозначных, но более грубых измерений Ti по огибающей первого импульса. Ввиду неоднозначности Т1дчс измеритель 15 интероалов времени ДЧС имеет емкость, равную периоду 1

Тпч -

пч

Поскольку импульсы ДЧС прохо5

0

5

0

5

0

5

дят все тракты канала приема на одной и той же промежуточной частоте, а результат измерений получается путем вычитания моментов фиксации их временных положений, практически полностью устраняется влияние нестабильностей задержек приемного тракта на измерение Т-щчс, а, следовательно и TL По измеренным значениям Ti и Ттдчс в каждом из сличаемых пунктов определяется сдвиг шкал по известным алгоритмам, один из которых реализован s прототипе.

Входящие в состав устройства блоки реализуются с помощью современной схемотехники. Генераторы 18 и 20 верхней и нижней боковых частот, гетеродины 27 и 28 реализуются на основе схем синтезаторов с фазовой автоподстройкой частоты. Переключатели 7, 12, 14 и 29 выполняются на быстродействующих МСП транзисторах. Согласованный фильтр 26 выполняется в виде полосового или резонансного каскада с полосой, сопряженной с длительностью элемента ДЧС.

В качестве дискриминатора ДЧС используется быстродействующий компаратор, Сихрогенератор 1, формирователь 23 модулирующих сигналов и генератор 17 управляющих сигналов содержат счетчики, де- шифраторы состояния и триггеры. Измеритель интервалов времени представляет собой счетчик в старт-стопном режиме. Устройство вывода информации включает буферную память и согласующее устройство с ЦПМ.

Предлагаемое устройство позволяет более точно измерять временное положение принимаемых сигналов по сравнению с прототипом за счет применения двухчастотного измерительного сигнала с большей эффективной шириной спектра и устранения вли- яния нестабильностей задержек в приемном канале ДЧС.

Формула изобретения Устройство для сличения эталонов времени, содержащее синхрогеиератор, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора радиоимпульсов, а второй выход присоединен к стартовому входу измерителя интервалов времени, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный коммутатор и антенну, последовательно соединенные приемник и дискриминатор, выход которого соединен со стоповым входом измерителя интервалов времени, выход которого соединен с входом блока вывода информации, причем входы синхрогенерато- ра являются входами сигналов эталона времени, отличающееся тем, что, с целью повышения точности сличения эталонов времени, между вторым выходом синхрогене- ратора и входом усилителя мощности введен формирователь двухчастотного сигнала {ДЧС), к другому входу которого подключен выход

генератора радиоимпульсов, а между другим выходом антенного коммутатора и дополнительным входом блока вывода информации введены последовательно соединенные первый переключатель, приемник ДЧС, второй переключатель, дискриминатор ДЧС, третий переключатель и измеритель интервалов времени ДЧС, а также введен генератор управляющих сигналов, выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого переключателя, с управляющим входом второго переключателя и с соединенными между собой управляющими входами приемника ДЧС и третьего переключателя, вход генератора управляющих сигналов соединен с выходом дискриминатора, вход приемника соединен с другим выходом первого переключателя, а другой вход приемника ДЧС соединен с входом синхрогенератора.

В, у/7р.

Вх. ге/п.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам для сличения шкал территориально разнесенных эталонов времени. Для повышения точности сличения эталонов времени в устройство, содержащее канал формирования и излучения первого импульсного сигнала с частотой заполнения, равной частоте излучения, на передающей стороне введен блок формирования двухчастотного сигнала, а на приемной стороне, содержащей канал обработки и измерения временного положения первого сигнала, введен канал обработки и измерения временного положения двухчастотного сигнала, позволяющий уточнять временное положение первого сигнала за счет большей эффективной ширины спектра двухчастотного сигнала. Неоднозначность отсчетов двухчастотного сигнала устраняется с помощью первого сигнала. 4 ил. (Л

$&/Х.

Вх. сигм.

Фиг.З