Устройство для передачи частотно-временных сигналов Советский патент 1993 года по МПК G04C13/03 H04B15/02 

Ё

Устройство относится к области синхронизации разнесенных часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени для передачи эталонных частот и сигналов точного времени. Цель - повышение точности передачи сигналов времени. Устройство содержит задающий генератор 1, хранитель 2 времени, формирователь 3 опорной частоты, формирователь 4 пилот-сигнала, коммутатор 5 сигналов, блок 6 выделения огибающей, первый и второй фазовращатели 7, 8, формирователь 9 несущей частоты, модулятор 10, радиопередатчик 11, антенну 12, антенный трансформатор 13 тока, третий фазовращатель 14, компаратор 15, блок 16 управления, первый инвертор 17, первый и второй ключи 18,19, формирователь 20 сигналов времени,

00

со

ON Ю

первый делитель 21 частоты, первый и второй блоки 22. 23 задержки, перемножитель 24, второй делитель 25 частоты, формирователь 26 опорных сигналов, первый сумматор 27 по модулю два, третий блок 28 задержи, второй сумматор 29 по модулю два, интегратор 30, второй инвертор 31, третий ключ 32. Устройство позволяет повысить точность передачи сигналов времени с огибающей произвольной формы, за счет введения цепей фазовой автоподстройки излучаемых

Изобретение относится к технике синхронизации разнесенных часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени для передачи эталонных частот и сигналов точного времени.

Цель - повышение точности передачи сигналов времени.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства для передачи частотно-временных сигналов; на фиг.2-5- временные диаграммы его работы.

Устройство для передачи частотно-временных сигналов содержит задающий генератор 1, хранитель 2 времени, формирователь 3 опорной частоты, формирователь 4 пилот-сигнала, коммутатор 5 сигналов, блок 6 выделения огибающей, первый и второй фазовращатели 7, 8, формирователь 9 несущей частоты, модулятор 10, радиопередатчик 11, антенну 12, антенный трансформатор 13 тока, третий фазов- ращатель 14, компаратор 15, блок 1.6 управления, первый инвертор 17, первый и второй ключи 18,19, формирователь 20 сигналов времени, первый делитель 21 частоты, первый и второй блоки 22, 23 задержки, перемножитель 24, второй делитель 25 частоты, формирователь 26 опорных сигналов, первый сумматор 27 по модулю два, третий блок 28 задержи, второй сумматор 29 по модулю два. интегратор 30, второй инвертор 31, третий и четвертый ключи 32, 33.

Устройство для передачи частотно-временных сигналов работает следующем образом.

Сигнал задающего генератора 1 поступает через второй фазовращатель 8 на формирователь 9, где формируется колебание несущей частоты. При подаче на управляющий вход модулятора 10 постоянного потенциала непрерывный сигнал поступает с модулятора 10 на вход радиопередатчика 11 и излучается антенной 12. С вывода обмотки

сигналов времени относительно опорного сигнала, синхронизированного импульсами хранителя времени и автоматически сфазированного по результатам пилотирования блока выделения огибающей радиосигнала. Автоматическая подстройка фазы несущей частоты во время излучения импульсной части программы исключает погрешности стабилизации огибающей, вызванные слоями фазы несущей частоты. 5 ил.

антенного трансформатора 13, индуктивно связанного с антенной 12, излучаемый сигнал поступает на сигнальный вход компаратора 15, на опорный вход которого подается

5 опорный сигнал той же частоты с формирователя 3 опорной частоты. Опорный сигнал формируется из частоты задающего генератора 1, поступающей на один вход, и синхронизируется импульсами хранителя 2

10 времени, поступающими на другой вход формирователя 3. При наличии фазового рассогласования излучаемого и опорного колебаний вырабатываются сигналы, поступающие на управляющие входы второго фа15 зовращателя 8 через открытый ключ 33. Под действием сигналов рассогласования фаза регулируется на то значение фазового сдвига, которое получает сигнал при прохождении по цепям формирования до выхода с

0 антенны 12. По окончании регулировки фаза излучаемого сигнала равна нулю.

Во время излучения непрерывной частоты производится пилотирование блока 6 выделения огибающей, представляющего

5 собой синхронный детектор с фильтром нижних частот, путем подачи пилот-сигнала с формирователя 4 через коммутатор 5 сигналов на сигнальный вход блока 6. В формирователе 4 пилот-сигнала высокочастотное

0 колебание, поступающее с формирователя 3 опорной частоты, модулируется сигналом прямоугольной формы со скважностью два (меандром), поступающим с второго выхода хранителя 2 времени на управляющий вход

35 формирователя 4 (фиг.2,6). Задержка сигнала в формирователе 4 равна нулю, поэтому пилот-сигнал синхронизирован со шкалой хранителя 2 времени (фиг.2,а). С выхода блока 6, на опорный вход которого поступает

40 высокочастотный сигнал с формирователя 3 опорной частоты задержанная (из-за наличия в блоке 6 фильтра нижних частот) огибающая пилот-сигнала (фиг.2,в) поступает на первый сумматор 27 по модулю два. На др у- 35

гой вход сумматора 27 подается с формирователя 26 опорный сигнал (фиг.2г), сформи- рованный из импульсов делителя 25 частоты. Под действием сигнала блока 16, поступающего на управляющий вход формирователя 26, при пилотировании формируется меандровый опорный сигнал с частотой, равной частоте огибающей пилот- сигнала. Фаза опорного сигнала может изменяться первым фазовращателем 7.

Ключ 32 на выходе первого сумматора 27 по модулю два и инвертора 31 управляется выходным сигналом второго сумматора 29 по модулю два, на входы которого поступают опорные сигналы с выхода формирователя 26 и с третьего блока 28 задержки. Величина задержки опорного сигнала в блоке 28 равна длительности элементарной посылки или половине периода.

При сложении по модулю два основного (фиг.2,г) и задержанного на полпериода (фиг.2,д) меандровых сигналов на управляющем входе третьего ключа 32 существует единичный (отпирающий) потенциал (фиг.2,е), поэтому прямой (фиг.2,ж) и инверсный (фиг.2,з) результаты сложения в первом сумматоре по модулю два огибающей пилот-сигнала (фиг.2,в) и опорного сигнала (фиг.2,г) поступают через открытый ключ 32 на интегратор 30, который обнуляется по установочному входу фронтами опорного сигнала (фиг.2.г). В интеграторе 30 определяется среднее за период значение результата сложения и формируются сигналы рассогласования, поступающие на входы ключей 18, 19. Ключи управляются блоком 16 управления путем подачи на управляющие входы прямого и инверсного потенциалов. В режиме пилотирования ключ 19 заперт, а ключ 18 открыт, и сигналы рассогласования поступают с интегратора 30 на управляющие входы первого фазовращателя 7. На диаграмме фиг.2.г опорный сигнал находится в промежуточном положении, когда подстройка его не закончена. Соответствующие сигналы рассогласования на первом выходе интегратора 30 показаны в виде импульсов отрицательной полярности с точкой (фиг.2,и). Под действием импульсов, поступающих на первый управляющий вход фазовращателя 7, опорный сигнал сдвигается влево до положения равновесия (фиг.2,к), при этом среднее значение суммы прямого (фиг.2,л) и инверсного (фиг.2,м) сигналов в интеграторе 30 становится равным нулю (фиг.2,н), и подстройка опорного сигнала заканчивается.

При смешении опорного сигнала левее положения равновесия сигналы рассогласования возникают на втором выходе интегратора 30 и поступают на второй управляющий вход фазовращателя 7 для сдвига опорного сигнала вправо.

По окончании излучения непрерывной частоты по сигналу с блока 16 управления ключ 18 запирается и пилотирование блока 6 выделения огибающей заканчивается. Опорный сигнал фиксируется в положении равновесия (фиг.2,к), при этом фронт опар0 кого сигнала опережает установочный импульс (фиг.2,а) на половину длительности элементарной посылки за вычетом задержки огибающей пилот-сигнала в блоке выделения огибающей.

5 При излучении импульсных сигналов времени к сигнальному входу блока 6 выделения огибающей с помощью коммутатора 5 сигналов подключается вывод обмотки антенного трансформатора 13.

0 Одновременно выходы интегратора 80 через второй ключ 19 подключается к управляющим входам третьего фазовращателя 14. Компенсация рассогласования фаз« относительно опорного сигнала ведется путем

5 сдвига модулирующего сигнала на управляющем входе модулятора 10. Сигналы времени (фиг.З.в) формируются из импульсов делителя 21 частоты задающего генератора 1, поступающей на вход делителя 21 частоты

0 через третий фазовращатель 14. Опорный сигнал во время излучения импульсной части программы формируется по тому же закону, что и сигналы времени в формирователе 20, т.е. опорный сигнал

5 представляет собой копию огибающей сигналов времени (фиг.З.д). Первоначальное совмещение излучаемого и опорного сигналов в пределах длительности элементарной посылки производится установкой форми0 рователей 20 и 26 импульсами хранится времени. Дальнейший едвиг излучаемой сигнала осуществляется с помощью цепи фазовой автоподстройки.

Синхронизирующие имлу/гьеы ан -.

5 ля 2 временц фиг.З.а) поступают wa форм - рователь 20 через второй блок 22 задержки. В результате установки задержанными пульсами (,б) сигналы времени наeih ходе формирователя 20 не могут сместиться ,

0 под действием команд на управляющих входах фазовращателя 14 более чем на период, выходного сигнала делителя 21 частоты тл. на длительность элементарной посылки. При сложении в первом сумматоре 27

5 по модулю два опорного сигнала и -выде ей- ной в блоке 6 огибающей на выходе первого сумматора 27 образуется суммарный сигнал, который непосредственно и через Эфрон инвертор 31 поступает на третий ключ 32. Стробирующие импульсы (стробы огиба

71818619 8

ющей) на управляющем входе третьего клю-Для подстройки фазы несущей частоты

ча 32 (фиг.З.д) образуются сложением пово время излучения импульсных сигналов

модулю два основного (фи г.З.д) и задержан-времени выходные сигналы формирователя

ного на длительность элементарной посыл-20 поступают, помимо управляющего входа

ки (фиг.З.ж) опорного сигнала. Стробы5 модулятора 10, на перемножитель 24 сигнаогибающей (фиг.З.з) открывают ключ 32 по-лов. На другой вход перемножителя 24 сигсле каждого фронта и спада опорного сигна-налы времени поступают после задержки в

ла (фиг.З.д) на время длительностиблоке 23 на половину длительности элеменэлементарной посылки, при этом исключа-тарной посылки (фиг.З.п). Выходной сигнал

ются последующие участки сигнала, не со-10 перемножителя 24 (фиг.З.р) отпирает ключ

держащие перепада, т.е. не несущие33 для прохождения команд с компаратора

информации о сдвиге огибающей.15 на фазовращатель 8 через половину длиЛоложение излучаемых сигналов изме-тельности элементарной посылки (за выченяется под действием команд с интеграторатом задержки сигнала в передатчике) после

30, поступающих через открытый второй15 появления фронта сигнала на остальное

ключ 19 на третий фазовращатель 14. Навремя существования импульса (за вычетом

диаграмме (фиг.З.г) показана задержаннаятой же величины). При стробировании ков блоке 6 огибающая сигналов времени вманд исключаются участки радиосигнала,

произвольном положении перед началом еегде имеют место переходные процессы на

автоподстройки, а на фиг.З.е - соответству-20 фронтах импульсов.

ющий результат сложения ее по модулю дваВеличина задержки импульсов в блоке

с неподвижным опорным сигналом22, синхронизирующих формирователь 20

(фиг.З.д). Среднее значение результата в ин-сигналов времени, приближенно определятеграторе 30 за интервал времени междуется как разность между половиной длиобнуляющими импульсами (фронтами опор-25 тельности элементарной посылки и

ного сигнала (фиг.З.д)) отрицательно, поэто-задержкой сигнала в передатчике, при этом

му сигналы рассогласования появляются напредполагается, что задержка в передатчивтором выходе интегратора 30. Эти сигналыке не превышает половины длительности

изображены в виде импульсов отрицатель-элементарной посылки. Диаграммы фиг.З

ной полярности с точкой (фиг.З.и). Посколь-30 иллюстрируют случай подстройки сигнала с

ку второй выход интегратора 30 соединенпромежуточной величиной задержки в перечерез второй ключ 19 с первым управляю-датчике и соответствующей задержкой синщим входом третьего фазовращателя 14, тохронизирующих импульсов в блоке 22

под действием сигналов рассогласованиязадержки.

(фиг.З.и) на первом управляющем входе фа-35 На фиг.4.5 приведены диаграммы рабо- зовращателя 14 огибающая сигналов време-ты устройства для двух крайних случаев: ни смещается вправо до положениямаксимальной задержки в передатчике устойчивого равновесия, совпадающего на(фиг.4) и нулевой задержки (фиг.5). Послед- выходе блока б (фиг.З.м) с положением пи-ний случай имеет место также при настрой- лот-сигнала (фиг.2.в). Сигнал - на выходе40 ке устройства без передатчика, т.е. при сумматора 27 по модулю два в равновесномнепосредственном подключении выхода положении огибающей показан на фиг.З,н.модулятора 10 к коммутатору 5 сигналов. В положении равновесия среднее значениеВыбор задержки блока 22 имеет значение числа в интеграторе 30 равно нулю (фиг.З.о).для быстрого захвата цепи автоподстройки при этом сигналы на выходе трэнсформато-45 сигналов времени с произвольной огибаю- ра 13 тока и, следовательно, излучаемыещей.

сигналы (фиг.З.л) синхронизованы с импуль-При задержке в передатчике равной посами хранителя времени (фиг.З,а), а сигналыловине элементарной посылки (фиг.4,в) зана выходе формирователя 20 (фиг.З.к) one-держка импульсов хранителя 2 времени

режают импульсы хранителя 2 времени и50 (фиг.4,а) в блоке 22 равна нулю (фиг.4,б). В

излучаемые сигналы на время задержки вположении равновесия фронты опорного

тракте радиопередатчика 11. сигнала (фиг.4,д) опережают фронты огибаПерекрестное включение выходов ин-ющей на выходе блока 6 выделения огибаю- тегратора 30 и третьего фазовращателя 14щей (фиг.4,г), а импульс установки (фиг.4,б) по сравнению с прямым подключением вы-55 находится в середине элементарной посыл- ходов интегратора 30 к управляющим вхо-ки, задающей начало циклического кода дам первого фазовращателя 7 объясняетсявремени на выходе формирователя 20 сиг- тем, что опорный сигнал и огибающая приналов времени. В качестве кода выбрана пилотировании и излучении сигналов вре-последовательность единиц и нулей, следу- мени меняются местами.ющих по закону 1110001001. На фиг.4, 5

элементарные посылки в начале циклического кода в огибающих сигналов времени и в опорном сигнале выделены пунктирными линиями внутри посылок.

При максимальном смещении подстраиваемого сигнала на выходе формирователя 20 сигналов времени на полпосылки влево (фиг.4,ж) или вправо (фиг.4,и) от установочного импульса (фиг.4,6), ограничивающего в этих пределах смещение подстраиваемого сигнала, имеет место соответственно полное совпадение или несовпадение огибающей на выходе блока б (фиг.4,з) или (фиг.4,к) и опорного сигнала (фиг.4.д).

При нулевой задержке в передатчике (фиг.5) задержка импульсов хранителя 2 времени (фиг.5,а) в блоке 22 равна половине длительности элементарной посылки (фиг.5,б). В положении равновесия выходного сигнала блока б выделения огибающей (фиг.5,г) относительно опорного сигнала (фиг.5,д) установочный импульс (фиг.5,б) также находится в середине элементарной посылки, задающей начало циклического кода времени на выходе формирователя 20 (фиг.5,в). При смещении подстраиваемого сигнала на полпосылки влево (фиг.5,ж) или вправо (фиг.5,и) соответствующие выходные сигналы (фиг.Б.з) или (фиг.5,к) блока 6 выделения огибающей так же, как и на диаграммах фиг.4, полностью совпадают либо не совпадают с опорным сигналом (фиг.5,д). В обоих случаях (фиг.4, 5) несовпадение опорного сигнала и огибающей на выходе блока 6 не превышает длительности элементарной посылки. Поскольку время накопления результатов суммирования в интеграторе 30 определяется неподвижными стробами огибающей (фиг.4,е; 5,е), при больших сдвигах огибающей сигналы рассогласования будут поочередно появляться при обнулении интегратора фронтами опорного сигнала на противофазных выходах интегратора 30, что приведет к флуктуациям неподстроенного сигнала вдали от положения устойчивого равновесия и увеличению .времени вхождения в синхронизм.

Формула изобретения

Устройство для передачи частотно-временных сигналов, содержащее модулятор, первый, второй и третий фазовращатели, последовательно соединенные задающий генератор, хранитель времени, формирователь опорной частоты, формирователь пилот-сигнала, коммутатор сигналов и блок выделения огибающей, а также формирователь несущей частоты, блок управления, выход которого подключен к управляющим входам формирователя сигналов времени и коммутатора сигналов, радиопередатчик с

антенной и антенным трансформатором тока, один из выводов обмотки которого подключен к сигнальным входам коммутатора сигналов и компаратора, а второй вывод об5 мотки антенного трансформатора тока соединен с шиной Земля, при этом второй и третий выходы хранителя времени подключены соответственно к управляющему входу формирователя пилот-сигнала и первому

10 входу блока управления, к второму входу которого подключен первый выход хранителя времени, а выход формирователя опорной частоты подключен к опорным входам компаратора и блока выделения огибаю5 щей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности передачи сигналов времени, введены первый, второй, третий и четвертый ключи, первый и второй делители частоты, первый и второй инверторы, пер0 вый и второй сумматоры по модулю два, интегратор, первый, второй и третий блоки задержки и перемножитель, выход которого подключен к управляющему входу четвертого ключа, к первому и второму входам кото5 рого подключены соответственно первый и второй выходы компаратора, а первый и второй выходы четвертого ключа подключены соответственно к первому и второму управляющим входам второго фазовращателя,

0 выход которого через последовательно соединенные формирователь несущей частоты и модулятор подключен к входу радиопередатчика, при этом выход задающего генератора подключен к второму входу

5 формирователя опорной частоты и к сигнальным входам первого, второго и третьего фазовращателей, причем первый и второй выходы первого ключа подсоединены соответственно к первому и второму управляю0 щим входам первого фазовращателя, выход которого через второй делитель частоты подключен к сигнальному входу формирователя опорного сигнала, к установочному входу которого подключен первый выход

5 хранителя времени, а выход блока управления подсоединен к управляющим входам второго ключа, формирователя опорных сигналов и через первый инвертор к управляющему входу первого ключа, к первому и

0 второму входам которого и через второй ключ к второму и управляющим входам третьего фазоврэщателя подключены соответственно первый и второй выходы интегратора, к первому и второму входам

5 которого подключены соответственно первый и второй выходы третьего ключа, при этом выход формирователя опорных сигналов подключен к установочному входу интегратора, к первому входу первого сумматора по модулю два, к второму входу

второго сумматора по модулю два и через третий блок задержки к первому входу второго сумматора по модулю два, выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, к первому и второму входам которого непосредственно и через второй инвертор подключен выход первого сумматора по модулю два, к второму входу которого подключен выход блока выделения огибающей, при этом выход третьего фазов шдджшлщцшжи:

и Мялшижгтл оля

5W

ращателя через первый делитель частоты подключен к входу формирователя сигналов времени, к установочному входу которому через первый блок задержки подключен первый выход хранителя времени, а выход формирователя сигналов времени подключен к управляющему входу модулятора и через второй блок задержки к первому входу и непосредственно к второму входу перемножителя.

I

Фиг..З

Л

SL ИИ..III, Г

а

ж

TLJ L.

КУ

™П L

я«. /

« г i

и

I I

I I

К.

I I

Т

i i

L.

-J itL.