СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ ПО РАДИОКАНАЛУ Советский патент 2007 года по МПК H04L7/02 G04C13/02 

Изобретение относится к области синхронизации пространственно-разнесенных часов по эталонным радиосигналам времени.

Целью настоящего изобретения является повышение точности синхронизации.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема системы синхронизации часов по радиоканалу, а на фиг.2, 3, 4 - варианты выполнения ключей, программного блока и формирователя управляющих сигналов.

Система синхронизации часов по радиоканалу содержит N объектов ведущих часов 1₁÷1_N, N объектов удаленных часов 2₁÷2_N и объект центральных часов 3, при этом в состав ведущих часов 1 входят опорный генератор 4, блок эталона времени 5, формирователь 6 сигналов времени, радиопередатчик 7, блок памяти 8 и программный блок 9, в состав удаленных часов 2 входят опорный генератор 10, блок эталона времени 11, измеритель 12 разности времени и радиоприемник 13, а в состав объекта центральных часов 3 входят опорный генератор 14, блок эталона времени 15, измеритель 16 разности времени, радиоприемник 17, первый блок вычисления поправок 18, первый блок памяти 19, первый блок сравнения 20, формирователь 21 сигнала ввода поправок, первый ключ 22, блок определения хода часов 23, формирователь 24 управляющих сигналов, второй ключ 25, второй блок вычисления поправок 26, второй блок памяти 27, второй блок сравнения 28, формирователь 29 групповой поправки и коммутатор 30, а также линия связи 31 и вспомогательные каналы связи 32₁-32_N, причем ключи 22 и 25 выполнены на элементе И-НЕ 33,в состав программного блока 9 входят дешифратор 34, элемент И 35, ключ 36, генератор 37 тактовых импульсов, преобразователь кода 38, первый и второй регистры 39 и 40, а в состав формирователя 24 управляющих сигналов входят блоки вычитания 41, 42, блоки квантования 43, 44, преобразователь кода 45, сумматоры 46₁-46_n+1, блок умножения 47, блоки задержки 48₁-48_n, генератор 49 тактовых импульсов и элемент ИЛИ 50.

Система синхронизации часов по радиоканалу работает следующим образом.

Из сигналов опорного генератора 4 с помощью блока эталона времени 5 формируется шкала времени ведущих часов 1. По ее сигналам посредством формирователя 6 образуются сигналы времени ведущих часов, пригодные для передачи по радиоканалу (например, частотно-стабилизированный синусоидальный сигнал и импульсные метки времени, М - последовательность и т.п.). Эти сигналы с помощью радиопередатчика 7 излучаются в эфир и принимаются потребителями. На центральных и удаленных часах 3 и 2₁÷2_N производится прием сигналов времени с помощью радиоприемников 17 и 13 и подача их на сигнальный вход измерителей 16 и 12 разности времени. Из сигналов опорных генераторов 14 и 10 с помощью блоков 16 и 11 на центральных и удаленных часах 3 и 2 формируются местные шкалы времени, сигналы которых поступают на другой вход измерителей 16 и 12 соответственно, где определяется временное расхождение

принятых сигналов ведущих часов 1 и сигналов местной шкалы времени с учетом задержки сигналов на время их распространения от часов 1 до часов 2 и 3. Значения Δ(Y_i, B), Δ(ЦЧ, В) принимаются за поправки и вводятся в блок эталона времени 11 удаленных часов 2 для совмещения их шкал со шкалой ведущих часов. При последующих сеансах синхронизации-приема сигналов от ведущих часов на часах 2, 3 также производится измерение значений Δ(Y_i, В) Δ(ЦЧ, В). Результаты измерений от удаленных часов 2 по мере их получения передаются с помощью каналов связи 32₁-32_N на коммутатор 30 центральных часов 3, который производит их последовательную передачу на блок вычисления поправок 18 и формирователь 29 групповой поправки. Результаты измерений от центральных часов 3 подаются на эти блоки непосредственно. При получении результатов от всех удаленных часов 2 за определенный интервал, например, за сутки, с помощью формирователя 29 вырабатывается групповая поправка Δ гр, например, как средневзвешенное из значений Δ(Y_i, В), Δ(ЦЧ, В),которая характеризует групповую шкалу времени системы. С помощью блока вычисления поправок 18 по сигналам групповой поправки и результатам Δ(Y_i, В) определяются поправки Δ(Г_Yi)=Δгр-Δ(Y_i, B) к шкале времени каждых удаленных часов 2 относительно групповой шкалы времени системы, по величине которых можно судить о степени синхронизации часов 2. Значения поправок Δ(Г_Yi) записываются в блок памяти 19. По мере поступления данных в блок памяти 19 результаты Δ(Г_Yi) выбираются в блок сравнения 20, где производится определение разности двух соседних значений [Δ(Г_Yi)_n-Δ(Г_Yi)_n-1] для каждых удаленных часов 2 и сравнения ее с порогом, величина которого устанавливается исходя из допустимого расхождения шкал времени удаленных часов 2 между собой. Значения групповой поправки по мере их формирования поступают также в блок вычисления поправок 26, в который поступают результаты Δ(ЦЧ, B) от измерителя 16 центральных часов 3, принимаемые за исходные для определения положения шкалы ведущих часов 1. С помощью блока вычисления поправок 26 производится определение поправок Δ(Г_В)=Δгр-Δ(ЦЧ, В) шкалы времени ведущих часов 1 относительно групповой шкалы времени системы значения поправок Δ(Г_В) записываются в блок памяти 27 и через ключ 22 - блок определения хода часов 23, с помощью которого устанавливается изменение во времени положения шкалы времени ведущих часов 1 относительно групповой шкалы, например, в виде закона типа

где a₀, a₁ - коэффициент линейного уравнения хода часов.

При этом на основании ряда данных Δ(Г_В)_n, поступающих в процессе работы системы, в блоке определения хода часов 23 производится определение поправок шкалы времени ведущих часов 1 на интервале времени в соответствии с законом изменения шкалы времени ведущих часов, например, в виде

где Δ(Г_В)_n+1 - поправка ведущих часов в момент времени t₂,

(Г_В)_n - поправка ведущих часов в момент времени t₁:(t₁<t₂).

Данные о ходе ведущих часов 1 в виде поправок (формула (3)) поступают на формирователь 24 управляющих сигналов, с помощью которого образуется программа управления шкалы времени ведущих часов 1 для совмещения ее с групповой шкалой системы. Эта программа содержит необходимые значения поправок, которые следует ввести в шкалу времени ведущих часов 1, и моменты их ввода на интервале между двумя смежными сеансами синхронизации на центральных часах 3, а также на более длительном интервале, величина которого определяется, например необходимым временем для восстановления отказов в линиях связи 32. Сигналы программы управления поступают через ключ 25 и линию связи 31 (например, командно-программную линию связи с ИСЗ, телефонный, телеграфный каналы и т.д.) в блок памяти 8 ведущих часов 1, где производится их запоминание и передача на программный блок 9, который представляет собой управляемый коммутатор, на сигнальный вход которого поступают значения поправок с кодом момента их ввода, а на управляющий вход подается код времени от блока эталона времени 5. При совпадении кода времени ведущих часов 1 с кодом момента ввода программный блок 9 транслирует поправку из блока памяти 8 в блок эталона времени 5, шкала которого при введении поправки совмещается с групповой шкалой времени системы. Таким образом, сигналы, излучаемые радиопередатчиком 7 часов 1 и принимаемые часами 2, 3, оказываются синхронизированными с групповой шкалой. Поправка на шкалу времени удаленных часов 2Δ(Y_i, В), полученная в измерителе разности времени 12, может быть непосредственно введена в блок эталона времени 11. Тем самым достигается автономность синхронизации удаленных часов 2 и повышение ее точности, так как сигналы времени ведущих часов 1 совмещены с точной и надежной групповой шкалой. Кроме того, отсутствует инерционность управления, присущая централизованной передаче поправок. Текущие значение поправок ведущих часов 1Δ(Г_В)_n поступает также на блок сравнения 28, на который из блока памяти 27 выбирается предыдущее значение Δ(Г_В)_n-1. С помощью блока сравнения 28 вычисляется значение разности поправок [Δ(Г_В)_n-Δ(Г_В)_n-1] и сравнение ее с порогом, величина которого определяется исходя из допустимого расхождения шкалы времени ведущих часов 1 и групповой шкалы. Результат [Δ(Г_В)_n-Δ(Г_В)_n-1] с блока сравнения 28, а также результат [Δ(Г_Yi)_n-Δ(Г_Yi)_n-1] с блока сравнения 20 поступают на формирователь 21 сигнала ввода поправок, где выносился решение о качестве измерения расхождения шкалы времени ведущих часов 1 относительно групповой шкалы. При этом если для большинства удаленных часов 2 величина [Δ(Г_Yi)_n-Δ(Г_Yi)_n-1]_{не превышает порог (это означает, что удаленные часы 2 синхронизированы с групповой шкалой времени) и величина [Δ(ГВ)n-Δ(ГВ)n-1] также не превышает порог (что соответствует правильному измерению на центральных часах 3 и синхронизму часов 1), то на выходе формирователя 21 формируется сигнал, разрешающий поступление очередного результата (ΔГВ) через ключ 22 в блок определения хода часов 23. Если величина [Δ(ГYi)n-Δ(ГYi)n-1] для большинства часов 2 не превышает порог, а величина [Δ(ГВ)n-Δ(ГВ)n-1] больше порога (что соответствует ошибке в измерении на центральных часах 3 либо их сбою), то сигнал с выхода формирователя 21 запрещает запись через ключ 22 текущего результата в блок определения хода часов 23.}

Если величины [Δ(Г_Yi)_n-Δ(Г_Yi)_n-1] и [Δ(Г_В)_n-Δ(Г_В)_n-Δ(Г_В)_n-1] превышают пороги, то это означает либо выход за пределы допуска синхронизации большинства удаленных часов 2, либо приближение шкалы времени ведущих часов к максимально допустимой величине вхождения с групповой шкалой системы.

С выхода блока памяти 19 на другой вход формирователя 21 поступают текущие значения Δ(Г_Yi)_n. При этом если величина Δ(Г_Yi)_n меньше допустимой величины для большинства часов 2, то групповая шкала времени системы сохраняется. Соответствующий сигнал с выхода формирователя подается на ключ 25 и разрешает ввод управляющих сигналов от формирователя 24 на ведущие часы 1.

При выходе из строя линий связи 32 информационный поток результатов от удаленных часов 2 снижается.

Если Δ(Г_Yi)_n и превысит допустимый порог в формирователе 21, то групповая шкала времени, характеризующаяся текущим значением групповой поправки Δ гр, в значительной степени утратила свойства надежности и повышенной точности, а измерение положения шкалы ведущих часов 1 относительно групповой поправки и управления шкалой часов 1 приведет к последующим ошибкам синхронизации удаленных часов между собой. В этом случае формирователь 21 формирует сигнал, подаваемый на ключ 25 и запрещающий выдачу управляющих сигналов на ведущие часы 1 до получения достоверной и точной информации от удаленных часов 2. Однако групповая шкала времени на ведущих часах 1 сохраняется за счет введенных ранее управляющих сигналов. При этом программный блок 9 на часах 1 производит управление блоком эталона времени 5 по долговременным данным, заложенным в блок памяти 8, на предыдущем сеансе связи (управления). Таким образом, ведущие часы 1 передают сигналы более стабильной и равномерной групповой шкалы по ее с прогнозированным значением, а прием этих сигналов на удаленных часах 2 и непосредственный ввод поправок в блок эталона времени 11 обеспечивает совмещение шкал времени часов 2 с высокой точностью и без линий связи 32.

В случае невосстанавливаемого нарушения всех линий связи 32 данные от коммутатора 30 на входы блоков 18 и 29 не поступают. Однако повышенная точность синхронизации часов 2 сохраняется, так как при этом из формирователя 29 в блок вычисления поправок 26 поступает последнее запомненное значение групповой поправки гр, скорректированное по результатам измерения на часах 3. Относительно него также как и при наличии линий связи 32 в блоке вычисления поправок 26 производится определение поправки ведущих часов 1, запоминание результата в блоке памяти 27, его запись - через ключ 22 в блок определения хода часов 23, формирование управляющих сигналов в формирователе 24, так как из блока памяти 19 в блок сравнения 20 выбираются два предыдущих значения поправок удаленных часов 2, а результат сравнения их разности с порогом соответствует сохранению групповой шкалы системы, то с помощью формирователя 21 формируется сигнал, разрешающий запись управляющих сигналов через линию связи 31 на ведущие часы. В результате шкала часов 1 совмещается с последним значением групповой шкалы, а непосредственный автономный ввод результатов измерений на часах 2 по сигналам ведущих часов 1, согласованных с групповой шкалой, обеспечивает высокую точность временной синхронизации удаленных часов 2. В случае выхода из строя линии связи 31 подстройка шкалы времени ведущих часов 1 под групповую шкалу продолжается на основании долговременных данных так же, как и в ситуации превышения значения Δ(Г_Yi)_n заданного порога. Таким образом, система продолжает обеспечивать высокую степень синхронизации удаленных часов 2 при нарушении линий связи.

Особенность работы программного блока 9 состоит в следующем: от блока эталона времени 5 в регистр 39 записывается код текущего времени ведущих часов. В регистр 40 записывается код момента времени ввода поправки из блока памяти 8.

Выходы отдельных разрядов регистров 39 и 40 подключены к дешифратору 34, выходы которого соединены с элементом И 35. При совпадении кода текущего времени ведущих часов и кода момента времени ввода поправки на выходах дешифратора 34 появляется низкий потенциал и на выходе элемента И 35 появляется сигнал, который разрешает прохождение через ключ 36 кода поправки, поступающего от блока памяти 8. Выходной сигнал элемента И 35 производит также обнуление регистров 39 и 40 и инициирует работу генератора 37 тактовых импульсов по записи в регистр 40 следующего значения кода момента ввода поправки, код поправки через ключ 36 поступает на преобразователь кода 38, который производит установку необходимых разрядов блока эталона времени 5.

Формирователь 24 управляющих сигналов работает следующим образом.

Значения двух соседних поправок подаются на блок вычитания 41, а результат поступает на блок квантования 43, выполненный, например в виде схемы деления на n₁, где n₁ - выбранный интервал ввода поправок на ведущих часах. На выходе блока квантования 43 образуется код поправки.

Коды моментов времени получения двух соседних поправок также поступают от блока определения хода часов 23 на блок вычитания 42, с помощью которого формируется код временного интервала между двумя соседними измерениями. Этот код поступает на блок квантования 44, например, на схему деления на n₁. На выходе блока квантования 44 образуется код квантиля-интервала ввода поправок на ведущих часах. Код момента времени получения последней поправки поступает на преобразователь кода 45, с помощью которого к упомянутому коду прибавляется код постоянной величины, например, одни сутки. Таким образом, на выходы преобразователя кода 45 формируется код момента времени, начиная с которого на ведущих часах будет производиться ввод поправок. Код интервала ввода поправок поступает на сумматор 46₁, на выходе которого формируется код момента времени первого ввода поправки ведущих часов. Кроме того, код интервала поступает на блок умножения 47, где производится его умножение последовательно на 2...(n₁-1). На выходах блока умножения 47 образуются последовательно увеличивающиеся на код интервала ввода значения, которые после суммирования с кодом преобразователя кода 45 в сумматорах 46₂-46_n образуют последовательно увеличивающиеся коды момента ввода поправок. Блоки задержки 48-48_n обеспечивают разделение во времени кодов. Генератор 49 тактовых импульсов обеспечивает считывание кодов из блоков 43 и 46₁-46_n. Через элемент ИЛИ 50 коды моментов ввода поправок и величины поправок поступают на ключ 25.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно - к системам синхронизации пространственно-разнесенных часов по эталонным радиосигналам времени. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, - повышение точности сигнализации. Сущность изобретения состоит в следующем. Система синхронизации часов по радиоканалу содержит N объектов ведущих часов 1₁÷1_N, N объектов удаленных часов 2₁÷2_N и объект центральных часов 3, при этом в состав ведущих часов 1 входят опорный генератор 4, блок эталона времени 5, формирователь 6 сигналов времени, радиопередатчик 7, блок памяти 8 и программный блок 9, в состав удаленных часов 2 входят опорный генератор 10, блок эталона времени 11, измеритель 12 разности времени и радиоприемник 13, а в состав объекта центральных часов 3 входят опорный генератор 14, блок эталона времени 15, измеритель 16 разности времени, радиоприемник 17, первый блок вычисления поправок 18, первый блок памяти 19, первый блок сравнения 20, формирователь 21 сигнала ввода поправок, первый блок сравнения 20, формирователь 21 сигнала ввода поправок, первый ключ 22, блок определения хода часов 23, формирователь 24 управляющих сигналов, второй ключ 25, второй блок вычисления поправок 26, второй блок памяти 27, второй блок сравнения 28, формирователь 29 групповой поправки и коммутатор 30, а также линия связи 31 и вспомогательные каналы связи 32₁-32_N, причем ключи 22 и 25 выполнены на элементе И-НЕ 33, в состав программного блока 9 входят дешифратор 34, элемент И 35, ключ 36, генератор 37 тактовых импульсов, преобразователь кода 38, первый и второй регистры 39 и 40, а в состав формирователя 24 управляющих сигналов входят блоки вычитания 41, 42, блоки квантования 43, 44, преобразователь кода 45, сумматоры 46₁-46_n+1, блок умножения 47, блоки задержки 48₁-48_n, генератор 49 тактовых импульсов и элемент ИЛИ 50. 4 ил.

Система синхронизации часов по радиоканалу, содержащая N объектов ведущих часов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных опорного генератора, блока эталона времени, формирователя сигналов времени и радиопередатчика, N объектов удаленных часов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных опорного генератора, блока эталона времени и измерителя разности времени, к другому входу которого подключен выход радиоприемника, а выход измерителя разности времени подключен к управляющему входу блока эталона времени и ко входу вспомогательного канала связи, а также объект центральных часов, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, блок эталона времени и измеритель разности времени, к другому входу которого подключен выход радиоприемника, а выход измерителя разности времени подключен к управляющему входу блока эталона времени, последовательно соединенные формирователь групповой поправки, первый блок вычисления поправок, первый блок памяти, первый блок сравнения и формирователь сигнала ввода поправок, последовательно соединенные второй блок вычисления поправок, второй блок памяти и второй блок сравнения, выход которого подключен ко второму входу формирователя сигнала ввода поправок, а также блок определения хода часов, соответствующий выход первого блока памяти подключен к соответствующему входу формирователя сигнала ввода поправок, входы коммутатора соединены через вспомогательные каналы связи с выходами измерителей разности времени удаленных часов, а выход коммутатора подключен ко входам первого блока вычисления поправок и формирователя групповой поправки, выход которого подключен к первому входу второго блока вычисления поправок, а выход измерителя разности времени соединен со вторыми входами формирователя групповой поправки и второго блока вычисления поправок, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности синхронизации, в систему введены на объекте центральных часов первый и второй ключ и формирователь управляющих сигналов, при этом ко входам первого ключа подключены выходы формирователя сигнала ввода поправок и второго блока памяти, а выход первого ключа подключен ко входу блока определения хода часов, выход которого подключен через формирователь управляющих сигналов подключен к первому входу второго ключа, ко второму входу которого подключен выход формирователя сигнала ввода поправок, а на объектах ведущих часов введены последовательно соединенные блок памяти и программный блок, к другому входу которого подключен выход блока эталона времени, а выход - к управляющему входу блока эталона времени, причем выход второго ключа объекта центральных часов соединен через линию связи с блоком памяти.