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

Предлагаемое изобретение относится к области синхронизации часов по радиоканалу и может быть применено в системах, использующих частотно-временные методы и обеспечивающих передачу сигналов времени, например, при синхронизации СДВ и ДВ радиостанций типа УТР-3, РНС(В) [1], которые предлагаются широкому кругу потребителей для синхронизации их шкал.

Известны системы синхронизации разнесенных в пространстве часов с использованием радиосигналов [2], содержащие средства формирования шкал времени, средства передачи сигналов времени по радиоканалу, средства приема сигналов времени и средства сравнения местной и принятой шкал времени. В таких системах синхронизации принятые амплитудные методы передачи сигналов времени не позволяют получать высокую помехоустойчивость приема сигналов и высокую точность измерения расхождения шкал времени и, следовательно, не обеспечивают высокую точность синхронизации.

Известны такие системы синхронизации часов [3], [4], имеющие в своем составе ведущие часы, шкала которых формируется из сигналов опорного генератора с помощью хранителя времени и излучается радиопередатчиком в эфир, удаленные часы, шкала которых формируется из сигналов опорного генератора с помощью хранителя времени и сравнивается с шкалой ведущих часов с помощью измерителя разности времени и радиоприемника, вспомогательные каналы связи между каждыми из удаленных часов и одними из них, оборудованными дополнительно вычислительным устройством и средствами формирования групповой шкалы времени, средствами фильтрации и прогнозирования результатов сравнения шкал на удаленных часах. В этих системах реализуется централизованный командный принцип управления шкалами удаленных часов на основе централизованной отработки информации. Такие системы обладают достаточной надежностью синхронизации, но имеют невысокую точность и большую инерционность из-за использования методов централизованного сбора, обработки и распределения информации по управлению шкалами часов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является система синхронизации часов по радиоканалу [5], фиг.11. Она содержит группу ведущих 1 часов и группу удаленных 2 часов. Каждые ведущие 1 часы содержат меру частоты 3, которая через хранитель времени 4 и формирователи частотно-стабилизированного сигнала 5 и импульсного сигнала времени 6 подключена к радиопередатчику 7. Каждые удаленные 2 часы содержат меру частоты 8, подключенную выходами к фазовращателю 9, счетчику 11 и регистратору временного параметра 13. Выходы фазовращателя 9 соединены с входами регистратора временного параметра 13 и хранителя времени 10 соответственно. Выход последнего соединен с одним из входов счетчика 11, другой вход которого соединен с выходом радиоприемника 12, а счетный (тактовый) вход счетчика 11 соединен с выходом меры частоты 8. Выход счетчика 11 подключен к регистратору временного параметра 13, к которому подключен также второй выход радиоприемника 12. Выход регистратора временного параметра 13 подключен к управляющему входу фазовращателя 9.

Функционирование системы осуществляется следующим образом. Из сигналов меры частоты 3 с помощью хранителя времени 4 на каждых ведущих часах 1 формируется шкала времени, сигналы которой поступают на формирователи 5, 6, причем формирователь частотно-стабилизированного сигнала 5 обеспечивает выработку сигнала, служащего для высокоточной синхронизации с небольшим пределом устранения многозначности, а формирователь импульсного сигнала 6 формирует сигнал, предназначенный для расширения диапазона устранения многозначности. Примером таких сигналов может служить набор эталонных частот типа NON с частотами 25,0,...20,5 кГц (частотно-стабилизированный сигнал) и сигналы AIN с частотами следования 40, 10, 1, 1/10, 1/60 Гц (импульсный сигнал) по программе 3.0 [1] в радиостанциях типа УСБ-2, и аналогичные сигналы времени радиостанции УТР-3, РНС-Е. Эти сигналы с помощью радиопередатчика излучаются в эфир сеансами согласно расписанию [1] и используются для синхронизации удаленных часов 2 между собой.

Синхронизация удаленных часов 2 производится следующим образом. Вначале производится определение задержки на время распространения радиосигналов от каждых ведущих 1 часов до каждых удаленных 2, для чего, например, используются результаты регулярных доставок транспортируемых вторых часов на удаленные часы 2 от часов 1, либо результаты расчета времени распространения радиосигналов по формулам-моделям, которые вводятся в регистраторы временного параметра 13 часов 2. Величина задержки на распространение сигналов учитывается на часах 2 при сеансах синхронизации по сигналам ведущих часов 1, которые проводятся следующим образом.

Сигналы времени ведущих часов 1 во время передачи сеансов принимаются на удаленных часах 2. Сеансы синхронизации на удаленных часах 2 производятся в зависимости от возможности приема сигналов тех или иных ведущих часов, например, по условиям распространения сигналов, нахождения ведущих часов 1 в зоне радиовидимости данных удаленных часов 2 и т.п. Принятый с помощью радиоприемника 12 частотно-стабилизированный сигнал поступает с его выхода на регистратор временного параметра 13. С помощью последнего производится измерение фазы частотно-стабилизированного сигнала времени относительно опорного сигнала, поступающего на регистратор 13 от меры частоты 8. Значение фазы соответствует точной части результата синхронизации. Принятый импульсный сигнал времени с другого выхода радиоприемника 12 включает счетчик 11, а метка шкалы времени часов 2, сформированная с помощью хранителя времени 10 из сигналов меры частоты 8, включает его. Мера частоты 8 обеспечивает счетчик 11 тактовыми (счетными) импульсами. Показание счетчика 11 характеризует грубую часть результата синхронизации. Результат, полученный в счетчике, поступает в регистратор временного параметра 13 и суммируется с точной частью. С помощью регистратора 13 производится также компенсация результата синхронизации на величину задержки на распространение сигналов, его фиксация и выдача как поправки к шкале часов 2, (по команде оператора или автоматически) с выхода регистратора временного параметра 13 на управляющий вход фазовращателя 9. С помощью последнего производится ввод поправки и совмещение шкалы времени удаленных часов 2 с шкалой ведущих 1.

К недостаткам данной системы следует отнести пониженную точность синхронизации удаленных часов между собой, которая объясняется следующими причинами. Сеансы приема сигналов ведущих часов 1 на различных удаленных часах 2 производятся разновременно, что объясняется необходимостью обеспечения условий приема сигналов и тактическими возможностями удаленных часов. Так, для сигналов ведущих часов типа УСБ-2 этим условием является равноосвещенность трассы распространения сигналов, которая для удаленных часов, расположенных в различных географических координатах, будет соблюдаться в разное время суток; для ведущих часов, расположенных на ИСЗ, зона радиовидимости для различных удаленных часов также будет обеспечиваться в разное время; при размещении удаленных часов на кораблях и самолетах возможность приема того или иного сеанса передачи от ведущих часов будет диктоваться тактическими соображениями. Таким образом, разновременность синхронизации, заключающаяся в том, что удаленные часы синхронизируют свои шкалы по различным разнесенным во времени сеансам ведущих часов, приводит к появлению ошибок в результатах синхронизации, которые вызваны дрейфом ведущих часов между сеансами передачи сигналов времени и сбоями шкалы времени ведущих часов. Это снижает точность синхронизации в системе.

Целью изобретения является повышение точности синхронизации удаленных часов. Согласно предложению, эта цель достигается за счет введения опорных часов, синхронизации ведущих часов с опорными перед каждым сеансом передачи сигналов времени ведущими часами и контроля положения шкалы времени ведущих часов относительно опорных часов во время сеанса передачи.

Для этого в систему синхронизации часов по радиоканалу, содержащую группу ведущих часов и группу удаленных часов, ведущие часы содержат последовательно соединенные меру частоты, хранитель времени, формирователь импульсного сигнала и радиопередатчик, причем второй выход хранителя времени через формирователь частотно-стабилизированного сигнала соединен со вторым входом радиопередатчика, каждые удаленные часы содержат последовательно соединенные фазовращатель, хранитель времени и счетчик, радиоприемник, регистратор временного параметра и меру частоты, причем первый выход меры частоты соединен с первым входом фазовращатедя, второй выход которого соединен с первым входом регистратора временного параметра, второй выход меры частоты подключен к второму входу регистратора временного параметра, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом счетчика и первым выходом радиоприемника, третий тактовый выход меры частоты подключен к второму входу счетчика, третий вход которого соединен с вторым выходом радиоприемника, выход регистратора временного параметра подключен к второму управляющему входу фазовращателя, дополнительно введены опорные часы, содержащие последовательно соединенные меру частоты и хранитель времени, в состав опорных и ведущих часов введены последовательно соединенные дополнительный радиоприемник, измеритель интервалов времени, схема управляемой задержки, переключатель рода работ и дополнительный радиопередатчик, блок выбора режима, первый вход которого соединен с выходом дополнительного радиоприемника, и вычислитель временной поправки, вход которого соединен с выходом измерителя интервалов времени, кроме того, в опорные часы введены последовательно соединенные пороговое устройство и формирователь команд режима, а в ведущие часы введен корректор шкалы времени, вход которого подключен к выходу вычислителя временной поправки, а выход соединен с вторым установочным входом хранителя времени ведущих часов, причем первые выходы хранителей времени опорных и ведущих часов подключены к вторым входам соответствующих измерителей интервалов времени, схем управляемой задержки и переключателей рода работ, третьи входы которых соединены с выходами соответствующих блоков выбора режима, выход вычислителя временной поправки опорных часов соединен с входом порогового устройства, выход формирователя команд режима соединен с третьим входом блока выбора режима опорных часов, второй вход которого подключен к второму выходу хранителя времени опорных часов, второй вход блока выбора режима ведущих часов соединен с третьим выходом хранителя времени ведущих часов.

При этом обеспечивается совмещение шкалы времени каждых ведущих часов с шкалой опорных часов непосредственно перед сеансом синхронизации удаленных часов и осуществляется передача сигналов времени, синхронизированных с шкалой времени опорных часов, которые являются репером для всех часов.

Тем самым исключается влияние дрейфа ведущих часов и снижается вероятность сбоя их шкалы за счет ее совмещения с шкалой опорных часов непосредственно перед сеансом передачи, а также за счет контроля положения шкалы во время сеанса, что повышает точность синхронизации удаленных часов между собой.

Введенные признаки позволяют получить положительный эффект, в известных источниках информации не обнаружены, что свидетельствует о существенных отличиях предложенного технического решения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная схема предлагаемой системы, на фиг.2 - структурная схема предлагаемой системы с детализацией ее составных частей, на фиг.3 - структурная схема варианта выполнения регистратора временного параметра 13, на фиг.4 - структурная схема одного из вариантов выполнения счетчика 11, на фиг.5 - вариант выполнения схемы управляемой задержки 19, на фиг.6 - структурная схема варианта выполнения переключателя рода работ 20, на фиг.7 - структурная схема варианта выполнения блока выбора режима 22, на фиг.8 - вариант выполнения корректора шкалы времени 26, на фиг.9 изображена временная диаграмма, поясняющая принципы работы предлагаемой системы, на фиг.10 приведена временная диаграмма, поясняющая достижение положительного эффекта, на фиг.11 - структурная схема прототипа.

Система содержит группу ведущих 1 и группу удаленных 2 часов. Ведущие 1 часы имеют в своем составе меру частоты 3, выход которой подключен к входу хранителя времени 4, первый выход которого, например, выход 1 Гц, подключен к входу формирователя импульсного сигнала времени 5, а второй выход, например, равный несущей частоте, подключен к входу формирователя частотно-стабилизированного сигнала 6. Выходы формирователей подключены к входам радиопередатчика 7. Удаленные часы 2 имеют в своем составе меру частоты 8, первый выход которой соединен с первым входом фазовращателя 9, первый выход последнего подключен к входу хранителя времени 10. Выход хранителя 10, например, 1 Гц, подключен к первому входу счетчика 11, второй вход которого является тактовым и соединен с третьим выходом меры частоты 8, а третий вход подключен к второму выходу радиоприемника 12. Второй выход фазовращатедя 9 соединен с первым входом регистратора временного параметра 13, второй, третий и четвертый входы которого соединены с вторым выходом меры частоты 8, выходом счетчика 11 и первым выходом радиоприемника 12 соответственно. Выход регистратора 13 подключен к управляющему входу фазовращателя 9. В состав системы входят опорные часы 14, содержащие последовательно соединенные меру частоты 15 и хранитель времени 16. Ведущие 1 и опорные часы 14 содержат также каждые последовательно соединенные дополнительный радиоприемник 17, измеритель интервалов времени 18, схему управляемой задержки 19, переключатель рода работ 20 и дополнительный радиопередатчик 21, а также блок выбора режима 22 и вычислитель временной поправки 23. Первый выход хранителя времени 16 опорных 14 часов, например, 1 Гц, соединен с вторыми входами измерителя интервалов времени 18, схемы управляемой задержки 19 и переключателя рода работ 20, первый выход хранителя времени 4 на ведущих 1 часах подключен к вторым входам измерителя интервалов времени 19, схемы управляемой задержки 19 и переключателя рода работ 20, входящих в состав ведущих часов 1. На опорных 14 и ведущих 1 часах выход дополнительного радиоприемника 17 подключен к первому входу блока выбора режима 22, выход измерителя интервалов времени 18 соединен с входом вычислителя временной поправки 23, а выход блока выбора режима 22 подключен к третьему входу переключателя рода работ 20. Выход вычислителя временной поправки 23 опорных 14 часов подключен к входу порогового устройства 24, выход которого через формирователь команд режима 25 подключен к третьему входу блока выбора режима 22. Выход вычислителя временной поправки 23 ведущих часов 1 подключен к входу корректора шкалы времени 26, выход которого соединен с установочным входом хранителя времени ведущих часов 1. Второй выход хранителя времени 16 опорных часов 14 соединен с вторым входом блока выбора режима 22.

Меры частоты 3, 8 могут быть выполнены, например, на основе промышленного стандарта частоты Ч1-43, описанного в [6], стр.24, рис.7.

Мера частоты 15 может быть выполнена, например, на основе промышленно выпускаемого водородного стандарта частоты типа Ч1-73 [10].

Хранители времени 4, 10, 16 могут быть выполнены на основе последовательно и параллельно включенных делителей частоты с резервированием и исправлением ошибок и описаны в [7] стр.201-214, 343-346.

Формирователь частотно-стабилизированного сигнала 6 выполнен, например, на основе промышленно выпускаемого синтезатора частот Ч1-50, сигналы которого предназначены для выполнения роли несущих и поднесущих частот передатчика ([8], стр.81).

Радиопередатчик 7 состоит, например, из последовательно соединенных амплитудного модулятора, вход которого является входами радиопередатчика, и усилителя мощности ([6], стр.45, 92).

Формирователь импульсного сигнала времени 5 выполнен, например, в виде ждущего мультивибратора.

Радиоприемник 12, может быть выполнен, например, на основе промышленно выпускаемого приемника-компаратора Ч7-9 [1].

Регистратор временного параметра 13 состоит (см. фиг.3), например, из двух фазовых детекторов 27, 28, выходы которых подключены к аналого-цифровым преобразователям 28, 30, выход одного из которых 29 подключен к блоку отображения информации 31 непосредственно, а выход другого 30 - через последовательно соединенные сумматор 32 и схему вычитания 33. Блок отображения информации производит визуальную регистрацию текущего результата измерений и поправки, вводимые в часы 2.

Фазовращатель 9 является типовым радиотехническим элементом аппаратуры частотных и временных сличений ([8], стр.143-145, рис.4.9).

Счетчик 11 состоит (фиг.4), например, из последовательно соединенных триггера 34 элемента И 35, электронного счетчика 36.

Дополнительный радиоприемник 17 является обычным радиоприемником соответствующего диапазона радиоволн, например, радиоприемником ВЧ-диапазона, либо промышленно выпускаемые приемники сигналов времени типа Ч7-13 [1]. Диапазон радиоволн радиоприемника 17 отличается от диапазона радиоволн передатчика 7 и радиоприемника 12 и должен обеспечивать возможность радиоконтакта между ведущими 1 и опорными 14 часами.

Измеритель интервалов времени 18 может быть выполнен на основе стандартного частотомера Ч3-37A, работающего в режиме измерения интервалов времени.

Схема управляемой задержки 19 (фиг.5) может быть выполнена на основе регистра сдвига 37 либо на линиях задержки типа ЛЗТ с корректирующими усилителями, либо на основе группы типовых схем задержки - ждущего мультивибратора, фонтастрона и т.п.

Переключатель рода работ 20 может быть выполнен (фиг.6), например, на типовых элементах - реле 38 типа РЭС-49 и делителя 39 частоты на два.

Дополнительный радиопередатчик 21 является типовым радиопередатчиком соответствующего диапазона волн, например, ВЧ связным радиопередатчиком, отличным от диапазона волн радиопередатчика 7 и радиоприемника 12, которые обеспечивают передачу и прием сигналов времени для удаленных часов.

Блок выбора режима 22 может быть выполнен, например, в виде пульта оператора (фиг.7), содержащего индикатор наличия сигнала 40 (ждущий мультивибратор и сигнальная лампа), табло текущего времени 41 (изделие 14Б74), сигнальную лампу ПОРОГ 42 и тумблер 43, обеспечивающего на выходе в зависимости от его положения нулевой или положительный потенциал.

Вычислитель временной поправки 23 представляет собой, например, типовую схему деления на два ([9], стр.74-75) с индикацией результата.

Пороговое устройство 24 может быть выполнено, например, на основе типовой схемы сравнения ([9], стр.162-165).

Формирователь команд режима 25 может быть выполнен, например, в виде спусковой схемы типа триггера.

Корректор шкалы времени 26 может быть выполнен, например, в виде (фиг.8) наборного поля 44, формирователя импульсов установки 45 на основе генераторов заданного количества импульсов и кнопки ПУСК 46.

Работа системы происходит следующим образом. Из сигналов меры частоты 3 и хранителя времени 4 на ведущих часах 1 формируется шкала времени, причем сигнал с первого выхода хранителя 4, например, 1 Гц, поступает на вход формирователя метки времени 5, где производится его формирование по длительности и амплитуде, а сигнал с второго выхода хранителя, частота которого равна, например, несущей частоте, поступает на формирователь частотно-стабилизированного сигнала 6, который обеспечивает его формирование по амплитуде, преобразование в гармонический сигнал и стабилизацию его фазы. С выходов формирователей 5, 6 сигналы поступают на радиопередатчик 7 (на входы амплитудного модулятора), с помощью которого производится их излучение в эфир сеансами согласно расписанию. Примерами таких сигналов служит сигналы времени радиостанций типа УСБ-2,УЩЦ-3, РНС-Е [1].

На опорных часах 14 из сигналов меры частоты 15 с помощью хранителя времени 16 формируется шкала времени опорных часов, с помощью которой должны быть синхронизированы шкалы времени удаленных часов 2, сформированные из сигналов меры частоты 8 хранителей времени 10. Опорные часы 14 могут иметь более высокие точностные и надежностные характеристики.

Перед каждым сеансом передачи сигналов времени ведущих часов 1 осуществляется синхронизация их шкалы времени с шкалой опорных часов 14, которая производится в следующем порядке. На ведущих часах 1 с помощью блока выбора режима 22 по сигналам от хранителя времени 4 в необходимый момент, предшествующий сеансу передачи сигналов (который фиксируется на табло текущего времени 41, фиг.7), формируется сигнал (например, оператором с помощью тумблера 43), поступающий на переключатель рода работ 20 (реле 38, фиг.6) и разрешающий прохождение через него меток от хранителя времени 4 (через делитель 39 частоты на фиг.6) на дополнительный радиопередатчик 21 ведущих часов 1. Радиопередатчик 21 излучает в эфир импульсную метку времени (фиг.9а) временное положение которой совпадает с меткой хранителя времени 4, т.е. с шкалой времени ведущих часов 1. На опорных 14 часах в соответствии с сигналами хранителя времени 16 в момент, предшествующий сеансу передачи сигналов времени (фиксируемый на табло текущего времени 41 блока 22, фиг.7), с помощью блока выбора режима 22 формируется сигнал (например, оператором с помощью тумблера 43), который поступает на переключатель рода работ 20 опорных часов 14 (на реле 38 фиг.6). С помощью переключателя 20 обеспечивается подключение выхода схемы управляемой задержки 19 к входу дополнительного радиопередатчика 21 опорных 14 часов при наличии сигнала от блока выбора режима 22 (от индикатора 40, фиг.7).

Дополнительный радиоприемник 17 опорных 14 часов производит прием импульсной метки времени от дополнительного радиопередатчика 21 ведущих 1 часов. Сигнал выхода радиоприемника 17 поступает на пусковой вход измерителя интервалов времени 18, останов которого производится меткой хранителя времени 16 опорных часов 1 с первого его выхода. Значение α (см. фиг.9) измерителя 18 поступает на управляющий вход схемы управляемой задержки 19 (например, на вход ЗАПИСЬ регистра сдвига 37, фиг.5). С помощью схемы управляемой задержки 19 производится задержка поступающей на ее вход импульсной метки времени хранителя 16 опорных 14 часов на величину α (фиг.9). (Это производится, например, путем сдвига метки с помощью тактовых импульсов в регистре сдвига 37 на величину, записанную по входу ЗАПИСЬ, фиг.5). Сигнал с выхода схемы управляемой задержки 19 через переключатель рода работ 20 поступает на дополнительный радиопередатчик 21 опорных часов 14, с помощью которого излучается в эфир. На ведущих часах 1 производится прием этого сигнала с помощью дополнительного радиоприемника 17, при этом сигнал с выхода радиоприемника 17 поступает на пусковой вход измерителя интервалов времени 18, останов измерителя 18 производится меткой хранителя времени 4 ведущих 1 часов, поступающей на второй вход измерителя 18. Сигнал с выхода радиоприемника поступает также на блок выбора режима 22 (индикатор 40, фиг.7) для сигнализации ответа от опорных часов 14. Полученное в измерителе 18 значение t (фиг.9a) поступает на вход вычислителя временной поправки 23, с помощью которого производится вычисление расхождения t_попр шкалы времени ведущих 1 часов относительно опорных 14.

Согласно фиг.9 можно записать

где T_оп - период следования меток времени опорных часов на первом выходе 20 хранителя 16 времени;

- время распространения радиосигналов от ведущих 1 до опорных 14 часов;

t_попр - величина поправки (расхождения) шкалы ведущих 1 часов относительно опорных 14.

где T_В - период следования меток времени ведущих 1 часов на выходе переключателя рода работ 20;

- время распространения радиосигналов от опорных 14 до ведущих 1 часов.

Величина T_оп=Т_В/2 (согласно фиг.9), а в силу неизменности условий распространения сигналов в пределах периода T_в, который равен, как правило, 1 Гц.

Тогда, подставляя (1) в (2), получаем:

С помощью вычислителя 23 производится реализация формулы (3).

Значение поправки t_попр поступает от блока 23 на корректор шкалы времени 26 ведущих часов 1 (например, вводится оператором в наборное поле 44, фиг.8), с помощью которого осуществляется коррекция хранителя 4 и совмещение шкалы времени ведущих часов 1 с шкалой опорных 4 часов (например, путем формирования необходимого количества импульсов с помощью формирователя импульсов установки 45 при нажатии кнопки ПУСК, фиг.8, и подачи этих импульсов на установочные входы хранителя времени 4, например, на входы отдельных делителей частоты из состава хранителя 4).

Таким образом, шкала времени ведущих часов 1 перед сеансом передачи сигналов времени в эфир оказывается совмещенной с шкалой опорных 14 часов, тем самым обеспечивается передача на удаленные часы радиосигналов, соответствующих шкале времени опорных 14 часов.

Описанная выше операция синхронизации шкалы времени ведущих часов 1 с опорными 14 производится перед каждым сеансом передачи для каждых ведущих 1 часов. При этом для удаленных часов 2 в любой момент времени от любых ведущих часов 1 излучаются радиосигналы, несущие информацию о шкале опорных 14 часов.

Шкалы времени удаленных часов 2, подлежащие синхронизации, формируются из сигналов меры частоты 8, поступающих с ее первого выхода через фазовращатель 9 на хранитель времени 10. Перед сеансами синхронизации по сигналам ведущих 1 часов производится определение задержки на распространение радиосигналов от каждых ведущих 1 часов до каждых удаленных 2, для чего, например, используются результаты регулярных доставок транспортируемых часов на удаленные часы 2 от ведущих 1 либо результаты расчета времени распространения радиосигналов по формулам-моделям. Значения задержек времени распространения вводятся в регистратор временного параметра 13 (в схему вычитания 33, в качестве вычитателя, фиг.3).

Сеанс синхронизации по сигналам ведущих 1 часов осуществляется следующим образом. На удаленных часах 2 принятый помощью радиоприемника 12 частотно-стабилизированный сигнал с первого его выхода поступает на регистратор временного параметра 13 (на четвертый вход), с помощью которого производится измерение фазы частотно-стабилизированного сигнала относительно опорного сигнала, поступающего на второй вход регистратора с второго выхода меры частоты 8 (фазовый детектор 28, фиг.3). Измеренное значение фазы соответствует точной части результата синхронизации. Принятый импульсный сигнал времени с второго выхода радиоприемника 12 включает счетчик 11 (триггер 34, фиг.4), а метка шкалы времени часов 2, сформированная с помощью хранителя времени 10, выключает его. С третьего выхода меры частоты 8 на счетчик 11 (схема И 35, фиг.4) поступают счетные импульсы. Показание счетчика 11 (содержимое электронного счетчика 36, фиг.4) характеризует грубую часть результата синхронизации. Результат, полученный в счетчике 11, поступает на третий вход регистратора временного параметра 13 (на вход сумматора 32, фиг.3) и суммируется с точной частью (получаемой с помощью аналого-цифрового преобразователя 30, фиг.3). С помощью регистратора 13 осуществляется также коррекция результата синхронизации на величину задержки на распространение сигналов (схема вычитания 33, фиг.3) его фиксация (блок отображения информации 31, фиг.3) и выдача - по команде оператора либо автоматически - с выхода регистратора 13 на управляющий второй вход фазовращателя 9. С помощью последнего осуществляется вход поправки и совмещение шкалы времени удаленных часов 2 с шкалой ведущих 1, а так как шкала ведущих 1 часов была совмещена перед сеансом передачи сигналов с шкалой опорных 14 часов, то шкала удаленных 2 часов оказывается совмещенной с шкалой опорных 14 часов. Таким образом, при каждом сеансе синхронизации любых удаленных 2 часов по сигналам любых ведущих 1 часов шкалы времени удаленных часов 2 совмещаются с шкалой опорных 14 часов. Благодаря этому повышается точность синхронизации за счет исключения дрейфа и ошибок ведущих 1 часов.

Величина вводимых в удаленные часы 2 поправок измеряется и фиксируется с помощью регистратора временного параметра 13 (фазовый детектор 27, аналого-цифровой преобразователь 29 и блок отображения информации 31, фиг.3).

В процессе сеанса передачи сигналов по радиоканалу осуществляется контроль положения шкалы ведущих часов 1, который производится в следующей последовательности. На опорных 14 часах в соответствии с сигналами хранителя времени 16 в момент начала сеанса передачи сигналов (фиксируемый на табло текущего времени 41 блока выбора режима 22, фиг.7) с помощью блока 22 формируется сигнал (например, оператором с помощью тумблера 43, фиг.7), который поступает на переключатель рода работ 20 (на реле 38, фиг.6). С помощью переключателя 20 обеспечивается прохождение через него меток времени с первого выхода хранителя времени 16 (через делитель 39, фиг.6) на дополнительный радиопередатчик 21 опорных часов 14. На ведущих часах 1 в соответствии с сигналами хранителя времени 4 в момент начала сеанса передачи сигналов времени (фиксируемый на табло 41 блока 22, фиг.7) с помощью блока выбора режима 22 формируется сигнал (например, оператором с помощью тумблера 43, фиг.7), который поступает на вход переключателя рода работ 20 ведущих часов 1 (реле 38, фиг.6). При этом с помощью переключателя 20 обеспечивается подключение выхода схемы управляемой задержки 19 к входу дополнительного радиопередатчика 21 ведущих 1 часов. Радиопередатчик 21 опорных 14 часов излучает в эфир импульсную метку времени, временное положение которой совпадает с меткой хранителя времени 16, т.е. с шкалой опорных часов 14. Выбранные различные диапазоны радиоволн, в которых функционируют радиопередатчик 7 и дополнительный радиопередатчик 21, обеспечивают их электромагнитную совместимость. На ведущих 1 часах производится прием импульсной метки времени дополнительного радиопередатчика 21 опорных часов 14 с помощью дополнительного радиоприемника 17. Сигнал с выхода последнего поступает на пусковой вход измерителя интервалов времени 18, останов которого производится меткой хранителя времени 4 ведущих 1 часов, а также подается на первый вход блока выбора режима 22 (на индикатор 40, фиг.7) для сигнализации. Значение α (фиг.9) измерителя 18 поступает на управляющий вход схемы управляемой задержки 19 (например, на вход ЗАПИСЬ регистра сдвига 37, фиг.5). С помощью схемы 19 производится задержка поступающей на ее вход метки времени хранителя 4 ведущих 1 часов на величину α (фиг.9). Задержанная на величину α метка времени ведущих 1 часов через переключатель рода работ 20 поступает на вход дополнительного передатчика 21 ведущих 1 часов, с помощью которого излучается в эфир. На опорных 14 часах производится прием этого сигнала с помощью дополнительного радиоприемника 17 и пуск измерителя интервалов времени 18. Останов измерителя 18 производится меткой хранителя времени 16 опорных 14 часов, поступающей на второй вход измерителя 18. Полученное в измерителе временных интервалов 18 значение t (фиг.9) поступает на вход вычислителя временной поправки 23, с помощью которого производится вычисление расхождения t_попр шкалы времени опорных 14 и ведущих 1 часов по формуле (3). Значение поправки t_попр от блока 23 поступает на пороговое устройство 24, с помощью которой производится сравнение ее величины с допустимым порогом расхождения шкал времени опорных 14 и ведущих 1 часов. Если порог не превышен, что свидетельствует о синхронизме сигналов времени, передаваемых ведущими 1 часами для удаленных 2 часов, с шкалой опорных часов 14, дополнительный радиопередатчик 21 опорных 14 часов продолжает излучать метки времени хранителя 16, дополнительный радиоприемник 17 ведущих 1 часов принимает их, а с помощью блока выбора режима 22 (индикатор 40, фиг.7) осуществляется сигнализация наличия в эфире сигнала излучения дополнительного радиопередатчика 21 опорных 15 часов. Если порог в блоке 24 превышен, что означает сбой ведущих 1 часов и их рассинхронизацию с опорными 14 часами, то соответствующий сигнал с выхода порогового устройства поступает на вход формирователя команд режима 25, с помощью которого формируется сигнал, поступающий на второй вход блока выбора режима 22 опорных 14 часов. По этому сигналу с помощью блока выбора режима 22 (сигнальная лампа ПОРОГ 42, фиг.7) формируется сигнал, поступающий на переключатель рода работ 20 (реле 38, фиг.6), который прерывает подачу меток времени через него на вход дополнительного радиопередатчика 21 и разрешает передачу сигнала с выхода схемы управляемой задержки 19 только лишь при появлении сигнала на выходе дополнительного радиоприемника 17 опорных 14 часов (от индикатора 40, фиг.7). При этом излучение меток времени с опорных 14 часов прекращается, соответствующее пропадание сигнала на выходе дополнительного радиоприемника 17 ведущих 1 часов фиксируется по первому входу блока выбора режима 22 (индикатор 40, фиг.7). С помощью блока выбора режима 22 ведущих 1 часов формируется сигнал (например, оператором с помощью тумблера 43, фиг.7), поступающий на переключатель рода работ 20 и разрешающий прохождение через него на вход дополнительного радиопередатчика 21, меток хранителя времени 4, подаваемых на второй вход переключателя 20 (на делитель 39 частоты по два, фиг.6). Таким образом, блоки 17-23 на ведущих 1 и опорных часах 14 устанавливаются в состояние, соответствующее процедуре синхронизации шкалы времени ведущих 1 часов с шкалой опорных 14 часов перед сеансом передачи сигналов времени, которая повторяется описанным выше образом. Полученное значение t_попр на ведущих часах 1 вводится через корректор шкалы времени 26 в шкалу ведущих часов 1, чем достигается восстановление синхронизма ведущих 1 часов с опорными 14 во время сеанса передачи сигналов.

Достижение положительного эффекта - повышение точности синхронизации удаленных часов - подтверждается расчетами погрешности синхронизации и иллюстрируется фиг.10, где по оси абсцисс отложено время суток в часах, по оси ординат - величина ΔТ расхождения шкалы времени ведущих часов, например, УТР-3 [1] с шкалой опорных часов. Пусть относительная погрешность стандарта по частоте ведущих часов равна 5·10^-11, что соответствует дрейфу шкалы времени ≈5 мкс за сутки; рассмотрим синхронизацию двух удаленных часов: одни удаленные часы используют для синхронизации сеанс передачи 08 ч 36 мин, другие - сеанс передачи 21 ч 36 мин. Пусть погрешность синхронизации одних удаленных часов по сигналам ведущих равна δ_y=3 мкс. Тогда погрешность взаимной синхронизации двух удаленных часов между собой для устройства прототипа равна (см. фиг.10)

Пусть погрешность синхронизации опорных и ведущих часов, обеспечиваемая предлагаемым техническим решением, равна δ_оп=0,2 мкс. Так как совмещение шкал времени ведущих и опорных часов производится непосредственно перед сеансом передачи, то дрейф шкалы ведущих часов исключается. Погрешность взаимной синхронизации двух удаленных часов при этом равна:

Следовательно, точность синхронизации удаленных часов возрастает более чем в 1,7 раза, а описанная выше процедура контроля ведущих часов позволяет восстанавливать их сбои, обеспечивая точность синхронизации удаленных часов.

Таким образом, введение в систему синхронизации средств, обеспечивающих синхронизацию ведущих часов с вновь введенными опорными часами непосредственно перед сеансами передачи сигналов времени, позволяет повысить точность синхронизации удаленных часов.

Другим преимуществом предлагаемой системы синхронизации по радиоканалу является упрощение синхронизации данной системы с другими системами, например, с эталоном-копией, эталоном времени МО, так как для ее обеспечения достаточно осуществить синхронизацию только опорных 14 часов.

Источники информации

1. Эталонные сигналы частоты и времени. Бюллетень В., М.: Изд. стандартов, выходит ежегодно.

2. Патент США № 3756012, НКИ 58-24, 1973.

3. А.С. СССР № 591800, МКИ G 04 C13/02, 1976.

4. А.С. СССР № 1160361, МКИ G04 C 13/02, 1985.

5. Патент США № 3751900, НКИ 58-24, 1973 - прототип.

6. Палий Г.Н., Артемьева Е.В. Синхронизация высокоточных мер времени и частоты - М.: Изд. стандартов 1976.

7. Константинов А.И., Флеер А.Т. Время - М.: Изд. стандартов, 1971 с.

8. Аппаратура для частотных и временных измерений. Под редакцией А.П. Горшкова - М.: Сов. радио, 1971.

9. Справочник по цифровой вычислительной технике - Киев: Техника, 1974, с. 347.

10. Измерительная техника, № 8, 1983, стр. 74.

Изобретение относится к области синхронизации часов по радиоканалу и может быть применено в системах, использующих частотно-временные методы и обеспечивающих передачу времени, например, при синхронизации СДВ и ДВ радиостанции. Технический результат - повышение точности синхронизации удаленных часов. Устройство содержит ведущие часы, удаленные часы, опорные часы 3, каждые ведущие часы содержат генератор опорной частоты, хранитель времени, формирователь частотно-стабилизированного сигнала, радиопередатчик, формирователь импульсного сигнала, дополнительный радиоприемник, измеритель временных интервалов, блок управляемой задержки, блок выбора режима, блок вычисления временной поправки, переключатель 14 рода работ, дополнительный радиопередатчик 15, корректор 16 шкалы времени, опорные часы содержат дополнительный радиоприемник, измеритель интервалов времени, блок управляемой задержки, переключатель рода работ, дополнительный радиопередатчик, блок выбора режима, блок вычисления временной поправки, пороговый блок, формирователь команд режима, хранитель времени, генератор опорной частоты, каждые удаленные часы содержат генератор опорной и тактовой частот, фазовращатель, хранитель времени, счетчик 31, радиоприемник, регистратор временного параметра. Устройство обеспечивает повышение точности синхронизации удаленных часов. 11 ил.

Система синхронизации часов по радиоканалу, содержащая группу ведущих часов, каждые из которых содержат последовательно соединенные генератор опорной частоты, хранитель времени, формирователь импульсного сигнала и радиопередатчик, к второму входу которого через формирователь частотно-стабилизированного сигнала подключен второй выход хранителя времени, и группу удаленных часов, каждые из которых содержат последовательно соединенные регистратор временного параметра, фазовращатель, хранитель времени и счетчик, к второму входу которого подключен радиоприемник, а также генератор опорной и тактовой частот, первый выход которого подключен к второму входу фазовращателя, второй выход которого подключен к первому входу регистратора временного параметра, при этом второй и третий выходы генератора опорной и тактовой частот подключены соответственно к второму входу регистратора временного параметра и третьему входу счетчика, выход которого и второй выход радиоприемника подключены соответственно к третьему и четвертому входам регистратора временного параметра, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности синхронизации удаленных часов, введены опорные часы, содержащие генератор опорной частоты, выход которого подключен ко входу хранителя времени, последовательно соединенные измеритель временных интервалов, блок управляемой задержки, переключатель рода работ и радиопередатчик, а также радиоприемник, выход которого подключен к первым входам измерителя временных интервалов и блока выбора режима и последовательно соединенные блока вычисления временной поправки, пороговый блок и формирователь команд режима, выход которого и первый выход хранителя времени подключены соответственно к второму и третьему входам блока выбора режима, при этом второй выход хранителя времени подключен к вторым входам измерителя временных интервалов, блока управляемой задержки и переключателя рода работ, к третьему входу которого подключен выход блока выбора режима, а выход измерителя временных интервалов подключен ко входу блока вычисления временной поправки, в каждые ведущие часы введены последовательно соединенные измеритель временных интервалов, блок управляемой задержки, переключатель рода работ и дополнительный радиопередатчик, а также радиоприемник, блок выбора режима и последовательно соединенные блок вычисления временной поправки, и корректор шкалы времени, выход которого подключен к второму входу хранителя времени, третий выход которого подключен к первому входу блока выбора режима, к второму входу которого и первому входу измерителя временных интервалов подключен выход радиоприемника, при этом первый выход хранителя времени подключен к вторым входам измерителя временных интервалов, блока управляемой задержки и переключателя рода работ, к третьему входу которого подключен выход блока выбора режима, а выход измерителя временных интервалов подключен ко входу блока вычисления временной поправки.