Способ привязки шкалы времени Советский патент 1979 года по МПК G04C11/02 

(54) СПОСОБ ПРИВЯЗКИ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к области синхронизации часов с независимом приводом с помощью радиотехнических средств и может быть использовано для привязки местной (бортовой) шкалы времени к импульсного периодическому сигналу, а также при измерении йнтервахюв времени в различного рода измерительной аппаратуре.

Известны способы привязки nncajaj времени, основанные на привязке к: моменту пересечейия фронтом импульса заданных уровней с последукщим усреднением зафиксированных отсчетов времени

Недостаток известных способов низкая точность привязки при изменег НИИ уровня импульсного сигнала.

Наиболее {близким по технической сущности является способ привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с известной фазой, основанньй на фиксации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преобразованного входного сигнала в двух основных точках, находящихся одна относительно другой на временном интервале, равном периоду

несущей, в квадратуре к нулям фазы несущей, и на сравнении знаков накопленных бинарно-квантованных сигналов по точкам квантования с заданными для периода несущей частоты знаками 2.

Недостаток способа - значительное время привязки.

Цель изобретения - сокращ йие

0 времени привязки при высоком уровне помех..,

Поставленная цель достигается тем, что в способе привязкмгокайы времени к импульсному радиосигналу

5 с известной фазой, основанном на фиксации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преобразованнохЧ входного сигнала в

0 двух основных точкгис, находящихся одна относительно другой на временном интервгше, равном периоду несущей, в :квадр атуре-к нулям фазы несущей, и сравнении знаков накоплен5ных бинарно-квантованных сигналов по точкам квантования с заданными для искомого периода несущей частоты знаками, дополнительно квантунзт пре,Ъбразо ванный входной сигнал в двух , смещенных симметрично относительно двух основных точек на половину периода несущей частоты, срав нивают знаки сигналов, накопленных в дополнительных точках, с требуе NWMH и абсолютное значение величин сигналов, накопленных в каждой допрлдительяой и соответствующей ей основной точке, при уровне сигнала в каадой дополнительной точке, боль шем уровня сигнала в соответству ющей основной точке, принимают период несущей, р-Гмеченный основными точками квантования, за искомый, а мо7.1ент перехода через нуль сигнала на этом периодов принимают за момент привязки (синхронизации) местной шкалы времени. На фиг. 1 приведена временная диаграмма, на которой прадставлешл эпюры сигналов, используемых на различных ступенях преос азования: а - входной радиоимпульсный оигНсш;b - преобразованный сигнал; ограниченный преобразованный СНГ нал; квантую1фсе импульсы а, а , bj и. bi на HdKOMcm (заданном) периоде несущей снгнала; квантующие импульсы а., гц , bj и Ь правее (позднее) задан ного участка (периода) сигнала;квантукшне нмпульсы а, а. Цн Ь; левее (раньше) заданно го участка (периода) сигнала g - преобразованный сигнал со смещенной относительно идеаль ного погло|цения особой дочкой на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализукхаего првдпагае1«1й способ. Устройство содержит формирователь 1 преобразующий форму входного импульсного сигнала; бннарный квантовател 2, накопители 3 для двух основных точек квантования,, |(|акоп}1твли 4 .для двух дополнительных точек квантования, логическую схему 5 анализа зна ков результатов накопления, логичес кую схему 6 анализа знаков и соотно шения результатов накопления, блок 7 управления н формирователь 6 мест ной шкалы времени. Предлагаемый способ в сл дующем; ;,. ,..... ......,„,,.... ....-,:.,., Принимаемой радиоимпульсный сигн с известной фазой (см.фиг.1,а) преобразуют, например , путем дифференц рования так, чтобы на заданном учас ке переднего фронта, т.е. на заданном периоде высококачественного заполнения от начала импульса, фаза высокочастотного заполнения изменилась на 180 . Момент скачкообразног изменения фазы на 180 является осо бой точкой преобразованного сигнала этой точке мгновенное значение си нала падает До нуля, но по обе стооны в ближайшей окрестности особой очки уровень сигнала (по огибающей) озрастает (см,фиг.1,в) примерно , ропорционального времени. Производят инарное квантование преобразованного игнала в четырех точках: в двух точках а и bj, расположенных в кващратуре к нулям фазы высокочастотного заполнения с интервалом, равном пеиоду заполнения (назовем точки а и bj основными), и в двух дополнительных точках а и bi, расположенных симметрично относительно основных точек aj и Ь. Интервал между точками- а и Ь|. равен двум периодам заполнения,т.е. каждая дополнительная точка квантования а и Ьг отстоит от соответствующей ей основной точки а и bj на половину периода заполнения (см.фиг.1,c,d). Производят накопление бинарноквантованных вы(5орок смеси сигнала и помех по каждой из четырех точек квантования а , Ь, и а , bj . При превышении згщанного порога накопления в основных или дополнительных точках знаки накопленных сигналов сравниваются с требуемыми, например для точек а, Ьц и 4-,- для точек а, bj в рассматрива юм примере на фиг. l,a,b,c,d. Сравниваются также уровни сигналов (Ыа , Na, Ng , N& ), накопленных в соответствующих одна основной а (Ь,, ) и дополнительной а (Ь) точках, т.е. сравннвгштся абсолютн1 значения уровней сигналов (На,/ с NO N4 с /Nflj ). Если знаки сигналов, накопленньсс в дополнительных точкгис «ifbi, соответствуют требуемьФ4 ( в примере на Фяг.l,c,d), а уровни сигналов в дополнительных точках больше,чем в соответствуюЕщСх основных, т.е. /Ntt4/ /Nfli / ,(1) ТО заданный участок фронта умпульса найден, т.е. стробнрукщне импульсы, соответствуювше точкам квантования aj , bj , ajp , Ьг (см. фиг. 1,b,c,d), расположены симметррично относительно особой точки преобразованного снгнала. Период высокочастотного заполнения импульса, ртмеченюлй точками квантования а и bj , является искомым (заданным), и нуль фазы (напрнмер, переход через нулевой уровень от отрицательной полуволшэ к положительной + ) этого периода принимается за точку привязки (момент точной привязки) местной шкалы времени к радиосигналу. Если указанные условия не выполняются (см.фиг. l,b,e,f), то стробирующие импульсы (точки квантования а , bj , а-. , Ьд ) смещены относительно искомого участка импульса в ту или другую сторону, точки квантования с щаются на период заполнения в требу емом направлении и снова пооиэводит ся анализ. Процесс повторяется аналогично до тех пор, пока оговоренны (требуемые) условия не будут выполнены. Направление сдвига определяется по знакам сигналов, накопленных в основных точках а и Ь, например в рассмотренном на фиг. 1 пр мере при знаках +:+ необходим сдвиг влево (см. фиг. 1,Ь,с,е), а при ,- необходим сдвиг вправо (см.фиг. 1,b,c,f). Импульсный сигнал (см.фиг.1,а), несущая частота и фаза высокочастот ного заполнения которого известны, поступает на формирователь 1, преоб разующий форму импульса к виду, пре ставленному на фиг. 1,Ь. Преобразованный сигнал идет на бинарный кван тователь 2, в котором происходит квантование сигнала по четырем точкам а, Ь, aji, bi. Выборки квантованного сигнала поступают с квантователя 2 на накопители 3 и 4, предназначенные соответственно для накопления сигналов по основным (а , bj) и дополнительньвл (а, Ь ) точкам. Выходы накопителей 3 соединены с .логической схемой 5 анализа знаков, накопленных в точках а и bi сигнгьпов; выходы накопителей 3 м 4 - с логической схемой 6 анализа эн ков сигналов накопленнь1Х в дополните ных точках а и анализа соотно шения величин сигналов, накопленных в дополнительных а, Ь и основных а , bj точках. Выходы схем 5 и 6 св заны с блоком управления 7, соединенным с формирователем 8 местной щкалы времени, с которого на кванто ватель 2 подаются квантующие импуль сы, жестко связаниле с сигналом мес ной шкалы времени. Все узлы устройства могут Ьатъ выполнены на известных элементах. Например, бинарный квантователь 2 м жет быть выполнен на основе симметричного предельного ограничителя и последующих за ним схем стробирования ограниченного сигнала, т.е. бина ное квантование может быть выполнено путем предельного симметричного ограничения преобразованного сигнала (см.фиг. 1,с), последующего стробирования ограниченного сигнала в точках квантования и анализа полярности стробированных выборок сигнала . Две основные fa,, Ь ) точки кван тования в предлагаемом способе аналс1гичны двум точкам а, ,Ь| в известном способе. Как следует из Формы преобразованного сигнала (см.фиг.1,Ь уровень полезного сигнала уменьшается с приближением к особой точке. В процессе анализа точки а и bj квантования перемеиччются по сигналу дискретно с шагом, равным периоду (Т) заполнения импульса, до тех пор, пока они попадают на заданный период и располагаются по обе стороны от особой точки, т.е. в искомом положении они расположены ближе всего (справа и слева) от особой точки, но именно здесь уровень сигнала наименьший (см.фиг. 1, Ь). Следовательно, при наличии помех наихудшее соотношение сигнал/помеха имеет место именно для искомого . участка сигнала на заданном периоде При соотношениях сигнал/помеха, меньших единицы, скорость накопления, уровень накопленного сигнала, уменьшается по мере уменьшения соотношения сигнал/помеха,а при соотношениях меньших 0,5 скорость накопления,т.е. и уровень накопленного сигнала, практически, пропорциональны соотношению Сигнал/помеха. Следовательно, при снижении соотношения сигнал/помеха время, требуемое для превышения накопленным сигналом (N) заданного порогового уровня, возрастает и при малых соотношениях (меньших 0,5) время растет пропорционально ухудшению соотношения сигнал/помеха,т.е. при снижении соотнШёния сигнал/помеха в п раз время, требуемое для ана;лиза, возрастает в п раз. При идеальной (расчетной) форме принимаемого импульса точка bj располагаются на заданном участке преобразованного сигнала (см.фир.1г b,d) строго симметрично о/носительно особой точки, т.е. каждая из них от стоит от особой точки на время t -j(половина периода заполнения), т.е. уровень преобразованного (квантуеьюго) сигнала записывается Ui Ua, Ue, к72 0,5 КТ. Дополнительные точки а, bjрасположатся тоже сиквчетрично, но ta tj ti Т , т.е. уровень преобразованного сигнала запишется Uj; Uai BI КТ, следовательно, -jp 2, т.е. уровень сигналов и соотшение сигнал/помеха по уровню в дополнительных точках выше, чем в основных, в два раза (соотношение сигнал/помеха по меткости лучше в четыре раза). Следовательно, время, требуемое для превышения заданного уровня накопления (при малых соотношениях сигнал/помеха} в дополнительных точках меньше примерно в два раза, чем в основных, при идеальной форме принятого сигнала. В реаль«ых условиях форма обрабатываемого сигнала искажается за счет возмущающих факторов (изменяются условия распространения радиоволн, изменяются параметры передакщей и приемной аппаратуры при иэмене.нии температуры окружающей среды и т.п.) В результате положение особой точки преобразованного сигнала относительно ид еа. ль ног о положения и относитель но нулей фазы частоты заполнения (не сущей) сигнала смещается. Это ведет к Некоторому увеличению уровня сигнала в точк:ах квантования, например в точках а, aj, с одной стороны от особой точки, и к уменьшению в точс другой. Причем уменьшение тем ;значительнее, чем больше смёй1ёййё в с орОну данных точек. Смещение не должно превьииать ±0,5 Т. Например, при несущей частоте эаполнения сигнала f 100 кГц (период мкс) смещение особой точки на f 0,25Т 2,5 МКС t 0,4Т 4мкс t 0,45Т 4,5 МКС, например, в сто рону точек Ь , 1%, вызывает снижение уровня преобразованного сигйала (соо ношение сигнал/помеха) в точках кван тования ПО Отношению к йдёалБйОму сл чаю: в точке Ь Ь;ь() раз, в точке Ъ). в 1,3 (1,7; 1,8) раза. Это определяется оговоренной зависимостыо и КТ в районе особой точки и объясняется следующими простыйи расчетами: .временной интервал от особой точки до основной точки Ъ квантования в этих случаях равен tft 0,5 Т. 0,25Т 0,25Tj tfg, а 0,5Т, - 0,4Т D,IT OjrST - 0,45Т 0,05 Т, для дополнительной точки (bt) интервал равен tj, Т - 0,75Tf tft -Т Vg-. i - l . - f , , .Q. - 0,4T 0,6T 14, Т - 0,45T 0,55 .- .. - „ . т « я. | /ч т.е.Гпройгрьй в уровйе в этом случае по отношению к идеальному для точки bj равенJk . 0.- 2; (2i, 4% 5l ид 0, UV КТ . wl . Uj 0,05RT для точки bj равен k « - 1 3- { Oi 0,75ier Ли,; tr прМ1вёденных соотношений слег ет, что выигрыш в уровне сигналами в соотношении сигнал/помеха для допол нительной точки bt по отношению к соответствукяцей ей основной примерн равен соответственно 3 (6,11) раЪ, Это может быть пояснено расчетными соотношениякш Ug/ 0 75КТ U, 0,25КТ иг, Sfi Об р,05КТ а ваихтрыш lio мощности соответственн равен9 (36,121) раз. следовательно, при указанных искажениях время, требуемое дая превышения заданного уровня при малых соотношениях сигнал/помеха в дополнительной точке, меньше примерно в 3 (6,11) раз. Увеличение до 2 Т интервала мажду точками квантования (а,, bj) в известном, способе и получение выигрыиа за счет повышения со.отношения сигнал/ юмеха в 2 (3; 6; 11) раза Не может быть реализовано, так как увеличение интервала между точками а, Ь до 2Т ведет к появлению неоднозначности определения заданного периода заполнения, т.е. к ошибке на период в ту или другую сторону. Это хорошо видно на вариантах расположения точек aj, bj (на фиг. l,d,e, f) , во всех трех случаях знаки накопленных сигналов могут соответствовать требуемым (+, -). Но одибка на период Т ведет к ухудшению точности привязки в 100 и более раз. По предлагаемому способу неоднозначность в опознавании заданного периода заполнения устраняется за. счет введения дополнительнЬй операции сравнения уровней накопленных в основных а (Ь) и дополнительных точках сигигшов. При расположении точек квантования на заданном участке преобразованного сигнала особая точка сигнала расположена между точками а, Ь, квантования (см.фиг.l,d), В таком случае справедливо утверждение, что каждая дополнительная точка квантования а, (bj) расположена по времени дальше От особой точки, чем соответствующая ей основная а (Ь,) точка квантования, т.е. te te,; tft tgj, но тогда справедливо и утверждение, что уровень (N) сигнала, накопленного в точке at, (bj), выше, чем в точке ai (bi), т.е. /Nai/ /Nfl,/, . При смещении точек квантования хотя бы на период Т в любую сторону одно из этих соотношений (неравенств) не выполняется.Таким образом, ввейёнйе доге лнитёльньк точек квантования и дополнительных операций обработки сигнала - сравнения уровней сигналов, накоплен нше в основных и дополнительнее точках квантования,обеспечивает однозначное определение заданного участка иштульса,заданного периода .вмзокочаетЪтнОГо заполнения сигнала. При этом врём;я Опознавания этого периода сокращается в два и более (до 10) раз при малых соотношениях сигнал/помеха за счет того, что момент окончания .анализа - при превышении заданного порога на копления фиксируе Ся по дополнительным точкам квантования, в которых обеспечивается выигрыш в соотношении сигнал/помеха по уровню в два и более (до 10) раз. Это сокращает общее время привязки в неблагоприятных условйяз«: S несколько раз.

Формула изобретения

Способ привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с иэйестной фазой, основанный на фиксации перехода через нуль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преобразованного входного снгна;ла в двух ;основных точках,находящихся одна относительно другйй на временном интерйале, равном периоду несущей, в квадратуре к нулям фазы несущей, и сравнени знаков накопленных бинар;ноквант6ванных сигналов по тЬчкай Тсвантования с заданйы ffl для искомого периода несущей частоты знакают, отличающийся тем, что, сцелью сокращения времени пр тяэкк при высоком уровне помех, дополнително квантjTOT преобразованный входной сигнал в двух точках, смещенных i симметрично отн осительно двух основ ,

690433

Гных точек на полови.чу периода несущей частоты, сравнивают знаки сигналов, накопленных в дополнительных точках, с требуемыми и абсолютное значение величин сигналов, накоплен5 ных в каждой дополнительной и соответствующей ей основной точке, при уровне сигнала в каждой дополнительной точке, большем уровня сигнала в соответствующей основной точке, при10 нимают период несущей, отмеченный основными точками квантования, за искокх:ай, а момент перехода через Нуль сигнала на этом периоде принимают за момент привя;зки (синхроиизаfc ции) местной шкалы времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

:кл. 343-103 - система выбора периода Лоран-С..