Способ привязки шкалы времениК СигНАлАМ ТОчНОгО ВРЕМЕНи C гАРМОНичЕСКОйчАСТОТНОй МОдуляциЕй и уСТРОйСТВО дляЕгО РЕАлизАции Советский патент 1981 года по МПК G04C11/02 

1

Изобретение относится к передаче сигналов точного времени с помощью радиоволн, в частности для привязки шкалы времени местных часов к сигналам точного времени, и может быть использовано также в радиолокации для измерения расстояний.

Известен способ автоматического измерения задержки непрерывного радиосигнала с широкополосной синусоидальной частотной модуляцией, в котором принимаемый сигнал смешивают с опорным частотно-модулированным сигналом в смесителе, а для повышения помехоустойчивости сигнал после смесителя пропускают через у ополосный резонансный фильтр частоты модуляции 1.

Недостатком этого способа является значительное влияние шумов на точность измерения задержки радиосигнала.

Известен дальномерный радиолокатор непрерывного излучения с частотной модуляцией, в котором отраженный от цели сигнал подают на смеситель, на второй вход которого подают второй частотно-модулированный сигнал с той же несушей. На выходе смесителя полосовым фильтром выде. ляют частоту какой-либо высшей гармоники, по меньшей мере шестой, которую подают

на детектор и определяют величину фазового сдвига между излученным и вторым частотномодулированным сигналом 2.

Недостатком известного . устройства является слабая помехоустойчивость.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому изобретению является известней способ измерения задержки сигнала с гармонической частотной модуляцией, основанный на преобразовании спектра принимаемого сигнала с гармонической

частотной модуляцией путем смешивания его с опорным частотно-модулированным напряжением, выделении гармонических составляюших преобразованного сигнала и последуюшем формировании сигнала ошибки 3.

Известно также устройство для реализации этого способа, содержашее часы, генератор синусоидального опорного напряжения, первый фазовращатель, первый частотный модулятор, первый смеситель, первый

фильтр, первый амплитудный детектор, генератор высокой частоты,. антенну и схему вычитания, причем выход часов подключен ко входу генератора опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого фазовращателя, второй вход которого подключен к первому выходу схемы вычитания, а выход - к первому входу первого частотного модулятора, второй вход которого подключен к первому выходу генератора высокой частоты, а выход - к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к антенне, а выход - через первый фильтр ко входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с первым входом схемы вычитания 4. Недостатком известного способа и устройства, реализующего этот способ, является высокая погрещность, обусловленная конечным соотнощением сигнал/помеха. Цель изобретения - повыщение точности привязки щкалы времени к сигналам точного времени с гармонической модуляцией. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производят дополнительное преобразование спектра принимаемого сигнала путем смешивания его с опорным частотно-модулированным напряжением, модулирующее напряжение которого сдвинуто по фазе относительно модулирующего напряжения основного преобразования, сигнал ощибки формируют вычитанием амплитуд одинаковых по частоте составляющих, выделенных из сигналов, полученных основным и дополнительным преобразованиями спектра, а величину фазового сдвига междумодулирующими напряжениями устанавливают пропорциональной уровню шумов ощибки. Кроме того, в известное устройство введены второй частотный модулятор, второй смеситель, второй фильтр, второй амплитудный детектор, второй фазовращатель и преобразователь щумового напряжения, причем первь1Й1. вход второго фазовращателя подключен к выходу первого фазовращателя, второй вход - к выходу преобразователя щумового напряжения, а выход второго фазовращателя - к первому входу второго частотного модулятора, первый вход которого подключен ко второму выходу генератора высокой частоты, а выход второго частотного модулятора - к первому входу второго смесителя, второй вход которого подключен к антенне, при этом выход второго смесителя соединенчерез второй фильтр с входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом схемы вычитания, второй выход которой подключен ко входу преобразователя щумового напряжения. На чертеже приведена структурная схема устройства для реализации способа привязки шкалы времени к сигналам точного времени с гармонической частотной модуляцией. Устройство содержит первый смеситель 1, первый фильтр 2, первый амплитудный детектор 3, второй смеситель 4, второй фильтр 5, второй амплитудный детектор 6, часы 7, генератор 8 синусоидального напряжения, первый фазовращатель 9, второй фазовращатель 10, первый частотный модулятор 11, второй частотный модулятор 12, генератор 13 высокой частоты, схему 14 вычитания, преобразователь 15 щумового напряжения. Входы первого и второго смесителей 1 и 4 подключены к антенне, а выходы первого и второго смесителей 1 и 4 соединены со входами первого и второго фильфров 2 и 5 соответственно, выходы которых подключены ко входам первого и второго амплитудных детекторов 3-й 6. Выходы амплитудных детекторов 3 и 6 соединены с первым и вторым входами схемы 14 вычитания. Устройство для реализации способа привязки щкалы времени к сигналам точного времени с гармонической частотной модуляцией работает следующим образом. Входной широкополосный сигнал с синусоидальной частотной модуляцией поступает одновременно на смесители 1 и 4, на которые одновременно поступает опорное высокочастотное напряжение с синусоидальной частотной модуляцией, центральная частота которого совпадает с центральной частотой принимаемого сигнала. Из выходных сигналов смесителей 1 и 4 с помощью узкополосных резонансных фильтров 2 и 5 соответственно выделяют составляющие с частотой модуляции, а. с помощью амплитудных детекторов 3 и 6 вырабатывают напряжения, пропорциональные амплитудам выделенных составляющих, поступающие на входы схемы 14 вычитания. Схема формирования опорных частотномодулированных напряжений содержит часы 7, генератор 8 синусоидального опорного напряжения, фаза которого жестко связана с шкалой времени часов 7, первый фа13овращатель 9, второй фазовращатель 10, генератор 13 высокочастотного напряжения и частотные модуляторы 11 и 12. Если сумма фазовых сдвигов первого фазовращателя 9 и половина фазового сдвига второго фазовращателя 10 равна фазовому сдвигу между модулирующим напряжением принимаемого частотно-модулированного сигнала и синусоидальным опорным напряжением генератора 8, то амплитудные спектры выходных сигналов смесителей 1 и 4 одинаковы, а следовательно, равны амплитуды составляющих, выделенных фильтрами 2 и 5 и сигнал ошибки на выходе схемы 14 вычитания равен нулю. При невыполнении этого условия, равенство амплитуд, выделенных составляющих нарущается и под действием сигнала ощибки первый фазовращатель 9 поворачивает фазу выходного напряжения до восстановления нарущенного равновесия. Таким образом, производится привязка щкалы времени к сигналам точного времени. При конечном соотношении сигнал/шум на входе приемника точность фазового сдвига фазовращателя 9 ограничена уровнем помех, поступающих на вход приемника вместе с принимаемым сигналом и собственными шумами приемника. Для повышения точности привязки регулируют величину фазового сдвига, вносимого фазовращателем 10. Привязка к принимаемым сигналам с помощью фазовращателя 9 приводит к тому, что остаточные индексы модуляци-и выходных напряжений смесителей 1 и 4 примерно равны и определяются половинным значением фазового сдвига второго фазовращателя 10. Точность привязки зависит от уровня помех на выходе схемы вычитания и крутизны дискриминационной характеристики. Снижение фазового сдвига фазовращателя 10 приводит к повышению степени коррелированности помеховых напряжений на выходах амплитудных детекторов 3 и 6, что снижает уровень помехового напряжения на выходе схемы 14 вычитания. Чем меньше фазовый сдвиг, тем меньше уровень помехового напряжения. Но при этом снижается и уровень сигнальных напряжений на выходах каналов, так как при снижении величины остаточного индекса модуляции снижается уровень первой гармоники модулирующей частоты. При нулевом остаточном индексе модуляции вся энергия сигнала сосредоточена в области центральной частоты, а уровень первой гармоники модулирующей частоты равен нулю . Крутизна дискриминационной характеристики при использовании первой гармоники модулирующей частоты растет с уменьшением остаточного индекса модуляции. Таким образом, снижение фазового сдвига фазовращателя 10 приводит к повышению крутизны дискриминационной характеристики системы автоподстройки и к снижению уровня помех, что повышает точность привязки. Минимальное значение фазового сдвига между модулирующими напряжениями каналов, вносимого фазовращателем 10, ограничено с одной стороны собственным уровнем шумов усилителя сигнала ошибки, а с другой стороны - нелинейностью детекторной характеристики амплитудных детекторов при малых уровнях сигналов, приводящей к снижению крутизны дискриминационной характеристики. Максимальное значение фазового сдвига между модулирующими напряжениями каналов ограничено максимально допустимым остаточным индексом модуляции, позволяющим устранить неоднозначность дискриминационной характеристики. Таким образом, оптимальное значение фазового сдвига, вносимого фазовращателем 10, определяется с одной стороны уровнем шумов усилителя сигнала ошибки, ограничивающем минимальное значение фазового сдвига, а с другой стороны уровнем помех, поступающих вместе с сигналом на вход приемника, ограничивающим максимальное значение фазового сдвига вследствие увеличения погрешности привязки. Совместное регулирование фазового сдвига опорного низкочастотного напряжения первым фазовращателем и фазового сдвига между модулирующими напряжениями частотных модуляторов повышает точность привязки Таким образом, принимаемый сигнал обрабатывается одновременно в двух каналах, причем модулирующие напряжения частотных модуляторов сдвинуты по фазе относительно друг друга для увеличения соотношения сигнал/помеха. Формула изобретения 1.Способ привязки шкалы времени к сигналам точного времени с гармонической частотной модуляцией, основанный на преобразовании спектра принимаемого сигнала с гармонической частотной модуляцией путем смещивания его с опорным частотномодулированным напряжением, выделении гармонических составляющих преобразованного сигнала и последующем формировании сигнала ошибки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности привязки за счет улучшения соотношения сигнал/помеха, производят дополнительное преобразование спектра принимаемого сигнала путем смешивания его с опорным частотно-модулированным напряжением, модулирующее напряжение которого сдвинуто по фазе относительно модулирующего напряжения основного преобразования, сигнал ошибки формируют вычитанием амплитуд одинаковых по частоте составляющих, выделенных из сигналов, полученных основным и дополнительным преобразованиями спектра, а величину фазового сдвига между модулируюшими напряжениями устанавливают пропорциональной уровню шумов ошибки. 2.Устройство для реализации способа привязки щкалы времени к сигналам точного времени с гармонической частотной модуляцией по п. 1, содержащее часы, генератор синусоидального опорного напряжения, первый фазовращатель, первый частотный модулятор, первый смеситель, первый фильтр, первый амплитудный детектор, генератор высокой частоты, антенну и схему вычитания, причем выход часов подключен ко входу генератора опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого фазовращателя, второй вход которого подключен к первому выходу схемы вычитания, а выход - к первому входу первого частотного модулятора, второй вход которого подключен к первому выходу генератора высокой частоты, а выход - к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к антенне, а выход - через первый фильтр ко входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с первым входам схемы вычитания, отличающееся тем, что в устройство введены второй частотный модудятор, второй смеситель, второй фильтр, второй амплитудный детектор, второй фазовращатель и преобразователь шумового напряжения, причем первый вход второго фазовращателя подключен к выходу первого фазовращателя, второй вход - к выходу преобразователя щумового напряжения, а выход второго фазовращателя - к первому входу второго частотного модулятора, первый вход которого подключен ко второму выходу генератора высокой частоты.

а выход второго частотного модулятора - к первому входу второго смесителя, второй вход которого подключен к антенне, при этом выход второго смесителя соединен через второй фильтр с входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом схемы вычитания, второй; выход которой подключен ко входу преоб- разователя щумового напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 265973, кл. G 01 S 9/10, 11.12.67.

2.Патент США № 3789398, кл. G 01 S 9/24,

3.Заявка Великобритании № 1268634, кл. Н 4 D (прототип).

4.Авторское свидетельство СССР № 568030, кл. G 01 S 9/24, 18.04.75.