Устройство синхронизации часов

 

Использование: в технике связи, радиолокации. в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) и в службе единого времени и частоты Сущность изобретения: устройство содержит ИСЗ- ретранслятор S, наземные пункты 1 и 2, каждый из которых содержит эталон 1.1(2,1) частоты и времени , первый 12(22) и второй 1.3(2.3) гетеродины, антенну 14(2.4), дуплексор 1.5(2,5). усилитель 1.6(2.6) мощности, смеситель 1.7(2.7), усилитель 1.8(2.8) промежуточной частоты, клиппер 1.9(2.9), блок 110(2.10) памяти, коррелятор 1.11(2.11), генератор 1.12(212) псевдошумового сигнала, переключатель 1.13(2.13). смеситель 1.14(2.14). усилитель 1.15(2.15) промежуточной частоты и усилитель 1.16(2.16) мощности. Цель изобретения - повышение точности и оперативности синхронизации часов 3 ил.

(в) RU (») 2001423 11 (51) 5 G04C11 02

Комитет Российской Федерации ио патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „ „.„., К ПАТЕЕ1ТУ ЬИБЛИотг;(ЬЭ

М

ЬЭ юг 1 (21) 5036021/09 (22) 31.03.92 (46) 15.10.93 Бюл. Йя 37 — 38 (76) Губанов Вадим Сергеевич; Дикарев Виктор

Иванович; Кайдановский Михаил Наумович; Койнаш

Борис Васильевич; Умарбаева Нина Дуйсекеновна (54) УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ (57) Использование: в технике связи, радиолокации. в радиоинтерферометрии со сверхдлинными база— ми (РСДБ) и в службе единого времени и частоты.

Сущность изобретения: устройство содержит ИСЗретранслятор S, наземные пункты 1 и 2, каждый из которых содержит эталон 1.1(2,1) частоты и времени, первый 12(22) и второй 1.3(2.3) гетеродины, ан— тенну 1.4(2.4), дуплексор 1.5(2,5), усилитель 1.6(2.6) мощности, смеситепь 1.7(2.7), усилитель 1.8(2.8) промежуточной частоты, клиппер 1.9(2.9), блок

1.10(2.10) памяти, коррелятор 1.11(2.11), генератор

1.12(2.12) псевдошумового сигнала, переключатель

1.13(2.13), смеситель 1.14(2.14), усилитель 1.15(2.15) промежуточной частоты и усилитель 1.16(2.16) мощности. Цель изобретения — повышение точности и оперативности синхронизации часов. 3 ил.

200142

Изобретение относится к технике связи и радиолокации и можег быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами и в службе единого. времени и частоты.

Цель изобретения — повышение точности и оперативности синхронизации часов.

На фиг, 1 дана структурная схема устройства синхронизации часов; на фиг. 2— схема ИСЗ-ретранслятора и двух наземных пунктов; на фиг, 3 — временная диаграмма дуплексного метода сличения часов.

Устройство синхронизации часов содержит ИСЗ-ретранслятор S, первый 1 и второй 2 наземные пункты, каждый иэ которых содержит эталон 1.1 (2.1) частоты и времени, первый 1.2 (2.2) и второй 1.3 (2,3) гетеродины, антенну 1.4 (2,4), дуплексер 1.5 (2.5), первый усилитель 1.6 (2.6) мощ> ости, первый смеситель 1.7 (2.7), первый усилитель 1,8 (2.8) промежуточной частот i, первый клиппер 1.9 (2.9), первый блок 1,10(2.10) памяти, коррелятор 1.11 (2.11), генератор

1.12 (2.12) псевдошумового сигнала, переключательь 1.13 (2.13), второй смеситель 1.14 (2.14), второй усилитель 1.15 (2.15) промежуточной частоты и второй усилитель 1.16 (2.16) мощности, второй клиппер 1.17 (2.17) и второй блок 1.18 (2.18) памяти, Устройство работает следующим образом.

На пункте 1 с помощью генератора

1.12 формируется на первом шаге единичных измерений псевдошумовой сигнал

СВЧ а1 (см. фиг. 3), который во втором смесителе 1,14 смешивается с сигналом второго гетеродина 1.3, стабилизированного этанола 1.1 частоты и времени. Переключатель 1.13 замкнут, а переключатель 2.13 разомкнут. Преобразованный сигнал выделяется вторым усилителем 1.15, усиливается в усилителе 1,6 по мощности и излучается через дуплексер 1.5 и антенну 1.4 в направлении МС3-ретранслятора на частоте f1. Вместе с тем этот же сигнал клиппируется во втором клиппере 1.17 и записывается в буферный блок 1.18 памяти.

Регистрация синх ран изируется эталоном

1.1 частоты и времени. Принятый бортовым приемником ИСЗ-сигнал переизлучается обратно на пункты 1 и 2 на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений, во всей полосе частот сигнала. Диаграмма направле11ности бортовой антенны ИСЗ выбирается так, чтобы этот сигнал мог быть принят в обоих пунктах 1 и 2.

Принятый в пункте 1 антенной 1.4 ретрапслированный ИСЗ-сигнал (сигнал й2) 5

55 усиливается первым усилителем 1.6 и подается в первый смеситель 1.7, на который поступает сигнал с первого гетеродина 1.2, преобразуется в видеочастоту и клиппируется в первом клиппере 1.9 тактовой частотой эталона 1.1 частоты и времени. Затем сигнал ретранслируется в первый блок 1.10 памяти (сигнал й2), Регистрация синхронизируется эталоном 1.1 частоты и времени.

Этот же сигнал принимается в пункте 2 антенной 2.4 (сигнал Д), усиливается первым усилителем 2.6 мощности и поступает на первый смеситель 2.7, где смешивается с сигналом первого гетеродина 2.2, стабилизированного опорным эталоном 2.1 частоты и времени, преобразуется в видеочастоту и клиппируется в первом клиппере 2,9 тактовой частоты того же эталона 2.1 частоты и времени, Затем сигнал регистрируется в первом блоке 2.10 памяти.

На втором шаге (при передаче сигнала из пункта 2), спустя какое-то время О после окончания регистрации сигнала переключатель 1.13 размыкается, а переключатель

2.13 замыкается. В этот момент времени тз = t2 + О генератор 2.12 начинает фор2 2 мировать новый шумовой СВЧ-сигнал (сигнал Pg). который после смешивания во втором смесителе 2.14 с сигналом первого гетеродина 2.3, усиления во втором усилителе 2.17 мощности излучается через дуплексер 2,5 и антенну 2.4 в направление

ИСЗ-ретранслятора на частоте f1. Вместе с тем этот сигнал клиппируется во втором клиппере 2.17 и записывается в буферный второй блок 2,18 памяти, Регистрация синхронизируется эталоном 2.1 частоты и времени, Принятый бортовым приемником ИСЗсигнал переизлучается обратно на пункты 1 и 2 на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений во всей полосе частот сигнала.

Ретранслированный сигнал принимается в обоих пунктах, преобразуется в видеочастоту и регистрируется в моменты. времени t4

1 и М соотэетственно (сигналы а4,Р4). На этом заканчивается единичное измерение дуплексного метода.

Затем в перерыве междуектами измерений пары сигналов а1, а2, и аз, я1 (P1 . P2 и рз, 04) подвергаются корреляционной обработке в корреляторе 1.11 (2.11).

Корреляционная обработка двух пар записей на каждом пункте позволяет вычислить следующие временные задержки: г1 = /31 ЯД =. t2 2 — t1 2

= а1 4- o1 + (д"; + Я + д $) + д ;

2001423 тг — аз X ал t4 З

1 1

=- аз + ьз + (Я + Лт + Л S) — Л t, тз =а1 х аг = тг

1 а1 + аг + (h. + М + Л S); (1) т4 = 1ВЗ ф4 т4 <3

2 2

= ьг+ ьз+ (Я+ М + ЛЗ), 10 и соответствующие им частоты интерференции F1 (I = 1, 2, 3, 4), которые определяют производные этих задержек:

fl — — ат /а t= Fi/К

Лt = — (71 — тг)+у+д+e+v, (2)

2

40 где у = — (а + 2 Ь + О) а;

2 д 2(Лп гг) (Лп Ф

1, 1

1 1 45

e = — (Л1 " "— Л1 ) — (hà" — и );

2 2

v = 2 в О/с — релятивистская поправг ка (эффект Сан ья ка), ч;

Л1,г, Л1,2 — задержки сигналов в атмосфере на частотах 11 и f2, соответственно; а — угловая скорость вращения Земли; с — скорость света;

D — площадь четырехугольника 0 1 S 2, образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов

1 и 2 и ИСЗ-ретранслятора S .

Поправку у на подвижность ИСЗ-ретранслятора во время единичного измерения проще всего свести к нулю где f - (f1 + f2)/2;

20 а1, Ь1(l = 1, 2, 3) — время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами 1 и 2 (см. фиг. 3);

Л1, Я вЂ” задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

Л1, 1Я вЂ” задержки сигналов в приеморегистрирующей аппаратуре;

М вЂ” задержка сигналов в бортовом ретрансляторе ИСЗ; 30

At= t2 t1 искомая разность показаний часов о один и тот же физический момент времени t.

Полагая а1и bj линейными функциями с производными а = а, Ь = Ь,из первых двух уравнений (1) получаем соответствующим выбором свободного параметра О :

О = — (а (а + b)/(a + 6) +b) =

= — (тз (71 + тг)/(т1 + т2) + т4), 1

Н, "Л1к,,г2

Рщ (3) а ошибка измерения временной задержки т и частоты интерференции имеют вид (4) ."70 Л1 770 тс где Л f — полоса принимаемых и регистрируемых частот псевдошумового сигнала;

Рс и P — мощности сигнала и шума на входе приемника;

t< — ин гервал когерентности сигнала при его ретрансляции, Тогда для получения ошибки, например, 1г 7 0, 1 нс, необходимо, чтобы 0 Л f 5. 1 0

Например, при Л f 10 МГц получаем

С 500, что вполне достижимо даже при использовании наземных приемопередающих антенн малого диаметра. Оценки отношения сигнал/шум q = Pc/Р11 на входе приемника станции спутниковой связи второго класса "Тесла"-11ДД424 через геостационарный ретранслятор "Горизонт" показывают, что q = 100, поэтому для

0 = 000 н о1= 10 1к1Гц согласно 10) оказывается достаточным и tc = 5 10 с. Такое время когерентности обеспечивается уже который следует в начале измерений рассчитать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений.

Что касается поправки д на аппаратурные задержки, то ее можно найти путем калибровки по методу "нулевой базы".

Атмосферная поправка с также может быть учтена.

Релятивистская поправка м может достигать 430 нс и изменяться в течение 1 суток в пределах нескольких наносекунд.

Легко показать, что для предвычисления этой поправки с ошибкой 0,1 с координаты пунктов нужно знать с ошибкой 1 км, а координаты ИСЗ-ретранслятора — до 7 км, Определим теперь ошибки измерения временных задержек т1 (I = 1, 2, 3, 4).

Радиоинтерферометрическое отношение сигнал/шум составит

2001423

Фиг.2.

Составитель О,Мелькова

Редактор А.Купрякова Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

Заказ 3128

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 при нестабильности гетеоодина бортового ретранслятора ог 2 10

Что касается ошибки измерения частоты интерференции F, то при.использовании в качестве ретранслятора

ИСХ-геостационара обычно выполняются ограничения lI9I < г =0,3 с, Ivl = с lti <

ip0 м, поэтому для выполнения q с ошибкой 0,1 не необходимо F знать с ошибкой

0F= 3 Гц. Тогда, используя формулы(3) и (4), получаем тс = 0,4 10, что требует более

-з высокой стабильности бортового гетеродина of =3 10

-в

Формула изобретения

YCTPOACTBO СИНХГОНИЗЛЦИИ IACOB, СОДЕРжащее ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно соединенные первые гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты и клиппер, последовательно соединенные эталон времени и частоты, вторые гетеродин, смеситель и усилитель промежуточной частоты, а также антенну, второй клип пср и коррелятор, при этом второй выход эталона времени и частоты подключен к второму входу первого клиппера, вход первого гетеродина подключен к первому выходу эталона времени и частоты, при этом выход коррелятора является сигнальным выходом устройства, Для вычисления разности показаний часов Л t по формуле (2) теперь достаточно обменяться между пунктами 1 и 2 полученными цифровыми данными. что можно де5 лать по каналу спутниковой связи через тот же ИСЗ или по обычным телефонным или телеграфным каналам связи. (56) Губанов В.С., Финкельштейн А.M., 10 Фридман П.А. Введение в радиоастрономию, — М,; Наука, 1983, с, 115. рис. 28, с. 217, рис. 90, 15 отличающееся тем, что в первый и второй наземные пункты введены первый усилитель мощности, дуплексер и второй усилитель мощности, а также генератор псевдошумового сигнала (ПШС) и первый и второй блоки памяти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам коррелятора, при этом третий выход эталона времени и частоты через последовательно соединенные генератор

ПШС и второй клиппер подключен к входу второго блока памяти, выход первого клиппера - к входу первого блока памяти, выход второго усилителя мощности - к входу

3р первого смесителя, выход антенны - к второму входу дуплексера.