Способ синхронизации часов

 

Изобретение относится к технике связи и радиолокации и может быть использован для сличения шкал времени, разнесенных на большие растояния. Цель - повышение точности и оперативд мости синхронизации часов. В момент времени t по часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют СВЧ-сигнал (сигнал а ), регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту f, усиливают его по мощности, усиливают по мощности, излучают усиленный сигнал в направление на ИСЗ-ретранслятор , в тот же момент времени t t по часам второго пункта В с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ- сигнал (сигнл /3 ), регистрируют его на втором пункте В (сигнал р ), который, однако, не отправляют на ретрансляцию), принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f (сигнал а ), переизлучают его в пункты А и В на частоте f с сохранением фазовых соотношений. 3 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5029889/10 (22) 14.10.91 (46) 15.11.93 Бюл. Ио 41-42 (76) Губанов Вадим Сергеевич; Дикарев Виктор

Иванович; Койнаш Борис Васильевич; Кайдановский

Михаил Наумович (54) СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ (57) Изобретение относится к технике связи и радиолокации и может быть использован для сличения шкал времени, разнесенных на большие растояния. Цель — повышение точности и оперативности синхронизации часов. В момент времени t no

А

1 часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют СВЧ-сигнал (сигнал а ), 1 регистрируют его на этом же пункте. сформирован(в) RU (и) 2ОО3157 С1 (51) 5 G 04 С И 02 (! м ный сигнал преобразуют на частоту f, усиливают

1 его по мощности, усиливают по мощности, излучают усиленный сигнал в направление на ИСЗ-ретранслв лятор, в тот же момент времени t =t по часам вто1 рого пункта В с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧсигнал (сигнл P ), регистрируют его на втором пункте В (сигнал h),,который, однако, не отправля1 ют на ретрансляцию), прйнимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f

1 (сигнал а ), переизлучают его в пункты А и В на

1 частоте f с сохранением фазовых соотношений. 3 г ил.

2003157

Изобретение относится к технике связи и оадиолокации и может быть использовано для сличения шкал времени, разнесенных -;" большие расстояния.

Иэ известных способов синхронизации час.ib наиболее близким к предлагаемому

: и .ет .,я способ. основанный на использо .. .а . ии дуплексного метода связи через гео;-,-.-зционарный ИСЗ-ретранслятор, Основное достоинство дуплексного метода состоит в том, что в нем исключается длина трассы прохождения сигнала, Поэто:": у его точность в основном зависит от парам -.т,o!. бортового ретранслятора, типа

-.:- .нала и техники измерения временных

i н т .": .: 6 а л О в, Нелостатком способа является зависимость результатов измерений от разности г; у:."ыв;гх задержек сигнала в атмосфере, л: ровсам его прохождения к обоим назем:-ii, и; н ктам, Для устранения этого эффекта ,:;"",;: .ся ил.! 1резмерно большое время на-,::.;- . си нала или специальные радио- .!=., ::и"-. измерения влажности в сФере nдоль э rMx TpBcc. " -.!/ iver, i едостатком этого способа яв.гя:,ся необходимость накопления отдель:! -.х негорений на большом интервале -:: -:;-. ;- ..и ат нескольких часов до нескольких с .. i ок, гак как разность показаний часов моб,.ть определена только совместно с

:ру ими параметрами радиоинтерферометрэ и координатами геостационарного ретранслятора.

Целью изобретения является повыше: ие точности и оперативности синхронизаи".и часов. Поставленная цель достигается тем, то B момент времени t1 по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту f1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор, в тот же момент времени t1 по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют акой же шумовой СВЧ-сигнал, регистриру;от его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1, переизлучают его в первый и второй пункты на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени tg по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразует на частоту f1, усиливают его по мощности. излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗретранслятора, в тот же момент времени tg по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принима1от бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1 и преобразуют его в первый и второй пункты на частоте fz с сохранением фазовых соотношений, Геометрическая схема расположения наземных пунктов А и В и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг,1, где введены следующие обозначения; 0 — центр масс

Земли; d — база интерферометра; r — радиус-вектор ИСЗ, "5 Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг,2, где введены следующие обозначения: S,À,B —,шкала времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов А и В соответственно, Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом; в момент времени t1 по часам первого я пункта А с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал (сигнал а1); регистрируют его на этом же пункте; сформированный сигнал преобразуют на частоту f1;

З0 усиливают его по мощности; излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор; в тот же момент времени t1 = t1 по л часам второго пункта В с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигнал p1); регистрируют его на втором пункте В (сигнал Р1, который однако. не отправляют на ретрансляцию);

40 принимают бортовой аппаратурой

ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1 (сигнал а1); переизлучают его в пунктах Л и B на частоте f2 с сохранением фазовых соотно45 шений на интервале t; принимают ретранслированный сигнал в обоих пунктах; преобразуют его на видеочастоту; регистрируют его s моменты времени

50 tz и t2 соответственно (сигналы а2, pz);

A в произвольный момент времени сз в

+0 по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумовой СВЧсигнал (с и Г н а л P3); сформированный сигнал преобразуют на чаСтату f1; усиливают его по мощности; излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора:

2003157

r1 =Р1 ®,62 = д — t(= а1+ Ь1+ (Я + 69 + Лз) + hr, r2 = аз ® а1 — — t4A — Д = аз + Ьг + (Lg + Я + Лз) — Л1, тЗ О1 ®Г г — д t1 а1+аг+(Ъ +Ъ +Ъ)

t4 =/>3 Эф4 = д тз Ь2 + ">3 + (Ю + Й + Ъ) и соответствующие им частоты интерференции Fl(i=1,2,3,4), которые определяют про- 15 1 л „, 1(„ изводные этих задержек: 2 р =2и Д/сг Г! = dt s/6t = F(/f, Oо = — (а(а + Ь)б(а + Ь) + Ь = производными а1 = а, b1 = Ь, получаем: т(,З(Г1 + <2) (<1 + 2) + t 4), 1

2 ж =. (т1 — гг)+у+h+ni

40 который следует в начале измерений рассчитывать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений, Что касается поправки д за аппаратурные задер>кки, то ее мо>кно найти путем калибровки по методу "нулевой (2) базы". где у =>(a+2b+8)a+ — (ь+0)ь, 1 1 (ц ц) (/ и у), в тот же момент времени тз = тзд по

8 часам первого пункта А с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигн ал аз); регистрируют его на первом пункте А (сигнал аз, который, однако, не ретранслируют); принимают бортовой аппаратурой

ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1 (сигнал аз); где 1= (f1+f2)/2 а1, Ь1 (r = 1,2,3) — время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами А и В соответственно (фиг.1);

Ьд, йв — задержки сигналов в излучаюк лв щей аппаратуре обоих пунктов;

Ь, Ьв в— задержки сигналов в приемнои лп регистрирующей аппаратуре;

hs — задержка сигналов в бортовом ретрансляторе ИСЗ;

A t = tB - tA — искомая разность показаний часов в одном и том же физический момент.

Полагая а1 и b1 линейными функциями с переизлучают era в пункты А и В на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений на интервале tc, принимают ретранслированный сигнал

5 в обоих пунктах; преобразуют его на видеачастоту; регистрируют его в моменты времени

t4 и tq соответственно(сигналы ад, j3q): в корреляционной обработкой двух пар

10 зарегистрированных сигналов определяют на каждом пункте следующие временные задержки;

Лл,в, Лд,в" — задержки сигнала в атмосфере на частотах f1 и f соответственно;

1> — релятивистская поправка (эффект

Сан ья ка); ж — угловая скорость вращения Земли; с — скорость света;

Д вЂ” площадь четырехугольника ОА SB, образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов А и В и ИСЗ-ретранслятора.

Поправку уза подвижность ИСЗ-ретранслятора во время единичного измерения праще всего свести к нулю соответствующим выбором свободного параметра О:

2003157

Атмосферная поправка е также учитывается, Оценим ошибку измерения временных задержек т1 (3=1,2,3,4), Радиоинтерферометрическое отноше- 5 ние сигнал/шум составит о - г, ч"Лц72Р (3) ;; ошибки измерения временной задержки 10

; .1 .ас оты интерференции Г имеют вид ст =- v3/ (лОЛГ); др = V3/(лОтс), (4) де hf — полоса принимаемых и регистрируе.-1их частот псевдошумового сигнала:

Р,, Р— мощности сигнала и шума на входе приемника: — интервал когерентности сигнала:-,ги его ретрансляции. 20

Тогда дпя получения ошибки (тих= 0,1 нс необходимо, чтобы QAf 5 109, Например, : — »и Af = 10 M Гц получаем 0 > 500, что вполi . ; достижимо даже при использовании на-: —,1ных приемо-передающих антенн малого ...зме-ра, Для Q = 500, Af = 10 МГц и q =

= -:!P,„- — - 100 согласно (4) оказывается достаточны»> т, =5 10 с. Как легко показать, ",акое -:ðeìë когерентности обеспечивается

,.-::е при нестабильности гетеродина бортозого ретранслятора я = 2 10

-6

Тогда, используя формулы (4) и (3) получаем t< = 0,4х10, что требует. более высокой стабильности бортового гетеродина

30 (=3 10

Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (А), реализующей предлагаемый 4 способ синхронизации часов, представлена на фиг,3, где введены следующие обозначения: 1 — стандарт частоты и времени, 2— блок гетеродинов, 3 — генератор псевдошумового сигнала. 4 — переключатель, 5, 13 — 50 смесители, 6, 14 — усилители промежуточной частоты, 7,12 — усилители мощности, 8— дуплексер, 9 — приемо-передающая антенна, 10,15 — клипперы, 11,16 — буферные запоминающие устройства, 17 — измеритель задержек и их производных, Принцип работы аппаратуры заключается в следующем. На первом шаге единичных измерений псевдошумовой сигнал

e1(фиг.2), созданный генератором 3 с помощью стандарта 1 частоты и времени, преобразуется с помощью смесителя 5 и усилителя 6 промежуточной частоты к частоте f>, усиливается в усилителе 7 мощности и излучается через дуплексер 8 и антенну 9 в направлении ИСЗ-ретранслятора. Вместе с тем, этот же сигнал клиппируется в клиппере 10 тактовой частотой того же стандарта частоты 1 и записывается в буферное запоминающее устройство 11. Регистрация синхрониэируется стандартом частоты 1.

Ретранслированный сигнал az на частоте fz принимается той же антенной 9 и после усиления в усилителе 12 мощности и преобразований к видеочастоте в смесителе 13 и усилителя 14 промежуточной частоты клиппируется в клиппере 15 и записывается в буферное запоминающее устройство 16.

Регистрация синхрониэируется стандартом частоты 1. На втором шаге (при передаче сигнала из пункта В) переключатель 4 должен быть разомкнут и сигнал аз из генератора 3 через клиппер 10 поступает в то же запоминающее устройство 11. Ретранслированный сигнал Q4 записывается, как и Qz, в запоминающее устройство 16. Затем в перерыве между актами измерений пары сигналов а1, аъ и аз, а подвергаются корреляционной в измерителе 17, и вычисляются задержки г2, гэ и их произBo4Hые t2

В пункте В аппаратура работает аналогично, только порядок шагов там обратный, Для вычисления разности показаний часов

At по формуле (2) теперь достаточно обменяться между пунктами, полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным ипи телеграфным каналам связи, Таким образом, предлагаемый способ синхронизации часов по сравнению с базовым способом позволяет: достичь предельной точности измерений (около +0,1 нс) с помощью РСДБ техники и техники ретрансляции. которая уже широко используется на практике; формировать необходимые для проведения измерения СВЧ-сигналы на наземных пунктах, что дает возможность постепенно наращивать точность измерений за счет оптимизации структуры сигнала и усовершенствования наземной техники регистрации без вмешательства в бортовую аппаратуру ИСЗ; повысить оперативность измерений, т,е. довести интервал времени от начала измерений до получения результатов вплоть до нескольких десятков секунд(практически

2003157 до времени корреляционной обработки сигналов); избежать установки на борту ИСЗ высокостабильных хранителей времени и измерителей временных интервалов, ограничить 5 бортовую. аппаратуру только системой

10 довательности формируют такой же шумовой С ВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли— ретранслятора сигнал на частоте f>, пере15 излучают его в первый и второй пункты на частоте f3 с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени тз по часам второго пункта аналогично формируют и ретранслируют шумовой СВЧ2Q сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту f>, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал B направлении того же искусственного спутника Земли — ретранслятора, в тот же мо25 мент времени тз по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧсигнал, регистрируют его на первом

30 пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранс лятора сигнал на частоте f> и переизлучают его в первый и второй пункты на частоте fz с сохранением фазовых соотношений.

Формула изобретения

СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ, основанный на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном их преобразовании к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производится сличение шкал времени, отличающийся тем, что в начальный момент времени И по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой С ВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в частоту

f>, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направление на искусственный спутник Земли - ретранслятор, в тот же момент времени t> no часам второго пункта с помощью той же кодовой послефазостабильной ретрансляции СВЧ-сигналов. (56) Губанов В.С., Фикельштейн А.М., Фридман П.А. Введение в радиоасеройметрию.

М„Наука. 1983, с.114 — 119.

2003157

Корректор Н. Король

Редактор Н. Сильнягина Техред M.Ìîðãåíòàë

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3234

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101