Система встречных сравнений шкал времени с распределенным усилением на основе эффекта вынужденного комбинационного рассеяния

Авторы патента:

Прохоров Дмитрий Владимирович (RU)

Колмогоров Олег Викторович (RU)

Донченко Сергей Сергеевич (RU)

G04C11/00 - Синхронизация часов с независимым приводом

Владельцы патента RU 2766058:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" (ФГУП "ВНИИФТРИ") (RU)

Использование: изобретение относится к устройствам сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с применением оптоволоконной линии связи, соединяющей объекты. Сущность: устройство для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов состоит из двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах, содержит на первом объекте таймер событий, присоединенные к нему генератор формирования шкалы времени этого объекта, приемник оптических импульсов со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов и компьютер. Генератор оптических импульсов первого объекта подключен к входу блока разветвителей-объединителей, который состоит из оптоволоконного разветвителя, первый выход которого соединен с первым оптоволоконным объединителем, выход которого соединен со входом фотоприемника, а второй вход с выходом циркулятора, а второй выход разветвителя соединен с первым входом второго оптоволоконного объединителя, второй вход которого соединен с выходом блока лазеров накачки, а выход второго объединителя соединен со входом циркулятора, вход/выход которого соединен с оптоволоконной линией связи, связывающей два удаленных объекта, а выход соединен со входом первого объединителя, соединенного с фотоприемником. Второй объект также включает в себя таймер событий, присоединенные к нему промежуточный генератор, к которому подключен генератор формирования шкалы времени второго объекта, приемник оптических импульсов со спектральным фильтром на частоте оптической несущей импульсов и компьютер, связанный с промежуточным генератором. Генератор оптических импульсов второго объекта подключен к входу блока разветвителей-объединителей второго объекта, который состоит из оптоволоконного разветвителя, первый выход которого соединен с первым оптоволоконным объединителем, выход которого соединен со входом фотоприемника, а второй вход с выходом циркулятора, а второй выход разветвителя соединен с первым входом второго оптоволоконного объединителя, второй вход которого соединен с выходом блока лазеров накачки, а выход второго объединителя соединен со входом циркулятора, вход/выход которого соединен с оптоволоконной линией связи, связывающей два удаленных объекта, а выход соединен со входом первого объединителя, соединенного с фотоприемником. Технический результат: повышение точности работы системы, повышение допустимого расстояния между объектами, повышение точности сравнения или синхронизации, увеличение надежности и оперативности, а также возможность сравнения или синхронизации шкал времени с использованием только одного оптического волокна произвольной длины, в т.ч. «темного» волокна, арендуемого у операторов общедоступных сетей связи. 1 ил.

Предлагаемое устройство относится к технике оптоволоконной связи и может быть использовано для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов, соединенных оптоволоконной линией связи. Изобретение направлено на увеличение расстояния между объектами без снижения точности сравнения и синхронизации шкал времени.

Известно устройство для сравнения и синхронизации шкал времени между наземными объектами, соединенными оптоволоконной линией связи, с помощью системы встречных сравнений шкал времени Пат. 2604852 РФ. Устройство для сравнения и синхронизации шкал времени / Д.В. Прохоров, О.В.Колмогоров, С.С. Донченко; заявитель и патентообладатель ФГУП "ВНИИФТРИ". Опубл. 10.12.2016, Бюл. №34.

Устройство содержит на первом объекте таймер событий, генератор формирования шкалы времени этого объекта, приемник оптических импульсов, компьютер, генератор оптических импульсов, блок разветвителей-объединителей. Второй объект также включает в себя таймер событий, промежуточный генератор, генератор формирования шкалы времени второго объекта, приемник оптических импульсов, компьютер, генератор оптических импульсов, блок разветвителей-объединителей. Блоки разветвителей-объединителей обоих объектов соединены между собой оптоволоконной линией связи. Компьютеры обоих объектов подключены к системе передачи информации о временных интервалах, такой как сеть Ethernet, Internet или беспроводная сеть.

К достоинствам данного устройства относится то, что увеличено допустимое расстояние между объектами за счет применения передающих модулей на каждом объекте, повышена точность сравнения или синхронизации за счет применения сигналов в оптическом диапазоне и прямой привязки оптических импульсов к шкалам времени, что исключает влияние погрешностей в передающем канале шкала времени - оптический импульс. Недостатком данного устройства является то, что дальность работы ограничена затуханием оптического излучения в оптоволоконной линии связи, при этом увеличение мощности передающих модулей ограничено как существующим уровнем техники, так и возникновением нелинейных эффектов, ухудшающих точностные характеристики устройства.

Для увеличения расстояния между объектами, на которых происходит сравнение и синхронизация шкал времени с помощью оптоволоконной линии связи известен способ распределенного усиления мощности оптических сигналов, Пат. 2715489 РФ. Способ распределенного усиления мощности оптических сигналов для систем сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров / С.С. Донченко, О.В. Колмогоров, Д.В. Прохоров; заявитель и патентообладатель ФГУП "ВНИИФТРИ". Опубл. 28.02.2020, Бюл. №7.

К достоинствам данного способа относится то, что с помощью объединителя излучение накачки из блока лазеров накачки поступает в оптоволоконную линию связи между удаленными объектами и создает условия для возникновения эффекта вынужденного комбинационного рассеяния в линии связи, при этом происходит распределенное усиление как импульсов поступающих в линию связи, так и распространяющихся в обратном направлении.

Достигаемым техническим результатом при использовании заявляемого устройства является повышение, по сравнению с существующими системами сравнения шкал времени с помощью ВОЛС, допустимого расстояния между объектами за счет применения на каждом объекте своего блока лазерной накачки для распределенного усиления оптических импульсов на основе эффекта вынужденного комбинационного рассеяния, при этом импульсы, распространяющиеся как с первого объекта на второй, так и со второго на первый, усиливаются как за счет сонаправленной накачки, так и за счет встречной накачки.

Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов, состоящее из двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах, содержит на первом объекте таймер событий, присоединенные к нему генератор формирования шкалы времени этого объекта, приемник оптических импульсов со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов и компьютер. Генератор оптических импульсов первого объекта подключен к входу блока разветвителей-объединителей, который состоит из оптоволоконного разветвителя, соединенного с оптоволоконным объединителем, соединенным с входом приемника оптических импульсов, объединителем, соединенным с блоком лазеров накачки и циркулятором, при этом циркулятор присоединен к объединителю, соединенным с входом приемника оптических импульсов, и к оптоволоконной линии связи, связывающей два удаленных объекта. Второй объект также включает в себя таймер событий, присоединенные к нему промежуточный генератор, к которому подключен генератор формирования шкалы времени второго объекта, приемник оптических импульсов со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов и компьютер, связанный с промежуточным генератором. Генератор оптических импульсов второго объекта подключен к входу блока разветвителей-объединителей второго объекта, который состоит из оптоволоконного разветвителя, соединенного с оптоволоконным объединителем, соединенным с входом приемника оптических импульсов, объединителем, соединенным с блоком лазеров накачки и циркулятором, при этом циркулятор присоединен к объединителю, соединенным с входом приемника оптических импульсов, и к оптоволоконной линии связи, связывающей два удаленных объекта. Компьютеры обоих объектов подключены к системе передачи информации о временных интервалах, такой как сеть Ethernet, Internet или беспроводная сеть.

Особенностью и преимуществом указанного устройства является то, что при определении расхождения шкал времени время задержки в оптоволоконной линии связи алгоритмически исключается; также то, что с помощью блока разветвителей-объединителей производится привязка оптических, а не электрических импульсов к соответствующим шкалам времени, что исключает влияние погрешностей в канале шкала времени - оптический импульс; а также то, что на каждом объекте исходящие и приходящие импульсы принимаются одним и тем же фотоприемным устройством, что алгоритмически исключает неисключенную систематическую погрешность канала фотоприемник - таймер событий; а также то, что в блоки разветвителей-объединителей каждого объекта встроены объединители, позволяющие ввести излучение блока лазеров накачки каждого объекта в оптоволоконную линию связи между объектами, что приводит к распределенному усилению оптических импульсов на основе эффекта вынужденного комбинационного рассеяния, при этом импульсы, распространяющиеся как с первого объекта на второй, так и со второго на первый, усиливаются как за счет как сонаправленной накачки, так и за счет встречной накачки.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 - показана схема устройства для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов, которое содержит на первом объекте таймер событий 1, присоединенные к нему генератор 2 формирования шкалы времени этого объекта, приемник 3 оптических импульсов со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов, компьютер 4. Генератор 5 оптических импульсов на первом объекте подключен к входу блока разветвителей-объединителей 6. Блок разветвителей-объединителей 6 состоит из оптоволоконного разветвителя 7, соединенного с оптоволоконным объединителем 8, и с оптоволоконным объединителем 9, соединенным с блоком лазеров накачки 10, и циркулятором 11, при этом оптоволоконный объединитель 8 также соединен с входом приемника 3 оптических импульсов и циркулятором 11, который соединен также с оптоволоконной линией связи 12, которая соединяет два удаленных объекта. Компьютер 4 подключен к системе передачи информации о временных интервалах 13, такой как сеть Ethernet, Internet или беспроводная сеть, соединенной с компьютерами 4 первого и 14 второго объектов для вычисления расхождения шкал времени объектов.

Второй объект содержит таймер событий 15, присоединенные к нему промежуточный генератор 16, к которому присоединен генератор формирования шкалы времени второго объекта 17, приемник оптических импульсов 18 со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов, компьютер 14. Генератор оптических импульсов 19 на втором объекте подключен к входу блока разветвителей-объединителей 20. Блок разветвителей-объединителей 20 состоит из оптоволоконного разветвителя 21, соединенного с оптоволоконным объединителем 22 и с оптоволоконным объединителем 23, соединенным с блоком лазеров накачки 24, и циркулятором 25, при этом оптоволоконный объединитель 22 также соединен с входом приемника оптических импульсов 18 и циркулятором 25, который соединен также с оптоволоконной линией связи 12, которая соединяет два удаленных объекта. Компьютер 14 подключен к системе передачи информации о временных интервалах 13 и промежуточному генератору 16, к которому подключен генератор формирования шкалы времени второго объекта 17.

Устройство в соответствии с фиг. 1 работает следующим образом.

На первом объекте оптический импульс с генератора оптических импульсов 5 поступает на вход блока разветвителей-объединителей 6, проходит через разветвитель 7, некоторая часть мощности оптического импульса через объединитель 8 поступает в приемник 3 оптических импульсов первого объекта со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов, основная часть мощности импульса через объединитель 9 и циркулятор 11 поступает в оптоволоконную линию связи 12, при этом в линию связи 12 из блока лазеров накачки 10 через объединитель 9 и циркулятор 11 поступает излучение накачки для усиления оптических импульсов, проходящих по линии связи 12. Электрический сигнал с приемника 3 оптических импульсов поступает в таймер событий 1, который фиксирует момент излучения оптического импульса t₁ в шкале времени первого объекта, сформированной генератором 2 сигнала 1 Гц, секундные метки которого поступают в таймер событий 1. Информация о моменте излучения оптического импульса t1 поступает в компьютер 4, который по системе передачи информации 13 направляет данные о значении t₁в компьютер 14 второго объекта.

Оптический импульс, пришедший по оптоволоконной линии связи на второй объект через циркулятор 25 и объединитель 22 блока разветвителей-объединителей 20, поступает в приемник оптических импульсов второго объекта 18 со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий в таймер событий 15. Также в таймер событий 15 поступает сигнал 1 Гц с промежуточного генератора 16, что позволяет определить время τ₁ прихода оптического импульса в шкале времени второго объекта, формируемой генератором 17 и промежуточным генератором 16. Информация о моменте прихода оптического импульса τ₁ направляется в компьютер 14 второго объекта.

На втором объекте оптический импульс с генератора оптических импульсов 19 поступает на вход блока разветвителей-объединителей 20, проходит через разветвитель 21, некоторая часть мощности оптического импульса через объединитель 22 поступает в приемник оптических импульсов 18 второго объекта, основная часть мощности импульса через объединитель 23 и циркулятор 25 поступает в оптоволоконную линию связи 12, при этом в линию связи 12 из блока лазеров накачки 24 через объединитель 23 и циркулятор 25 поступает излучение накачки для усиления оптических импульсов, проходящих по линии связи 12. Электрический сигнал с приемника оптических импульсов 18 поступает в таймер событий 15, который фиксирует момент излучения оптического импульса t₂ в шкале времени второго объекта, сформированной генератором 17 и промежуточным генератором сигнала 1 Гц 16, секундные метки которого поступают в таймер событий 15. Информация о моменте излучения оптического импульса 1 t₂ таймера событий 15 поступают в компьютер 14 второго объекта.

Оптический импульс, пришедший по оптоволоконной линии связи со второго на первый объект через циркулятор 11 и объединитель 8 блока разветвителей-объединителей 6, поступает в приемник оптических импульсов 3 первого объекта, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий в таймер событий 1, который определяет время τ₂ прихода оптического импульса в шкале времени первого объекта. Информация о моменте прихода оптического импульса τ₂ поступает в компьютер 4 и по системе передачи информации 13 направляется в компьютер 14 второго объекта.

За время цикла сравнения шкал времени с учетом различной частоты генерации импульсов или их длительности на каждом из объектов с помощью программного обеспечения определяется с какого объекта, - своего или противоположного, поступил данный импульс.

На основании данных о значениях t₁, t₂, τ₁, τ₂, определяют расхождение шкал времени удаленных объектов At по формуле:

где

t₁ - измеренное время излучения оптического импульса с первого объекта в шкале времени первого объекта,

t₂ - измеренное время излучения оптического импульса со второго объекта в шкале времени второго объекта,

τ₁ - измеренное время прихода оптического импульса с первого объекта на второй объект в шкале времени второго объекта,

τ₂ - измеренное время прихода оптического импульса со второго объекта на первый объект в шкале времени первого объекта.

Компьютер 14 вырабатывает управляющий сигнал, по которому промежуточный генератор 16 синхронизирует шкалу времени второго объекта со шкалой времени первого.

Усреднение данных за время цикла сравнения по каждой паре импульсов обеспечивает повышение точности сравнения и синхронизации.

Устройство для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов, состоящее из двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах, содержит на первом объекте таймер событий, присоединенные к нему генератор формирования шкалы времени этого объекта и приемник оптических импульсов со спектральным фильтром на частоте несущей оптических импульсов; при этом генератор оптических импульсов первого объекта подключен к блоку разветвителей-объединителей, включающему оптоволоконный разветвитель, один выход которого через первый оптоволоконный объединитель соединен с входом приемника оптических импульсов, другой выход разветвителя соединен со входом второго объединителя, на другом входе которого установлен блок лазеров накачки, к выходу второго объединителя присоединен циркулятор первого объекта, выход циркулятора соединен с первым оптоволоконным объединителем, вход/выход циркулятора соединен с оптоволоконной линией связи, связывающей два удаленных объекта; второй объект также включает в себя таймер событий, присоединенные к нему промежуточный генератор с подключенным к нему генератором формирования шкалы времени второго объекта, приемник оптических импульсов второго объекта со спектральным фильтром на частоте оптической несущей импульсов; при этом генератор оптических импульсов второго объекта подключен к блоку разветвителей-объединителей второго объекта, включающему оптоволоконный разветвитель, один выход которого через первый оптоволоконный объединитель соединен с входом приемника оптических импульсов, другой выход разветвителя соединен с вторым объединителем, на другом входе которого установлен блок лазеров накачки второго объекта, к выходу второго объединителя присоединен циркулятор второго объекта, выход циркулятора соединен с первым оптоволоконным объединителем, вход/выход циркулятора соединен с оптоволоконной линией связи, связывающей два удаленных объекта; на обоих объектах установлены компьютеры, связанные с таймерами событий, компьютер второго объекта соединен с промежуточным генератором, размещенным на втором объекте, компьютеры обоих объектов подключены к системе передачи информации о временных интервалах, такой как сеть Ethernet, Internet или беспроводная сеть.

Устройство относится к области техники для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с применением оптоволоконной линии связи, соединяющей объекты. Устройство выполнено в виде двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах, содержит на первом объекте два одностоповых таймера событий с подключенными к ним приемниками оптических импульсов.

Способ синхронизации часов // 2654846

Предлагаемый способ относится к технике связи и может быть использован в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частоты. Технической задачей изобретения является повышение точности сличения удаленных шкал времени путем автоматического выполнения соотношений:ωг1=ω2, ωг2=ω1=ωпр1, ωг2-ωг1=ωпр2,где ωпр1 - первая промежуточная частота,ωпр2 - вторая промежуточная частота.Устройство, реализующее предлагаемый способ синхронизации часов, содержит стандарт 1 частоты и времени, первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, генератор 3 псевдошумового сигнала, переключатель 4, первый 5, второй 13 и третий 19 смесители, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый 7 и второй 12 усилители мощности, детектор 8, приемопередающую антенну 9, первый 10 и второй 15 клипперы, первое 11 и второе 16 буферное запоминающие устройства, первый 14 и второй 20 усилители второй промежуточной частоты, измеритель 17 задержек и их производных, фазовращатель на +90°, фазовращатель на -90°, сумматор 22, перемножитель 23, первый 24 и второй 29 узкополосные фильтры, амплитудный детектор 25, ключ 26, удвоитель 27 фазы, делитель 28 фазы на два, фазовый детектор 30 и инверсный усилитель 31.

Устройство для сравнения шкал времени // 2640455

Изобретение относится к устройствам сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с применением оптоволоконной линии связи, соединяющей объекты. Устройство состоит из двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах.

Модем сигналов передачи времени по дуплексному каналу спутниковой связи // 2623718

Предлагаемый модем относится к технике связи и может быть использован в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), в службе единого времени и частоты, а также для обмена информацией между наземными пунктами, разнесенными на большие расстояния, с использованием геостационарного ИСЗ-ретранслятора.

Способ синхронизации часов и устройство для его реализации // 2619094

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и могут быть использованы в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частоты. Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения и по интермодуляционным каналам.

Способ синхронизации часов и устройство для его реализации // 2613865

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и радиолокации и могут быть использованы для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния.Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени путем обеспечения симметричности частот fГ2 и fГ3 второго и третьего гетеродинов относительно частоты f2 основного канала приемаfU2-f2=f2-fΓ3=fпр2.

Способ синхронизации часов и устройство для его реализации // 2612127

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и могут быть использованы в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частоты. Технической задачей изобретения является повышение точности синхронизации удаленных шкал времени путем точного и однозначного измерения угловых координат ИСЗ-ретранслятора и определения его местоположения и перемещения в пространстве.

Устройство для сравнения и синхронизации шкал времени // 2604852

Изобретение относится к устройствам сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с применением оптоволоконной линии связи, соединяющей объекты. Каждый объект содержит таймеры событий с присоединенными к ним на первом объекте генератором формирования шкалы времени и промежуточным генератором на втором объекте, приемниками оптических импульсов и компьютерами.

Система синхронизации частоты и шкалы времени удаленных пунктов // 2585325

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах единого времени, радионавигационных системах наземного базирования, в пространственно распределенных системах контроля и управления при решении задач, связанных с синхронизацией частот и шкал времени удаленных пунктов, например пунктов системы контроля за ГЛОНАСС.

Способ синхронизации часов и устройство для его реализации // 2583894

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также в службе единого времени и частот. Устройство, реализующее предлагаемый способ синхронизации часов, содержит стандарт 1 частоты и времени, первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, генератор 3 псевдослучайного сигнала, переключатель 4, первый 5 и второй 13 смесители, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый 7 и второй 12 усилители мощности, дуплексер 8, приемопередающую антенну 9, первый 10, второй 15, третий 32, четвертый 33 и пятый 34 клипперы, первое 11, второе 16, третье 35, четвертое 36 и пятое 37 буферные запоминающие устройства, усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый 17, второй 38, третий 39 и четвертый 40 измерители задержек и их производных, усилитель 18 первой суммарной частоты, усилитель 19 второй суммарной частоты, первый 20, второй 21, третий 28 и четвертый 29 амплитудные детекторы, первый 22, второй 23, третий 30 и четвертый 31 ключи.

Способ синхронизации часов в цифровых сетях // 2767163

Использование: способ относится к области синхронизации в цифровых сетях, в частности к способам, реализуемым в цифровых сетях, состоящих из ведущего и ведомого объектов, снабженных часами, между которыми осуществляют передачу пакетов информации по каналам связи, в том числе синхронизирующих пакетов. Сущность: ведомые объекты после приема синхронизирующего пакета формируют квитирующие пакеты, фиксируя информацию о времени отправки пакета по часам ведомого объекта, а ведущий объект после приема квитирующего пакета формирует корректирующий пакет, содержащий информацию о времени отправки по часам ведущего объекта, и передает его на ведомый объект, где фиксируют время приема этого пакета, вычисляют разность между временем передачи квитирующего пакета и приема корректирующего пакета по часам ведомого объекта, которую сравнивают с порогом, являющимся максимально допустимым временем задержки, и, если вычисленная разность не превышает значения порога, производят корректировку часов ведомого объекта на величину вычисляемой разности между временем отправки корректирующего пакета по часам ведущего объекта и временем приема корректирующего пакета по часам ведомого объекта, за вычетом половины времени между передачей квитируемого пакета и приемом корректируемого пакета. Технический результат: повышение точности синхронизации часов ведомых объектов относительно часов ведущего объекта при случайном времени задержки доставки пакетов. 3 ил.