DE2210998B2

DE2210998B2 - Verfahren und einrichtung zum messen von laufabweichungen von uhren

Info

Publication number: DE2210998B2
Application number: DE19722210998
Authority: DE
Inventors: Jean Issy les Moulineaux; Boillot Jean LHay les Roses; Besson (Frankreich)
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1971-03-12
Filing date: 1972-03-08
Publication date: 1973-03-15
Also published as: US3722258A; CH330772A4; CH580298B5; FR2128227A1; FR2128227B1; DE2210998C3; DE2210998A1

Description

Fig.2 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wir- menden Signale und mißt die Zeitdifferenz Z₁ y.wikungsweise der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung. sehen dem Augenblick der Ankunft dieser Signale

In F i g. 1 sind die beiden Stationen A und ß, zwi- im Chronometer. Das Chronometer 12 empfängt die sehen denen ein Laufvergleich der Uhren stattfinden vom Zeitgeber 3' und vom Empfänger 10' gelieferten soll, durch mit gestrichelten Linien gezeichnete Recht- 5 Signale und mißt eine Zeitdifferenz Z₂ zwischen den eckel und 11 dargestellt. Die Station Λ soll bei- Ankunftszeitpunkten der genannten Signale im Chi μ-spielsweise eine Hauptstation oder Bezugsstation sein nometer. Das Chronometer 8 schließlich empfang und die Station S eine Nebenstation. Die Station B die von den Empfängern 6 und 10 kommenden soll feststehend und die Station A soll in einem Flug- Signale und mißt eine Zeitdifferenz zwischen den Anzeug untergebracht sein. io kunftszeitpunkten dieser Signale am Chronometer.

Die Station A weist eine Atomuhr als Bezugsuhr 2 Die Zeit ist gleich 2 r,_;, da das Chronometer 8 die auf, beispielsweise eine Caesium-Uhr, einen Zeitge- Lasersignale einmal direkt über den am gleichen Ort ber 3, der aus einem elektrischen Impulsgenerator befindlichen Empfänger 6 und außerdem, nachdem besteht, der durch die Atomuhr synchronisiert ist das Licht den Weg zwischen den Stationen A und h und beispielsweise Impulse mit einer Frequenz von 15 einmal hin und her zurückgelegt hat, durch den Emp-10 Impulsen pro Sekunde ausstrahlt. Die Station A fänger 10 erhält.

weist außerdem einen Laser 4, eine halbdurehVässige Die von den drei Chronometern gelieferten AnScheibe 5, einen ersten Lichtempfänger 6, ein erstes zeigen erlauben ein Ausrechnen der Laufzeitdifferen/ Chronometer 7, ein zweites Chronometer 8, ein TeIe- zwischen den beiden L'h n. also die Zeitverzöge skop 9 und einen zweiten Lichtempfänger 10 auf. Die 20 rung f zwischen den beiden Z :itgebern 3 und 3', wil Stationß weist eine Nebenatomuhr 2', einen Zeit- aus Fig. 2 ersichtlich ist. In dieser Figur sind vergeber 3', ein Teleskop 9', einen Lichtempfänger 10' schiedene Impulssignale als Funktion der Zeit dar- und ein drittes Chronometer 12 auf. Sie weist außer- bestellt, nämlich die Signale a_v a.,... des Zeitgebers 3 dem einen Reflektor 13 für Lichtstrahlen auf, die der der Station /1, die Signale b_v b.,... des Zeitgeber·« 3' Sendefrequenz des Lasers entsprechen. 25 der Station B, und ein Signal 1, das vom Laser 4 ge

Der Laser 4 kann ein Rubinlager sein, der sehr liefert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kurze Lichtimpulse liefert, deren Vorderflanke mit ist man davon ausgegangen, daß der Zeitgeber der einer Genauigkeit bestimmt ist, die in der Größen- Station B gegenüber dem Zeitgeber der Station A Ordnung einer Nanosekunde liegt. um die zu messende Zeit ζ voreilt. Das Chronometer

Die durch die Uhr 2 und den Zeitgeber 3 gebildete 30 12 empfängt das um T_n verzögerte Signal, das in Einheit ist auf dem einschlägigen Gebiet der Technik F i g. 2 an der Stelle q dargestellt ist, und direkt das bekannt. Dieser Zeitgeber arbeitet nach dem Prinzip vom Zeitgeber 3' der Station B kommende Signal b_v der Frequenzübersetzung. Die Empfänger der Statio- und es ergibt sich die Beziehung: nen A und B sind vorzugsweise schnelle Fotover- _{ _ _f _μ _t _ _r (i)

stärker, die für Laserstrahlen empfänglich sind. Die 35 2 ■ 1 »·

Chroi ometer 7, 8 und 12 sind ebenfalls bekannte Aus dieser Beziehung läßt sich t .rrechnen. da die

Geräte, die das Messen einer Zeitspanne erlauben die Chronometer 7, 8 und 12 jeweils einen der Zeitwerte gleich ist der Differenz zwischen den Zeitpunkten Z₁, 2r„ und Z₂ mit einer möglichen Präzision in der des Auftretens von Impulssignalen, die auf ihre Ein- Größenordnung von IG"¹ Nanosekunden liefern. Die gänge gegeben werden. Ein solches Chronometer be- 40 Gesamtgenauigkeit der Messung von ζ liegt in der ginnt im Zeitpunkt der Eingabe des ersten empfan- Größenordnung von einer Nanosekunde. genen Signals zu laufen und stoppt im Zeitpunkt des Um eine Meßserie auszuführen, muß jedesmal das

Auftretens des zweiten empfangenen Signals. Diese Chronometer 7 der Station A auf Null zurückgestellt Geräte haben gewöhnlich eine Genauigkeit, die in werden, und es muß eine Vorrichtung vorgesehen der Größenordnung von 10~' Nanosekunden liegt. 45 werden, den Laser während dieser Zurückstellung Die Teleskope sind Lichtverstärker bekannter Bau- zu sperren, wenn dieser Laser in regelmäßigen Abart stünden automatisch ausgelöst wird.

Die Einrichtung wirkt auf folgende Weise: der Die Auswertung der Daten der Einrichtung kann

Laser wird mit Hilfe des Unterbrechers 14 von Hand mit Hilfe von fernmeldetechnischen Einrichtungen oder automatisch in einem beliebigen Zeitpunkt aus- 50 erfolgen, indem beispielsweise die Ergebnisse Z₁ und gelöst. Ein Synchronismus zwischen der Auslösung t„ zur festen Station B übertragen werden, wo dann des Lasers und der Auslösung des Zeitgebers 3 ist sämtliche Werte vorliegen, aus denen ζ errechnet wernicht erforderlich. Der vom Laser ausgesandte Impuls den kann. Dadurch wird eine Zeiteinstellung der wird einerseits auf den Empfänger 6 der Station A Uhr 2' dieser Station möglich, so daß die beschriegegeben. Andererseits wird er über das Teleskop 9' 55 bene Einrichtung also dazu verwendet werden kann, auf den Empfänger 10' der Station B gegeben, offen- am eine Reihe von Nebenuhren mit einer Hauptuhr sichtlich mit einer bestimmten Verspätung τ_ρ infolge zu synchronisieren. Umgekehrt könnte die Station B der Ausbreitung des Laserlichtsignals und der Ent- auf einem Satelliten angecrdntt sein und einen radiofernung zwischen den Stationen A und S. Das in der elektrischen Sender tragen, der das Ergebnis Z₂ ausStation B empfangene Signal wird auf den Empfänger 60 sendet. Eine solche Station könnte mohrere feste Sta-10 der Station A mittels eines Reflektors 13 über das tionen, die der Station A entsprechen, mit großer Teleskop 9 zurückgeleitet, wobei eine weitere Ver- Genauigkeit synchronisieren, wobei diese feststehenzögerung t„ auftritt. Das Chronometer 7 empfängt den Stationen unter anderem einen geeigneten radiodie vom Zeitfieber 3 und vom Empfänger 6 korn- elektrischen Empfänger aufweisen würden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Verfahrens laßt sich eine Genauigkeit von 50 Nano- Patentansprüche: Sekunden mit einer ziemlich sperrigen und beschwerlichen Einrichtung erzielen.

1. Verfahren zum Messen von Laufabweichun- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gen von entfernt voneinander, fest oder beweg- 5 Nachteile einer vorstehend genannten Einrichtung zu lieh angeordneten Uhren, dadurch gekenn- vermeiden und ein Verfahren und eine Einrichtung zeichnet, daß ein in einer ersten Station (1) zum Messen von Laufabweichungen von Uhren zu angeordneter Lichtimpulsgeber (4) Lichtimpuls- schaffen, das eine wesentlich größere Genauigkeit signals nach Erfassung durch die erste Station hat und einen geringeren Einrichtungsaufwand erfor- (A; 1) zu einer zweiten Station (B; 11) aussendet, in dert. ^rJicse Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch wo sie erfaßt und mit Hilfe eines Reflektors (13) gelöst, daß ein in einer ersten Station angeordneter zur ersten Station (1; A) zurückgeleitet und dort Lichtimpulsgeber L ^:chtimpulssignale nach Erfassung neu erfaßt werden, und daß in den beiden Sta- durch die erste Station zu einer zweiten Station austionen (1,11; A, B) enthaltene Chronometer (7, 8, sendet, wo sie erfaßt and mit Hilfe eines Reflektors 12) die Zeitdifferenz (I₁, /.„ 2r_p) zwischen dem 15 zur ersten Station zurückgeleitet und dort erneut erEmpfang der so erfaßten Signale und der Aus- faßt werden, und daß in den beiden Stationen entsendung von Signalimpulsen (α. b). die von den haltene Chronometer die Zeitdifferenz zwischen dem entsprechen Jen Uhren (2/3; 2'/3') abgeleitet wer- Empfang der so erfaßten Signale und der Aussendun;: den. sowie die Zeitdifferenz des Empfangs der von Signalimpulsen, die von den entsprechenden erfaßten Signale in der ersten Station (1; A) be- 20 Uhren abgeleitet werden, sowie die Zeitdifferenz de^ stimmen. Empfangs erfaßten Signale in der ersten Station he-

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfah- stimmen. Bei diesem Verfahren werden also die Fern rens nach Anspruch 1, daduuh gekennzeichnet, meldesignale bekannter Verfahren durch Lichtsignal^ daß sie in der ersten Station (1) eine erste Uhr ersetzt, wobei die Lichtquelle ein Lasergerät i.,t, das (2). einen Laser (4) zur Aussendung von kohä- 25 in der Lape ist. impulse sehr kurzer Dauer auszusenrenten Lichtimpulsen zu einem bestimmten Zeit- den, deren Vorderflanke mit einer Genauigkeit in der punkt, einen ersten lichtelektrischen Empfänger Größenordnung einer Nanosekunde definiert ist.

(6) für dies, 'impulse, ein erstes Chronometer (7) Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich mit zum Messen der Differenz /wischen den Emp- einer Einrichtung durchführen, die dadurch gekennfangszeitpunkten der Ausgangssignale dieses 30 zeichnet ist, daß sie in der ersten Station eine ~rste Empfängers (6, und dvn S^ndezeitpunkten der Uhr. einen Laser zur Aussendung von kohärenten Signale von einem mit der ersten Uhr (2) syn- Lichtimpulsen zu einem bestimmten Zeitpunkt, einen chmnisierten Impulsgenerator (3), einen zweiten ersten lichtelektrischen Empfänger für diese Impulse, lichtelektrischen Empfänger (10) zum Empfangen ein erstes Chronometer zum Messen der Differenz der Laserimpulse nach einem Verlauf von der 35 zwischen den F.mpfangszeitpunkten der Ausgangsersten zur zweiten Station (1, *1) und zurück über signale dieses Empfängers un.I den Sendezdtpunkten einen an der zweiten Station angeordneten Re- der Signale von einem mit der ersten Uhr synchroniflektor (13), und ein zweites Chronometer (7), das sierten Impulsgenerator, einen zweiten lichtelektridie Zeitspanne zwischen dem Empfang der Aus- sehen Empfänger zum Empfangen der Laserimpulse gangssignale des ersten und des zweiten Empfän- 40 nach einem Verlauf von der ersten zur zweiten Stagers mißt, aufweist, und dadurch gekennzeichnet, tion und zurück über einen an der zweiten Station daß die zweite Station eine zweite Uhr (2'), einen angeordneten Reflektor und ein /.weites Chronolichtelektrischen Empfänger (10') für vom Laser meter, das die Zeitspanne zwischen dem Empfang ausgesandte Lichtimpulse und ein drittes Chrono- der Ausgangssignale des ersten und des zweiten meter (12) aufweist, daß die Zeitspanne zwischen 45 Empfängers mißt, aufweist, und dadurch gekenndem Empfang der Ausgai.gssignale des Empfän- zeichnet, daß die zweite Station eine zweite Uhr, gers (10') und der Aussendung der Signale eines einen lichtelektrischen Empfänger für vom Laser mit der zweiten Uhr (2') synchronisierten Impuls- ausgesandte Lichtimpulse und ein drittes Chronogenerators (3') mißt. meter aufweist, das die Zeitspanne zwischen dem

50 Empfang der Ausgangssignale des Empfängers und

der Aussendung der Signale eines mit der zweiten

Uhr synchronisierten Impulsgenerators mißt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein- Der zugeordnete Empfänger kann von einem Fotorichtung zum Messen von Laufabweichungen von multiplikator oder einer Fotodiode gebildet sein. Bei entfernt voneinander, fest oder beweglich angeord- 55 einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist der aktive neten Uhren. Sender der Sekundärstation bekannter Einrichtungen Es ist bereits bekannt, den Laufunterschied zwischen durch einen passiven Sender ersetzt, der aus einem einer Normaluhr und Nebenuhren mit Hilfe fern- Lichtreflektor besteht. Eine Einrichtung gemäß der meldetechnischer Mittel zu messen. Die Normaluhr Hrfindung läßt sich mit wesentlich weniger Aufwand kann in einem Flugzeug transportiert werden, das 60 einrichten und betreiben, und die Stationen können eine erste Sende- und Empfangsstation aufweist, mit kompakten und relativ billigen Geräten versehen während sich eine zweite Sende- und Empfangs- werden.

station am Aufstellungsort der Nebenuhr befindet. Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

Der Zeitpecel der Bezugszeit wird durch die Fern- nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der

meldestation des Flugzeuges in Form von Impuls- 65 Zeichnung. Im einzelnen zeigt

Signalen übertragen und mit dem Zeitpegel der Ne- F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs-

benuhr verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleiches gemäß ausgebildeten Meßeinrichtung in Blockschalt-

vvird in das Flugzeug zurückübertragen. Mit diesem darstellung;