RU2383914C1 - Method of synchronising watches and device for realising said method - Google Patents

Method of synchronising watches and device for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2383914C1
RU2383914C1 RU2008141954/28A RU2008141954A RU2383914C1 RU 2383914 C1 RU2383914 C1 RU 2383914C1 RU 2008141954/28 A RU2008141954/28 A RU 2008141954/28A RU 2008141954 A RU2008141954 A RU 2008141954A RU 2383914 C1 RU2383914 C1 RU 2383914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
frequency
time
output
noise
Prior art date
Application number
RU2008141954/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Ипатов (RU)
Александр Васильевич Ипатов
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Борис Васильевич Койнаш (RU)
Борис Васильевич Койнаш
Владимир Никифорович Кузьмин (RU)
Владимир Никифорович Кузьмин
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН
Priority to RU2008141954/28A priority Critical patent/RU2383914C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2383914C1 publication Critical patent/RU2383914C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

FIELD: physics; communication.
SUBSTANCE: invention relates to communication engineering and radar and can be used for collating time scales spaced far apart. The result is achieved due to that, the device which realises the method of synchronising watches has a time and frequency standard, first and second heterodynes, a unit of heterodynes, a pseudonoise generator, a switch, power amplifiers, a duplexer 8, a transceiving antenna 9, first and second clippers, first and second memory elements, a correlator, an adjustable delay unit, a multiplier, a low-pass filter, an optimising peak-holding controller and a microprocessor.
EFFECT: more accurate measurement of differential time offset between probing and relayed noise-like signals through automatic tracking of movement of the extremum of the correlation function of the said signals along the abscissa axis.
2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и радиолокации и могут быть использованы для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния.The proposed method and device relate to communication and radar techniques and can be used to compare time scales spaced over long distances.

Известны способ и устройство синхронизации часов (авт.свид. СССР №№970300, 118083, 1244632, 1278800; патенты РФ №№2001423, 2003157, 2040035, 2177167, 2301437; B.C.Губанов, A.M.Финкельштейн, П.А.Фридман. Введение в радиоастрономию. - М., 1983; и другие).There is a known method and device for clock synchronization (autosw. USSR No. 970300, 118083, 1244632, 1278800; RF patents No. 2001423, 2003157, 2040035, 2177167, 2301437; BC Gubanov, AM Finkelshtein, P. A. Fridman. Introduction to radio astronomy. - M., 1983; and others).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ синхронизации часов» (патент РФ №2003157, G04С 11/02, 1991) и «Устройство синхронизации часов» (патент РФ №2001423, G04С 11/02, 1992), которые и выбраны в качестве прототипов.Of the known methods and devices closest to the proposed are the "Method of clock synchronization" (RF patent No. 2003157, G04C 11/02, 1991) and the "Clock synchronization device" (RF patent No. 2001423, G04C 11/02, 1992), which selected as prototypes.

Указанные способ и устройство обеспечивают сличение шкал времени, разнесенных на большое расстояние, и основаны на использовании дуплексного метода связи через геостационарный ИСЗ-ретранслятор и корреляционной обработке шумоподобных сигналов.The aforementioned method and device provide a comparison of time scales spaced over a long distance, and are based on the use of the duplex communication method through a geostationary satellite repeater and correlation processing of noise-like signals.

Основное достоинство дуплексного метода связи состоит в том, что в нем исключается длина трассы прохождения сигнала. Поэтому его точность в основном зависит от параметров бортового ретранслятора, типа используемого сигнала и техники измерения временных интервалов.The main advantage of the duplex communication method is that it eliminates the length of the signal path. Therefore, its accuracy mainly depends on the parameters of the onboard transponder, the type of signal used, and the technique for measuring time intervals.

Для измерения временных интервалов используется корреляционная обработка шумоподобных сигналов, которые имеют ряд достоинств, одним из которых является хорошее свойство корреляционной функции R(τ) указанных сигналов: она имеет относительно высокий уровень центрального лепестка и низкий уровень боковых лепестков.To measure time intervals, correlation processing of noise-like signals is used, which have several advantages, one of which is a good property of the correlation function R (τ) of these signals: it has a relatively high level of the central lobe and a low level of side lobes.

Следует отметить, что ИСЗ-ретранслятор, размещенный на геостационарной орбите, под действием различных дестабилизирующих факторов совершает определенные движения относительно предполагаемого устойчивого положения. Поэтому корреляционную обработку шумоподобных сигналов целесообразно проводить с использованием корреляционной экстремальной системы.It should be noted that the satellite repeater placed in a geostationary orbit, under the influence of various destabilizing factors, makes certain movements relative to the assumed stable position. Therefore, the correlation processing of noise-like signals should be carried out using the correlation extremal system.

В указанной системе вычисления корреляционной функции R(τ) между зондирующим и ретранслированными шумоподобными сигналами и отслеживается перемещение ее экстремума вдоль оси абсцисс. Процесс слежения осуществляется с помощью беспоисковой системы экстремального регулирования. Положение экстремума корреляционной функции R(τ) на оси абсцисс может быть определено с высокой точностью.In the indicated system for calculating the correlation function R (τ) between the probing and relayed noise-like signals, the movement of its extremum along the abscissa is monitored. The tracking process is carried out using a searchless system of extreme regulation. The extremum position of the correlation function R (τ) on the abscissa axis can be determined with high accuracy.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения относительного временного сдвига между зондирующим и ретранслированным шумоподобными сигналами путем автоматического отслеживания перемещения экстремума корреляционной функции указанных сигналов вдоль оси абсцисс.An object of the invention is to increase the accuracy of measuring the relative time shift between the probing and relayed noise-like signals by automatically tracking the movement of the extremum of the correlation function of these signals along the abscissa.

Поставленная задача решается тем, что способ синхронизации часов, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных 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, при этом в начальный момент времени t1 по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту f1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, в тот же момент времени t1 по часам второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t3 по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту f1 усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора, в тот же момент времени t3 по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1 и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений, отличается от ближайшего аналога тем, что зарегистрированный зондирующий сигнал пропускают через блок регулируемой задержки, перемножают его с зарегистрированным ретранслированным сигналом, выделяют низкочастотное напряжение, формируя тем самым корреляционную функцию R(τ), где τ - текущая временная задержка, изменением задержки τ поддерживают корреляционную функцию R(τ) на максимальном уровне, фиксируют временную задержку τi (i=1, 2, 3, 4) между двумя парами зарегистрированных зондирующих и ретранслируемых сигналов, по величине которой производится сличение шкал времени.The problem is solved in that the clock synchronization method, based, according to the closest analogue, on the simultaneous reception of noise-like microwave signals from an artificial Earth satellite by spaced ground points, coherently converting them to a video frequency, digitally recording the received signals and determining the time delay of one of the same signal to synchronization points by the method of correlation processing of registered signals, the magnitude of which compares time scales, while at initial time t 1 to the clock of the first item using the code sequences form a noise-like microwave signal is recorded it at the same point, the conditioned signal is converted to a frequency f 1, increase its power emit the amplified signal toward the artificial satellite - repeater in the same time point t 1, the clock of the second item with the same code sequence form the same noise-like microwave signal, it is recorded in the second paragraph, taking onboard equipment retro-hIS slyatora signal at frequency f 1, re-emit it at first and second points at the frequency f 2 while preserving phase relationships, at an arbitrary time t 3 by the clock of the second paragraph similarly formed and recorded noise-like microwave signal generated signal is converted to a frequency f 1 strengthen in terms of power, an amplified signal is emitted in the direction of the same satellite repeater, at the same time t 3, according to the clock of the first point, using the same code sequence they generate the same noise-like microwave signal, register it on the first In the first paragraph, the signal at the frequency f 1 is received by the onboard equipment of the satellite repeater and re-emitted to the first and second points at the frequency f 2 while maintaining the phase relations, differs from the closest analogue in that the registered probe signal is passed through an adjustable delay unit, multiplied by a registered relay signal, a low-frequency voltage is isolated, thereby forming a correlation function R (τ), where τ is the current time delay, by varying the delay τ, the correlation function R (τ) at the maximum level, fix the time delay τ i (i = 1, 2, 3, 4) between two pairs of registered probing and relay signals, the value of which is used to compare time scales.

Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные эталон времени и частоты, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдослучайного сигнала, первый усилитель промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом эталона времени и частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом эталона времени и частоты, второй блок памяти и коррелятор, при этом к второму выходу генератора псевдослучайного сигнала последовательно подключены первый клиппер, второй вход которого соединен с вторым выходом эталона времени и частоты, и первый блок памяти, выход которого подключен к второму входу коррелятора, отличается от ближайшего аналога тем, что коррелятор выполнен в последовательно подключенных к выходу первого блока памяти блока регулируемой задержки, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока памяти, фильтра нижних частот и экстремального регулятора, выход которого соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен микропроцессор.The problem is solved in that the clock synchronization device, containing, in accordance with the closest analogue, an AES repeater, first and second ground stations, each of which contains a time and frequency standard connected in series, a first local oscillator, a first mixer, the second input of which is through a switch connected to the first output of the pseudo-random signal generator, the first intermediate frequency amplifier, the first power amplifier, duplexer, the input-output of which is connected to the transmit-receive antenna, the second amplifier power, a second mixer, the second input of which is connected through the second local oscillator to the first output of the time and frequency standard, the second intermediate frequency amplifier, the second clipper, the second input of which is connected to the third output of the time and frequency standard, the second memory unit and the correlator, while the first output of the pseudo-random signal generator is connected in series with the first clipper, the second input of which is connected to the second output of the time and frequency standard, and the first memory block, the output of which is connected to the second input of the correl Ora, differs from the closest analogue in that the correlator is made in series with the output of the first memory block of the adjustable delay unit, a multiplier, the second input of which is connected to the output of the second memory block, a low-pass filter and an extreme controller, the output of which is connected to the second input of the adjustable block delays, to the second output of which a microprocessor is connected.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов A и B и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ.The geometric arrangement of ground points A and B and the satellite A relay S is shown in figure 1, where the following notation is introduced: O is the center of mass of the Earth; d is the base of the interferometer; r is the radius vector of the satellite.

Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S, A, B - шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов A и B соответственно.The timing diagram of the duplex clock comparison method is shown in FIG. 2, where the following notation is introduced: S, A, B — time scales of the satellite repeater and points A and B, respectively.

Синхронизация часов по предлагаемому способу осуществляется следующим образом:Clock synchronization by the proposed method is as follows:

в момент времени

Figure 00000001
по часам первого пункта A с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал (сигнал α1);at time
Figure 00000001
by the clock of the first point A using a code sequence form a noise microwave signal (signal α 1 );

регистрируют его на этом же пункте;register it at the same point;

сформированный сигнал преобразуют на частоте f1;the generated signal is converted at a frequency f 1 ;

усиливают его по мощности;reinforce it in power;

излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор;emit an amplified signal in the direction of the satellite repeater;

в тот же момент времени

Figure 00000002
по часам второго пункта B с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигнал β1);at the same time
Figure 00000002
by the clock of the second point B using the same code sequence form the same noise microwave signal (signal β 1 );

регистрируют его на втором пункте B (сигнал β1, который, однако, не отправляют на ретрансляцию);register it at the second point B (signal β 1 , which, however, is not sent for relay);

принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1 (сигнал α1);receive on-board equipment of the satellite repeater signal at a frequency f 1 (signal α 1 );

переизлучают его в пунктах A и B на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений на интервале tc;re-emit it at points A and B at a frequency f 2 while maintaining phase relationships in the interval t c ;

принимают ретранслированный сигнал в обоих пунктах; receive a relay signal at both points;

преобразуют его на видеочастоту;convert it to a video frequency;

регистрируют его в моменты времени

Figure 00000003
и
Figure 00000004
соответственно (сигналы α2, β2);register it at time points
Figure 00000003
and
Figure 00000004
respectively (signals α 2 , β 2 );

в произвольный момент времени

Figure 00000005
по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумовой СВЧ-сигнал (сигнал β3);at any time
Figure 00000005
according to the clock of the second point, a noise microwave signal (signal β 3 ) is formed and recorded in a similar manner;

сформированный сигнал преобразуют на частоте f1; the generated signal is converted at a frequency f 1 ;

усиливают его по мощности;reinforce it in power;

излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора;emit an amplified signal in the direction of the same satellite repeater;

в тот же момент времени

Figure 00000006
по часам первого пункта A с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигнал α3);at the same time
Figure 00000006
by the clock of the first paragraph A using the same code sequence form the same noise microwave signal (signal α 3 );

регистрируют его на первом пункте A (сигнал α3, который, однако, не регистрируют);register it at the first paragraph A (signal α 3 , which, however, do not register);

принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте f1 (сигнал α3);receive on-board equipment of the satellite repeater signal at a frequency f 1 (signal α 3 );

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

и соответствующие им частоты интерференции Fi(i=l,2,3,4), которые определяют производные этих задержек:and the corresponding interference frequencies F i (i = l, 2,3,4), which determine the derivatives of these delays:

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
Where
Figure 00000012

aj,bl (j=1,2,3) - время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами A и В соответственно (фиг.1);a j, b l (j = 1,2,3) - the propagation time of the signal between the satellite and points A and B, respectively (figure 1);

Figure 00000013
- задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;
Figure 00000013
- signal delays in the radiating equipment of both points;

Figure 00000014
- задержки сигналов в приемо-регистрирующей аппаратуре;
Figure 00000014
- signal delays in the receiving and recording equipment;

Δs - задержка сигналов в бортовом ретрансляторе ИСЗ;Δs - signal delay in the aircraft satellite repeater;

Δt=tB-tA - искомая разность показаний часов в один и тот жеΔt = t B -t A is the desired difference in the clock readings in the same

физический момент. physical moment.

Полагая aj и bj линейными функциями с производными

Figure 00000015
Figure 00000016
,
Figure 00000017
, получаем:Assuming a j and b j linear functions with derivatives
Figure 00000015
Figure 00000016
,
Figure 00000017
we get:

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
Where
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

переизлучают его в пункты A и B на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений на интервале tc;re-emit it to points A and B at a frequency f 2 while maintaining phase relationships in the interval t c ;

принимают ретранслированный сигнал в обоих пунктах; receive a relay signal at both points;

преобразуют его на видеочастоту;convert it to a video frequency;

регистрируют его в моменты времени

Figure 00000021
и
Figure 00000022
соответственно (сигналы α4, β4);register it at time points
Figure 00000021
and
Figure 00000022
respectively (signals α 4 , β 4 );

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

ΔA.B', ΔA.B” - задержки сигнала в атмосфере на частотах f1 и f2 Δ AB ', Δ AB ”- signal delay in the atmosphere at frequencies f 1 and f 2

соответственно;respectively;

ν - релятивистская поправка (эффект Саньяка);ν - relativistic correction (Sagnac effect);

c - скорость света;c is the speed of light;

Д - площадь четырехугольника OA'SB', образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов A и B и ИСЗ-ретранслятора.D - the area of the quadrangle OA'SB ', formed in the equatorial plane by the center of mass of the Earth, the projections of points A and B and the satellite repeater.

Поправку γ за подвижность ИСЗ-ретранслятора во времени единичного измерения проще всего свести к нулю соответствующим выбором свободного параметра θ:The correction γ for the mobility of the satellite repeater in time of a single measurement is most easily reduced to zero by the corresponding choice of the free parameter θ:

Figure 00000025
Figure 00000025

который следует в начале измерений рассчитывать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений. Что касается поправки δ за аппаратные задержки, то ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы».which should be calculated at the beginning of measurements by approximate ephemeris data, and then clarified by the results of current measurements. As for the correction δ for hardware delays, it can be found by calibration using the “zero base” method.

Атмосферная поправка ε также учитывается.The atmospheric correction ε is also taken into account.

Оценка ошибки измерения временных задержек τi(i=1,2,3,4).Estimation of the error in the measurement of time delays τ i (i = 1,2,3,4).

Радиоинтерферометрическое отношение сигнал/шум составитThe radio interferometric signal-to-noise ratio is

Figure 00000026
(3)
Figure 00000026
(3)

А ошибки измерения временной задержки τ и частоты интерференции F имеют видAnd the errors in measuring the time delay τ and interference frequency F have the form

Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000027
Figure 00000028

где Δf - полоса принимаемых и регистрируемых частот псевдошумового сигнала;where Δf is the band of received and recorded frequencies of the pseudo-noise signal;

Рc, Рш - мощности сигнала и шума на входе приемника;R c , R W - signal power and noise at the input of the receiver;

tc - интервал когерентности сигнала при его ретрансляции.t c is the coherence interval of the signal when it is relayed.

Тогда для получения ошибки στ=0,1 нс необходимо, чтобы QΔf≥5·109. Например, при Δf=10 МГц получаем Q≥500, что вполне достижимо даже при использовании наземных приемо-передающих антенн малого диаметра.Then, to obtain the error σ τ = 0.1 ns, it is necessary that QΔf≥5 · 10 9 . For example, at Δf = 10 MHz we get Q≥500, which is quite achievable even with the use of small-diameter terrestrial transmit-receive antennas.

Для Q=500, Δf=10 МГц и

Figure 00000029
согласно (4) оказывается достаточным и For Q = 500, Δf = 10 MHz and
Figure 00000029
according to (4) it turns out to be sufficient and

tc=5·10-6 с. Как легко показать, такое время когерентности обеспечивается уже при нестабильности гетеродина бортового ретранслятора σf=2·10-6.t c = 5 · 10 -6 s. It is easy to show that such a coherence time is ensured even with the instability of the local oscillator local oscillator σ f = 2 · 10 -6 .

Что касается ошибки измерения частоты интерференции F, то при использовании в качестве ретранслятора ИСЗ-геостационара обычно выполняются следующие ограничения: [Θ]<τ ≈0,3c, [ν]=с[τ]<100

Figure 00000030
, поэтому для вычисления γ с ошибкой 0,1 нс необходимо F знать с ошибкой σF= 3Гц. Тогда, используя формулы (4) и (5), получаем tC=0,4·10-3, что требует более высокой стабильности бортового гетеродина 3σf≈3·10-8.As for the error in measuring the interference frequency F, when using an artificial satellite geostationary as a repeater, the following restrictions are usually fulfilled: [Θ] <τ ≈0.3c, [ν] = s [τ] <100
Figure 00000030
therefore, to calculate γ with an error of 0.1 ns, it is necessary to know F with an error σ F = 3 Hz. Then, using formulas (4) and (5), we obtain t C = 0.4 · 10 -3 , which requires higher stability of the onboard local oscillator 3σ f ≈3 · 10 -8 .

Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (A), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг.3, где введены следующие обозначения: 1 - стандарт частоты и времени, 2 - блок гетеродинов - первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, 4 - переключатель, 5, 13 - 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 задержки и их производных, измеритель 17 задержек содержит блок 18 регулируемой задержки, перемножитель 19, фильтр 20 нижних частот, экстремальный регулятор 21 и микропроцессор 22.The structural diagram of the equipment of one of the items (A) that implements the proposed method for clock synchronization is shown in Fig. 3, where the following notation is introduced: 1 - frequency and time standard, 2 - local oscillator unit - first 2.1 and second 2.2 local oscillators, 4 - switch, 5, 13 - mixers, 6, 14 - intermediate frequency amplifiers, 7, 12 - power amplifiers, 8 - duplexer, 9 - transceiver antenna, 10, 15 - clippers, 11, 16 - buffer storage devices, 17 - delay meter and their derivatives, the delay meter 17 comprises an adjustable delay unit 18 nozhitel 19, filter 20 is a lowpass extreme regulator 21 and microprocessor 22.

Принцип работы аппаратуры заключается в следующем. На первом шаге единичных измерений псевдошумовой сигнал α1(фиг.2), созданный генератором 3 с помощью стандарта 1 частоты и времени, преобразуется с помощью смесителя 5 и усилителя 6 промежуточной частоты к частоте f1, 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 частоты того же стандарта частоты 1 и записывается в буферное запоминающее устройство 11. Регистрация синхронизируется стандартом частоты 1.The principle of operation of the equipment is as follows. In the first step of single measurements, the pseudo-noise signal α 1 (Fig. 2), created by the generator 3 using the frequency and time standard 1, is converted by the mixer 5 and the intermediate frequency amplifier 6 to the frequency f 1 , amplified in the power amplifier 7 and radiated through a duplexer 8 and antenna 9 in the direction of the satellite repeater. At the same time, the same signal is clipped in the clock clipper 10 of the same frequency standard 1 and recorded in the buffer memory 11. The registration is synchronized by the frequency standard 1.

Ретрансляционный сигнал α2 на частоте f2 принимается той же антенной 9 и после усиления в усилителе 12 мощности и преобразований к видеочастоте в смесителе 13 и усилителе 14 промежуточной частоты клиппируется в клиппере 15 и записывается в буферное запоминающее устройство 16. Регистрация синхронизируется стандартом частоты 1. На втором шаге (при передаче сигнала из пункта B) переключатель 4 должен быть разомкнут, и сигнал α3 из генератора 3 через клиппер 10 поступает в то же запоминающее устройство 11. Ретранслированный сигнал α4 записывается, как и α2, в запоминающее устройство 16. Затем в перерыве между актами измерений пары сигналов α1, α2 и α3, α4 подвергаются корреляционной обработке в измерителе 17, и вычисляются задержки τ2, τ3 и их производные

Figure 00000031
,
Figure 00000032
.The relay signal α 2 at a frequency f 2 is received by the same antenna 9 and, after amplification in the power amplifier 12 and conversions to the video frequency in the mixer 13 and the intermediate frequency amplifier 14, is clipped in the clipper 15 and recorded in the buffer memory 16. The registration is synchronized by the frequency standard 1. In the second step (when transmitting the signal from point B), the switch 4 must be open, and the signal α 3 from the generator 3 through the clipper 10 enters the same storage device 11. The relay signal α 4 is recorded as and α 2 , to the storage device 16. Then, in the interval between the measurement acts, the pairs of signals α 1 , α 2 and α 3 , α 4 are subjected to correlation processing in the meter 17, and the delays τ 2 , τ 3 and their derivatives are calculated
Figure 00000031
,
Figure 00000032
.

Зарегистрированный зондирующий сигнал с выхода блока 11 памяти поступает через блок 18 регулируемой задержки на первый вход перемножителя 19, на второй вход которого подается зарегистрированный ретранслированный сигнал с выхода блока 16 памяти. Полученное на выходе перемножителя 19 напряжение пропускается через фильтр 20 нижних частот, на выходе которого формируется корреляционная функция R(τ). Экстремальный регулятор 21, предназначенный для поддержания максимального значения корреляционной функции R(τ) и подключенный к выходу фильтра 20 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 18 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку τ равной τi(i=1,2,3,4), что соответствует максимальному значению корреляционной функции R(τ). Измерения значения τi поступают в микропроцессор 22, где определяются их производные.The registered probe signal from the output of the memory unit 11 is supplied through the adjustable delay unit 18 to the first input of the multiplier 19, to the second input of which a registered relay signal from the output of the memory unit 16 is supplied. The voltage obtained at the output of the multiplier 19 is passed through a low-pass filter 20, at the output of which a correlation function R (τ) is formed. The extreme controller 21, designed to maintain the maximum value of the correlation function R (τ) and connected to the output of the low-pass filter 20, acts on the control input of the adjustable delay unit 18 and maintains the delay τ introduced by it equal to τ i (i = 1,2,3, 4), which corresponds to the maximum value of the correlation function R (τ). Measurements of the values of τ i enter the microprocessor 22, where their derivatives are determined.

В пункте B аппаратура работает аналогично, только порядок шагов там обратный. Для вычисления разности показаний часов Δt по формуле (2) теперь достаточно обменяться между пунктами, полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи.In point B, the equipment works in the same way, only the order of steps there is the opposite. To calculate the difference in the clock readings Δt according to formula (2), it is now sufficient to exchange between points obtained by digital data, which can be done using ordinary telephone or telegraph communication channels.

Описанные операции позволяют:The described operations allow you to:

- достичь предельной точности измерений (около ±0,1 нc) с помощью PCДБ техники и техники ретрансляции, которая уже широко используется на практике;- achieve extreme measurement accuracy (about ± 0.1 ns) using PCDB technique and relay technique, which is already widely used in practice;

- формировать необходимые для проведения измерений 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;- generate the necessary microwave signals for measurements at ground stations, which makes it possible to gradually increase the accuracy of measurements by optimizing the signal structure and improving the ground-based recording technique without interfering with the onboard satellite equipment;

- повысить оперативность измерений, т.е. довести интервал времени от начала измерений до получения результатов вплоть до нескольких десятков секунд (практически до времени корреляционной обработки сигналов);- increase the efficiency of measurements, i.e. bring the time interval from the beginning of measurements to obtain results up to several tens of seconds (almost to the time of correlation signal processing);

- избежать установки на борту ИСЗ высокостабильных хранителей времени и измерителей временных интервалов, ограничить бортовую аппаратуру только системой фазостабильной регистрации СВЧ-сигналов.- to avoid the installation of highly stable time keepers and time interval meters onboard the satellite, to limit the on-board equipment only to the system of phase-stable registration of microwave signals.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами обеспечивают повышение точности измерения относительного временного сдвига между зондирующим и ретранслированным шумоподобными сигналами. Это достигается путем автоматического отслеживания перемещения экстремума корреляционной функции указанных сигналов вдоль оси абсцисс.Thus, the proposed method and device in comparison with the prototypes provide an increase in the accuracy of measuring the relative time shift between the probing and relayed noise-like signals. This is achieved by automatically tracking the movement of the extremum of the correlation function of these signals along the abscissa.

С точки зрения техники измерения предлагаемая корреляционная экстремальная система является компенсационной измерительной системой, т.е. в ней измеряемая величина (временной интервал) сравнивается с некоторой эталонной величиной (временной задержкой). Компенсационный метод позволяет осуществлять измерение с очень высокой точностью. Предлагаемая корреляционная измерительная система обеспечивает методическую погрешность измерений равную долям процента.From the point of view of measurement technology, the proposed correlation extreme system is a compensation measuring system, i.e. in it, the measured value (time interval) is compared with some reference value (time delay). The compensation method allows measurement with very high accuracy. The proposed correlation measuring system provides a methodological measurement error equal to fractions of a percent.

Claims (2)

1. Способ синхронизации часов, основанный на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных 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, при этом в начальный момент времени t1 по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту f1 усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, в тот же момент времени t1 по часам второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнала на частоте f1, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t3 по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту f1, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же искусственного спутника Земли-ретранслятора, в тот же момент времени t3 по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте f1 и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений, отличающийся тем, что зарегистрированный зондирующий сигнал пропускают через блок регулируемой задержки, перемножают его с зарегистрированным ретранслированным сигналом, выделяют низкочастотное напряжение, формируя тем самым корреляционную функцию R(τ), где τ - текущая временная задержка, изменением задержки τ поддерживают корреляционную функцию R(τ) на максимальном уровне, фиксируют временную задержку τi(i=1, 2, 3, 4) между двумя парами зарегистрированных зондирующих и регистрированных сигналов, по величине которой производится сличение шкал времени.1. A clock synchronization method based on the simultaneous reception of noise-like microwave signals from an artificial Earth satellite by spaced ground stations, their coherent conversion to a video frequency, digital recording of received signals and determining the time delay of the arrival of the same signal to synchronization points by correlation processing of recorded signal, the magnitude of which is made comparison of time scales, with the initial time t 1 to the first clock item using the code n sequence form a noise-like microwave signal is recorded it at the same point, the conditioned signal is converted to a frequency f 1 increase its power emit the amplified signal in the direction of the artificial satellite of the Earth - a repeater in the same time point t 1, the clock of the second paragraph with using the same code sequence, the same noise-like microwave signal is generated, recorded at the second point, received on-board equipment of an artificial Earth satellite relay signal at a frequency f 1 , re-emitted to the first and second points at a frequency f 2 while maintaining the phase relationships, at an arbitrary time t 3 according to the clock of the second point, a noise-like microwave signal is generated and recorded in a similar way, the generated signal is converted to frequency f 1 , amplified by power, emitted amplified signal direction of the same artificial satellite repeater Earth at the same time point t 3, the clock of the first item by using the same code sequence form the same noise-like microwave signal, it is recorded in the first paragraph, the received dissolved onboard equipment artificial satellite repeater signal at frequency f 1 and re-emit it at first and second points on the f 2 frequency while preserving phase relationships, characterized in that the registered probe signal passed through the unit adjustable delay, multiply it with a registered repeated signals, isolate the low-frequency voltage, thereby forming a correlation function R (τ), where τ is the current time delay, by varying the delay τ, the correlation function R (τ) is maintained on m ksimalnom level, fixed time delay τ i (i = 1, 2, 3, 4) between two pairs for the probing and registred signals, the magnitude of which is made comparison of time scales. 2. Устройство синхронизации часов, содержащее ИС3-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержат последовательно включенные эталон времени и частоты, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдошумового сигнала, первый усилитель промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен через второй гетеродин с первым выходом эталона времени и частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом эталона времени и частоты, второй блок памяти и коррелятор, при этом к второму выходу генератора псевдошумового сигнала последовательно подключены первый клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом эталона времени и частоты и первый блок памяти, выход которого подключен к второму входу коррелятора, отличающееся тем, что коррелятор выполнен в виде последовательно подключенных к выходу первого блока памяти блока регулируемой задержки, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока памяти, фильтра нижних частот и экстремального регулятора, выход которого соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен микропроцессор. 2. A clock synchronization device comprising an IS3 repeater, first and second ground stations, each of which contains a time and frequency standard connected in series, a first local oscillator, a first mixer, the second input of which is connected via a switch to the first output of the pseudo noise signal generator, and the first intermediate amplifier frequency, the first power amplifier, a duplexer, the input-output of which is connected to the transceiver antenna, the second power amplifier, the second mixer, the second input of which is connected through the second get a oscillator with the first output of the time and frequency standard, a second intermediate frequency amplifier, a second clipper, the second input of which is connected to the third output of the time and frequency standard, a second memory unit and a correlator, while the first clipper, the second input are connected to the second output of the pseudo-noise signal generator which is connected to the second output of the standard time and frequency and the first memory unit, the output of which is connected to the second input of the correlator, characterized in that the correlator is made in the form of series-connected x adjustable block to the output of the first memory block delay, multiplier, a second input coupled to an output of the second memory unit, a lowpass filter and extreme regulator whose output is connected to the second input of the adjustable delay unit, to the second output of which is connected a microprocessor.
RU2008141954/28A 2008-10-22 2008-10-22 Method of synchronising watches and device for realising said method RU2383914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008141954/28A RU2383914C1 (en) 2008-10-22 2008-10-22 Method of synchronising watches and device for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008141954/28A RU2383914C1 (en) 2008-10-22 2008-10-22 Method of synchronising watches and device for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2383914C1 true RU2383914C1 (en) 2010-03-10

Family

ID=42135358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008141954/28A RU2383914C1 (en) 2008-10-22 2008-10-22 Method of synchronising watches and device for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2383914C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539914C1 (en) * 2013-06-07 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Clock synchronisation method and device therefor
RU2583894C2 (en) * 2013-11-21 2016-05-10 Акционерное общество "Институт прикладной астрономии" Clock synchronisation method and device therefor
RU2623718C1 (en) * 2016-04-11 2017-06-28 Акционерное общество "Институт прикладной астрономии" Time transmission signals modem through the satellite communication duplex channel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539914C1 (en) * 2013-06-07 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Clock synchronisation method and device therefor
RU2583894C2 (en) * 2013-11-21 2016-05-10 Акционерное общество "Институт прикладной астрономии" Clock synchronisation method and device therefor
RU2623718C1 (en) * 2016-04-11 2017-06-28 Акционерное общество "Институт прикладной астрономии" Time transmission signals modem through the satellite communication duplex channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109358487B (en) Pseudo satellite system and method based on GNSS precision time service
US7656352B2 (en) Troposphere corrections for ground based positioning systems
RU2565386C2 (en) Method, apparatus and system for determining position of object, having global navigation satellite system receiver, by processing non-differential data, similar to carrier phase measurements, and external data similar to ionospheric data
RU2476996C2 (en) Method of synchronising network nodes, system and apparatus for realising said method
Breit et al. Bistatic synchronization and processing of TanDEM-X data
US20090278733A1 (en) Method and apparatus for locating the source of an unknown signal
US9453917B2 (en) Methods for subnanosecond time synchronizing using RTK receivers and devices thereof
US20220334217A1 (en) Radar method and radar system
Schreiber et al. The application of coherent local time for optical time transfer and the quantification of systematic errors in satellite laser ranging
RU2115137C1 (en) Range-finding method of location and components of vector of velocity of objects by radio signals of spacecraft of satellite radio navigation systems
JPWO2006121023A1 (en) Positioning device and positioning system
US11346955B2 (en) Satellite system for navigation and/or geodesy
Herique et al. Philae localization from CONSERT/Rosetta measurement
RU2383914C1 (en) Method of synchronising watches and device for realising said method
RU2535653C1 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2516432C2 (en) Method of locating radio-frequency source
KR100899545B1 (en) All-in-view time transfer by use of code and carrier phase measurements of GNSS satellites
RU2292574C1 (en) Method of clock synchronization
RU2623718C1 (en) Time transmission signals modem through the satellite communication duplex channel
RU2301437C1 (en) Mode of comparison of time scale
Younis et al. Performance prediction and verification for the synchronization link of TanDEM-X
RU2613865C2 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2426167C1 (en) Method of clock timing and device to this end
RU2539914C1 (en) Clock synchronisation method and device therefor
Nothnagel et al. Very long baseline interferometry: dependencies on frequency stability

Legal Events

Date Code Title Description
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110810

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131023

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150227