RU2507555C2 - Способ сличения шкал времени - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для сличения шкал времени, разнесенных на большие расстояния и размещенных на транспортных средствах и наземном пункте управления и контроля, а также может быть использовано для дистанционного контроля технического состояния транспортного средства и его местоположения на наземном пункте управления и контроля. Изобретение направлено на повышение избирательности, помехоустойчивости и надежности дуплексной связи между пунктом управления и контроля и подвижными объектами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, что обеспечивается за счет того, что аппаратура подвижного объекта центра управления и контроля, реализующая способ согласно изобретению, содержит стандарт частоты и времени, два гетеродина, генератор псевдошумового сигнала, переключатель, элемент ИЛИ, два смесителя, усилитель первой промежуточной частоты, два усилителя мощности, дуплексер, приемопередающую антенну, усилитель второй промежуточной частоты, первый и второй клиперы, первое и второе буферное запоминающее устройство, измеритель задержек и их производных, перемножитель, полосовой фильтр, фазовый детектор, бортовой контроллер, задающий генератор, фазовый манипулятор, датчики, характеризующие техническое состояние подвижного объекта, бортовой регистратор, приемную антенну, усилитель мощности, смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр, фазовый детектор, первый узкополосный фильтр, фазоинвертор, сумматор, селектор частоты, второй узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок, ключ. 8 ил.

Description

Предлагаемый способ относится к области средств связи и сигнализации и может быть использован для сличения шкал времени, разнесенных на большое расстояние и размещенных на транспортных средствах и наземном пункте управления и контроля, и для дистанционного контроля технического состояния транспортного средства и его местонахождения на наземном пункте управления и контроля.

Известны способы сличения шкал времени (авт. свид. №№591.799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; патенты РФ №№2.001.423, 2.003.157, 2.040.035, 2.177.167, 2.182.341, 2.248.669, 2.301.437; патент США №5.519.759; патент WO №99/57.826; B.C. Губанов, A.M. Финкельштейн, П.А. Фридман. Введение в радиоастрономию. - М., 1983 и другие).

Из известных способов синхронизации шкал времени наиболее близким к предлагаемому является «Способ сличения шкал времени» (патент РФ №2.301.437, G04C 11/02, 2005), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный способ обеспечивает сличение шкал времени, разнесенных на большое расстояние, и основан на использовании дуплексного метода связи через геостационарный ИСЗ-ретранслятор.

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.

Известный способ обеспечивает дистанционное наблюдение из центра управления и контроля за поведением подвижных объектов, работой их систем и действием экипажей, а также дистанционный контроль за техническим состоянием подвижных объектов и их местоположением. При этом в качестве подвижных объектов могут быть космические, воздушные, водные и наземные транспортные средства.

Для реализации дуплексной связи между пунктом управления и контроля и подвижными объектами в известном способе используются супергетеродинные приемники, в которых одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на следующих частотах:

ω_пр2=ω₁-ω_Г1, ω_пр2=ω_Г1-ω₂,

ω_пр2=ω_Г1-ω_З1, ω_пр2=ω_З2-ω_Г2.

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ являются основными каналами приема, то наряду с ними существуют и зеркальные каналы приема, частоты ω_З1 и ω_З2, которые расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω_З1 и ω_З2 гетеродинов (фиг.2). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр1, что и по основным каналам. Поэтому зеркальные каналы приема наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость супергетеродинных приемников. Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные и канал прямого прохождения) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условий:

ω_ПР2=|±mω_Ki±nω_Г1|

ω_ПР2=|±mω_Ki±nω_Г2|,

где ω_Ki - частота i-го комбинационного канала приема;

n, m, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующие при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третий), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов.

Так четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_К1=2ω_Г1-ω_ПР2: ω_К2=2ω_Г1+ω_ПР2,

ω_К3=2ω_Г2-ω_ПР2; ω_К4=2ω_Г2+ω_ПР2.

Если частота ω_П ложного сигнала (помехи) равна второй промежуточной частоте ω_пр2(ω_П=ω_пр2), то образуется канал приема прохождения, для которого

блоки и элементы приемников являются простыми передаточными звеньями.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, а также по каналу прямого прохождения, приводит к снижению избирательности, помехоустойчивости и надежности дуплексной связи между пунктом управления и контроля и подвижными объектами.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности, помехоустойчивости и надежности дуплексной связи между пунктом управления и контроля и подвижными объектами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что согласно способа сличения шкал времени, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на одновременном приеме разнесенными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли (ИСЗ), когерентном их преобразованием 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 производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в сигнал с частотой ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направление на ИСЗ-ретранслятор, в тот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и ретранслируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют в сигнал на частоте ω₁, 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 шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, на подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте ω_с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_с+ω_г1, где ω_г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, где ω_г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_г1=ω_c перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном объекте сложные сигналы с фазовой манипуляцией, излучают на частоте ω₁, а принимают на частоте ω₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁, одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ω₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местонахождения подвижного объекта и передают информацию о местонахождении подвижного объекта в центр управления и контроля, в случае соответствия всех измеренных параметров условию нормальной эксплуатации подвижного объекта, а место нахождения подвижного объекта - плановому месту нахождения передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения места нахождения подвижного объекта от планового места нахождения период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия места нахождения подвижного объекта плановому месту нахождения период между передачей дискретной информации снова увеличивают, отличается от ближайшего аналога тем, что на подвижном объекте и в центре управления и контроля принятый и усиленный по мощности сигнал подают колебательную систему, частота настройки которой равна частоте первого гетеродина, при возникновении явления резонанса выделяют амплитуду резонансного колебания, сравнивают ее с пороговым уровнем и в случае его превышения разрешают дальнейшую обработку низкочастотного напряжения, на подвижном объекте и в центре управления и контроля при поступлении ложного сигнала (помехи) на второй промежуточной частоте ω_пр2, выделяют его, инвертируют по фазе на 180° и суммируют с принимаемым ложным сигналом (помехой), компенсируя его.

Геометрическая схема расположения подвижного объекта ПО, наземного центра управления и контроля ЦУК, спутников навигационной системы GPS, и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора, размещенного на геостационарной орбите. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов, изображена на фиг.2. Структурная схема подвижного объекта ПО представлена на фиг.3. Структурная схема наземного центра управления и контроля ЦУК представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу подвижного объекта, наземного центра управления и контроля и приемника GPS-сигналов, изображены на фиг.5, 6, 7.

Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг.8, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкала времени ИСЗ-ретранслятора, подвижного объекта ПО и наземного центра управления и контроля ЦУК соответственно.

Бортовая аппаратура подвижного объекта и наземная аппаратура центра управления и контроля включают: 1.1 (2.1) - стандарт частоты и времени, 1.2 (2.2) - первый гетеродин, 1.3 (2.3) - второй гетеродин, 1.4 (2.4) - генератор псевдошумового сигнала, 1.5 (2.5) - переключатель, 1.6 (2.6) - элемент ИЛИ, 1.7 (2.7)- первый смеситель, 1.8 (2.8) - усилитель первой промежуточной частоты, 1.9 (2.9) - первый усилитель мощности, 1.10 (2.10) - дуплексер, 1.11 (2.11) - приемопередающую антенну, 1.12 (2.12) - второй усилитель мощности, 1.13 (2.13) - второй смеситель, 1.14 (2.14) - усилитель второй промежуточной частоты, 1.15 (2.15), - первый клиппер, 1.16 (2.16) - второй клипер, 1.17 (2.17) - первое буферное запоминающее устройства, 1.18 (2.18) - второе буферное запоминающее устройство, 1.19 (2.19) - измеритель задержек и их производных, 1.20 (2.20) - перемножитель, 1.21 (2.21) - полосовой фильтр, 1.22 (2.22) - фазовый детектор, 1.23 (2.23) - бортовой контролер, 1.24 (2.24) - задающий генератор, 1.25 (2.25) - фазовый манипулятор, 26 - датчики, характеризующие техническое состояние подвижного объекта, 27 - бортовой регистратор, 1.28 - приемную антенну, 1.29 - усилитель мощности, 1.30 - смеситель, 1.31 - усилитель второй промежуточной частоты, 1.32 - перемножитель, 1.33 - полосовой фильтр, 1.34 - фазовый детектор, 1.35 (2.35, 3.35) - первый узкополосный фильтр, 1.36 (2.36, 3.36) - фазоинвертор, 1.37 (2.37, 3.37) - фазоинвертор, 1.38 (2.38, 3.38) - селектор частоты, 1.39 (2.39, 3.39) - второй узкополосный фильтр, 1.40 (2.40, 3.40) - амплитудный детектор, 1.41 (2.41, 3.41) - пороговый блок, 1.42 (2.42, 3.42) - ключ.

Приемная антенна 1.28, усилитель 1.29 мощности, смеситель 1.30, усилитель 1.31 второй промежуточной частоты, перемножитель 1.32, полосовой фильтр 1.33 и фазовый детектор 1.34, первый узкополосный фильтр 2.35, фазоинвертор 3.36, сумматор 3.37, селектор 3.38 частоты, второй узкополосный фильтр 3.39, амплитудный детектор 3.40, пороговый блок 3.41 и ключ 3.42 образуют приемник ГЛОНАСС/GPS - сигналов.

Предлагаемый способ сличения шкал времени реализуют следующим образом. На первом шаге единичных измерений в момент времени

по часам подвижного объекта ПО псевдошумовой сигнал α₁ (фиг.8), созданный генератором 1.4 с помощью стандарта 1.1 частоты и времени, преобразуют с помощью гетеродина 1.2, смесителя 1.7 и усилителя 1.8 первой промежуточной частоты в сигнал с частотой ω₁, усиливают с помощью усилителя 1.9 мощности и излучают через дуплексер 1.10 и приемопередающую антенну 1.11 в направлении ИСЗ-ретранслятора S. Вместе с тем этот же сигнал клиппируют в клиппере 1.15 тактовой частотой того же стандарта частоты 1.1 и записывают в буферное запоминающее устройство 1.17. Регистрация синхронизируется стандартом 1.1 частоты и времени.

В тот же момент времени

по часам наземного центра управления и контроля ЦУК с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигнал β₁), регистрируют, но не отправляют на регистрацию (переключатель 2.5 разомкнут). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ (сигнал α₁), переизлучают его на подвижный объект и наземный центр управления и контроля на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его в сигнал на видеочастоте, регистрируют в моменты времени

и

соответственно (сигналы α₂, β2).

На втором шаге (при передаче сигнала из центра управления и контроля) переключатель 1.5 должен быть разомкнут, а переключатель 2.5 замкнут и сигнал α₃ из генератора 1.4 через клиппер 1.15 поступает на то же запоминающее устройство 1.17.

В произвольный момент времени

по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумовой СВЧ-сигнал (сигнал β₃). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ (сигнал α₃), переизлучают его в пункты А и В на частоте ω₂ с сохранением фазовых составляющих, принимают ретранслированный сигнал в обоих пунктах, преобразуют его в сигналы на видеочастоте, регистрируют в моменты времени

и

соответственно (сигналы α₄ и β₄).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в перерыве между актами измерений в измерителях 1.19 и 2.19 определяют следующие временные задержки и их производные:

,

,

,

,

,

где F_i - частота интерференции (i=1, 2, 3, 4);

,

a_j, b_j (j>1, 2, 3)- время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами А и В соответственно;

,

- задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

,

- задержки сигналов в приемо-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовой аппаратуре ИСЗ-ретранслятора;

Δt=t_B-t_A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая a_j и b_j линейными функциями с производными

,

, получим:

,

,

,

где

,

,

,

- задержки сигналов в атмосфере на частоте f₁ и f₂ соответственно;

v - релятивистская поправка (эффект Саньяка);

ω - угловая скорость вращения Земли;

с - скорость света;

D - площадь четырехугольника O'A'S'B', образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов А, В и ИСЗ-ретранслятора.

Поправку γ на подвижность ИСЗ-ретранслятора во время единичного измерения проще всего свести к нулю соответствующим выбором свободного параметра Θ:

который следует в начале измерений рассчитывать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений.

Что касается поправки δ аппаратурные задержки. То ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы». Атмосферная поправка ε также учитывается.

В пунктах А и В аппаратура работает одинаково, только порядок шагов в них обратный. Для вычисления разности показаний часов Δt достаточно обменяться между пунктами полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи. Результаты сличения поступают в бортовой 1.23 и наземный 2.23 контроллеры.

В процессе движения подвижного объекта датчики 26, расположенные в различных местах транспортного средства (двигательный отсек, корпус, система управления, топливные баки и т.д.), передают информацию о состоянии контролируемых узлов транспортного средства бортовому регистратору 27, который может быть выполнен в виде средства записи на магнитную ленту, оптический носитель, бумажный носитель и т.д.

Одновременно указанная информация поступает на второй вход бортового контроллера 1.23, на третий вход которого подается информация о местоположении подвижного объекта, полученная от приемника GPS-сигналов. Последний состоит из приемной антенны 1.18, усилителя 1.29 мощности, смесителя 1.30, усилителя 1.31 второй промежуточной частоты, перемножитель 1.32, фазовый детектор 1.34, узкополосных фильтров 3.35 и 3.39, фазоинвертора 3.36, сумматора 3.37, селектора 3.38 частоты, амплитудного детектора 3.40, первого блока 3.41 и ключа 3.42.

В состав Глобальной навигационной системы GPS входят космический сегмент, состоящий из 24 ИСЗ, сеть наземных станций наблюдения за их работой и пользовательский сегмент - навигационные приемники GPS-сигналов.

Каждый GPS-спутник излучает на частоте ω₂=1575 МГц специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа (фиг.7, а):

u_c(t)=U_ccos[ω₂t+φ_k(t)+φ₂], 0≤t≤T_c,

где φ_k(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с псевдослучайной последовательностью длительностью N=1023.

Данный сигнал принимается антенной 1.28 и через усилитель 1.29 мощности поступает на первый вход смесителя 1.30, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 1.3

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+φ_г2).

На выходе смесителя 1.30 образуются напряжения комбинационных частот.Усилителем 1.31 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.7, б)

u_пр2(t)=U_пр2cos[ω_пр2t+φ_k(t)+φ_пр2], 0≤t≤T_c,

где

;

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная частота;

φ_пр2=φ₂-φ_г2,

которое поступает на первый вход перемножителя 1.32. На второй вход последнего подается напряжение u_г2(t) гетеродина 1.3. На выходе перемножителя образуется напряжение (фиг.7, в)

u₁(t)=U₁cos[ω_г1t+φ_k(t)+φ_г1], 0≤t≤T_c,

где

;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя;

ω_г1=ω_г2-ω_пр2,

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω_г1 гетеродина 1.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 1.34. На второй (опорный) вход фазового детектора 1.34 в качестве опорного напряжения подается напряжение гетеродина 1.2

u_г1(t)=U_г1cos(ω_г1t+φ_г1).

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 1.3 образуется низкочастотное напряжение (рис.7, г)

u_н(t)=U_нcosφ_k(t),

где

;

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора,

Одновременно бинарный ФМн-сигнал u_c(t) с выхода усилителя 1.29 мощности через сумматор 3.37, у которого работает только одно плечо, поступает на первый вход селектора 3.38 частоты, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 1.2

u_Г1(t)=U_Г1cos(ω_Г1t+φ_Г1).

В качестве селектора 3.38 частоты может использоваться колебательная система, частота настройки u_н1 которой выбирается равной частоте ω_Г1 гетеродина 1.2 (ω_н1=ω_Г1).

При равенстве частот ω₂=ω_Г2 в колебательной системе (контуре) возникает явление резонанса. Выходное колебание селектора 3.38 частоты выделяется узкополосным фильтром 3.39, детектируется амплитудным детектором 3.40 (U) и поступает на вход порогового блока 3.41, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор.

При резонансе выходное напряжение селектора 3.38 частоты достигает максимального значения, напряжение U_max амплитудного детектора 3.40 превышает пороговый уровень U_пор пороговом блоке 3.41 (U_max>U_пор), и только при превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 3.41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 3.42 и открывает его.

В исходном состоянии ключ 3.42 всегда закрыт. При этом низкочастотное напряжение u_H(t) с выхода фазового детектора 1.34 через открытый ключ 3.42 поступает на третий вход бортового контроллера 1.23, где определяется местоположение подвижного объекта (широта и долгота). Для этого достаточно присутствовать в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения подвижного объекта составляет 50-80 м.

Один из основных методов повышения точности определения местонахождения подвижного объекта и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим позволяет установить координаты транспортного средства с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в статике.

Бортовой контроллер 1.23, выполненный с возможностью программирования времени между сеансами радиосвязи в зависимости от величины измеренных датчиками 26 параметров. С обусловленной периодичностью (например, 30 мин) через бортовой сегмент спутниковой связи, ИСЗ-ретранслятор и наземный сегмент спутниковой связи передает полученную информацию (местонахождение, протокол событий, техническое состояние, суть внештатной ситуации, если она возникла, а также полную траекторию передвижения за межсеансный промежуток) в наземный центр управления и контроля.

С этой целью задающий генератор 1.24 генерирует высокочастотное колебание (фиг.5, а)

u_c1(t)=U_c1cos(ω_c1t+φ_c1), 0≤t≤T_c,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 1.25. На второй вход последнего подается с выхода бортового контроллера 1.23 модулирующий код M₁(t) (фиг.5, 6), содержащий информацию о техническом состоянии подвижного объекта и его местоположения. На выходе фазового манипулятора 1.25 формируется сложный ФМн-сигнал (фиг.5, в)

u₂(t)=U₂cos[ω_ct+φ_k(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где φ_k1(t)={0,π} - манипуляционная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.5, 6), причем φ_k1(t)=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t= kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью

, который через элемент ИЛИ 1.6 поступает на первый вход первого смесителя 1.7. На второй смеситель 1.7 с выхода первого гетеродина 1.2 подается напряжение u_г1(t). Элемент ИЛИ 1.6 обеспечивает очередность поступления на первый вход смесителя 1.7 псевдошумового СВЧ-сигнала с выхода генератора 1.6 и ФМн-сигнала с выхода фазового детектора 1.25. На выходе смесителя 1.7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.8 выделяется напряжение только первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.5, г)

u_пр1(t)=U_пр1cos[ω_пр1t+φ_k1(t)+φ_пр1], 0≤t≤Т_с1,

где

;

ω_пр1=ω_с+ω_г1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

φ_пр1=φ_с+φ_г1,

которое после усиления в усилителе 1.9 мощности через дуплексер 1.10 поступает в приемопередающую антенну 1.11, излучается ею в эфир в направлении ИСЗ-ретранслятора, переизлучается им на этой же частоте с сохранением фазовых соотношений, принимается антенной 2.11 наземного центра управления и контроля и через дуплексер 2.10 и усилитель 2.12 мощности поступает на первый вход смесителя 2.13, на второй вход которого подается напряжение u_Г1(t) гетеродина 2.3. На выходе смесителя 2.13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 2.14 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.5, д)

u_пр3(t)=U_пр3cos[ω_пр2t+φ_k1(t)+φ_пр3], 0≤t≤Т_с1,

где

;

ω_пр2=ωп_р1-ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр3=φ_пр1-φ_г1,

которое поступает на первый вход перемножителя 2.20. На второй вход перемножителя 2.20 подается напряжение u_г2(t) гетеродина 2.2. На выходе перемножителя 2.20 образуется напряжение (фиг.5, е)

u₃(t)=U₃cos[ω_г1t-φ_k1(t)+φ_г1], 0≤t≤Т_с1,

где

;

ω_г1=ωп_р=ω_г2-ω_пр2 - промежуточная частота, которое выделяется полосовым фильтром 2.21 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 2.22. На второй (опорный) вход фазового детектора 2.22 подается напряжение u_г1(t) гетеродина 2.3 в качестве опорного напряжения. В результате синхронного детектирования, на выходе фазового детектора 2.22 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, ж)

u_н1(t)=U_н1cosφ_k1(t),

где

,

Одновременно напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 2.12 мощности через сумматор 2.37, у которого работает только плечо, поступает на первый вход селектора 2.38 частоты, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 2.2

u_г2(t)=U_Г2cos(ω_Г2t+φ_Г2).

В качестве селектора 2.38 может использоваться колебательная система, частота настройки ω_Н2 которой выбирается равной частоте ω_Г2 гетеродина 2.2 (ω_Н2=ω_Г2).

При равенстве частот ω₁=ω_Г2 в колебательной системе (контуре) возникает явление резонанса. Выходное колебание селектора 2.38 выделяется узкополосным фильтром 2.39, детектируется амплитудным детектором 2.40 и поступает на вход порогового блока 2.41, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор.

При резонансе выходное напряжение селектора 2.38 достигает максимального значения, напряжение U_max амплитудного детектора 2.40 превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 2.41 (U_max>U_пор). И только при сравнении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 2.41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 2.42 и открывает его. В исходном состоянии ключ 2.42 всегда закрыт.При этом незначительное напряжение u_H1(t) с выхода фазового детектора 2.22 через открытый ключ 2.42 поступает на второй вход наземного контроллера 2.93.

По результатам анализа ситуации наземным контроллером 2.23 на наземном центре управления и контроля принимается соответствующее решение, например об отключении неисправного двигателя, или формируется рекомендации экипажу по действиям при развитии нештатных ситуаций.

Для передачи указанных команд в наземном контроллере 2.23 формируется модулирующий код M₂(t) (фиг.6,6), который поступает на второй вход фазового манипулятора 2.25. На первый вход последнего подается высокочастотное колебание с выхода задающего генератора 2.24 (фиг.6, а)

u_c2(t)=U_c2cos(ω_ct+φ_c2), 0≤t≤T_c2.

На выходе фазового манипулятора 2.25 формируется сложный ФМн-сигнал (фиг.6, б)

u₄(t)=U₄cos[ω_ct+φ_ki2(t)+φ_с2], 0≤t≤Т_с2,

который через элемент ИЛИ 2.6 поступает на первый вход смесителя 2.7. На второй вход смесителя 2.7 подается напряжение u_г2(t) гетеродина 2.2. На выходе смесителя 2.7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 2.8 выделяется напряжение промежуточной частоты (фиг.6, г)

u₅(t)=U₅cos[ω_прt-φ_k2(t)+φ₄], 0≤t≤Т_с2,

где

;

ω_пр=ω_г2-ω_с=ω₂ - промежуточная частота;

φ₄=φ_с-φ_г2.

которое после усиления в усилителе 2.9 мощности через дуплексер 2.10 поступает в приемопередающую антенну 2.11, излучается ею в направление ИСЗ-ретранслятора на частоте ω₂, переизлучается бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора с сохранением фазовых соотношений, принимается антенной 1.11 подвижного объекта и через дуплексер 1.10 и усилитель 1.12 мощности поступает на первый вход смесителя 1.13, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 1.3. На выходе смесителя 1.13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.14 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.6, д)

u₆(t)=U₆cos[ω_пр2t-φ_k2(t)+φ₆], 0≤t≤Т_с2,

где

;

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная частота;

φ₆=φ₄-φ_u2,

которое поступает на первый вход перемножителя 1.20. На второй вход последнего подается напряжение u_г2(t) гетеродина 1.3. На выходе перемножителя 1.20 образуется напряжение (фиг.6, е)

u₇(t)=U₇cos[ω_прt+φ_k2(t)+φ₇], 0≤t≤Т_с2,

где

;

ω_пр=ω_г2-ω_пр2=ω_пр - промежуточная частота;

φ₇=φ₆-φ_г2,

которое выделяется полосовым фильтром 1.21 и поступает на первый вход фазового детектора 1.22. На второй (опорный) вход фазового детектора 1.22 подается напряжение u_г1(t) в качестве опорного напряжения. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 1.22 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6, ж)

u_н2(t)=U_н2cosφ_k2(t),

где

;.

Одновременно напряжение u_Г(t) с выхода усилителя 1.12 мощности через сумматор 1.37, у которого работает только одно плечо, поступает на первый вход селектора 1.38 частоты, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 1.2

u_Г1(t)=U_Г1cos(ω_Г1t+φ_Г1).

В качестве селектора 1.38 частоты может использоваться колебательная система, частота настройки ω_Н1 которой выбирается равной частоте ω_Г1 гетеродина 1.2 (ω_Н1=ω_Г1)

При равенстве частот ω₂=ω_Г1 в колебательной системе (контуре) возникает явление резонанса. Выходное колебание селектора 1.38 частоты выделяется узкополосным фильтром 1.39, детектируется амплитудным детектором 1.40 (U) и поступает на вход порогового блока 12.41, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор.

При резонансе выходное напряжение селектора 1.38 частоты достигает максимального значения, напряжение U_max амплитудного детектора 1.40, превышает пороговый уровень Uпор (U_max>U_пор) в пороговом блоке 1.41. И только при превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 1.41 формируется состояние напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 1.42 и открывает его. В исходном состоянии ключ всегда закрыт.При этом низкочастотное напряжение u_H2(t) с выхода фазового детектора 1.22 через открытый ключ 1.42 поступает на четвертый вход бортового контроллера 1.23, где реализуются команды и рекомендации наземного центра управления и контроля.

В случае соответствия всех измеренных датчиками 26 параметров условиям нормальной эксплуатации подвижного объекта, а места нахождения подвижного объекта - плановому месту нахождения, передача дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля происходит с заданной периодичностью (например, один раз в 30 мин).

При превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения места нахождения подвижного объекта от планового места нахождения, период между передачами сокращается.

При создании аварийной ситуации дискретную информацию с борта подвижного объекта передают непрерывно.

Режим передачи дискретной информации бортовым контроллером 1.23 может быть также изменен решением командного состава подвижного объекта или наземным центром управления и контроля.

При возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия места нахождения подвижного объекта плановому месту нахождения, период между передачей дискретной информации будет снова увеличен.

Описанная выше работа системы, реализующей предлагаемый способ, соответствующей случаю приема полезных ФМн-сигналов по основным каналам на частотах ω₁ и ω₂ (фиг.2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω_З1

u_З1(t)=U_З1cos(ω_З1t+φ_З1), 0≤t≤Т_З1,

то с выхода усилителя 2.12 мощности через сумматор 2.37, у которого работает только одно плечо, он поступает на первый вход селектора 2.38 частоты, частота на стройки ω_Н2 которого выбирается равной частоте ω_Г2 гетеродина 2.2 (ω_Н2=ω_Г2). Частоты ω_Г2 и ω_З1 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты ω_Г2-ω_З1 =2ω_пр2. Поэтому в селекторе 2.38 частоты явление резонанса не наступает, выходное напряжение U амплитудного детектора 2.40 не превышает порогового уровня U_пор в пороговом блоке 2.41 (U<U_пор). Ключ 2.42 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ω_З1, подавляется. Для этого используются резонансные свойства селектора 2.38 частоты, выполненного в виде колебательного контура с частотой настройки ω_Н2=ω_Г2.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте ω_З2

u_З2(t)=U₂cos(ωt+φ₂), 0≤t≤T,

то с выхода усилителя 1.12 (1.29) мощности через сумматор 1.37(2.37), у которого работает только одно плечо, он поступает на первый вход селектора 1.38 (3ю38) частоты, частота настройки ω_Н1 которого выбирается равной частоте ω_Г1 гетеродина 1.2 (ω_Н1=ω_Г1). Частоты ω_Г1 и ω_З2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты ω_Г2-ω_Г1=2ω_пр2.

Поэтому в селекторе 1.38 (3.38) частоты явление резонанса не наступает, выходное напряжение U амплитудного детектора 1.40 (3.40) не превышает порогового уровня U_пор в пороговом блоке 1.41 (3.41) (U<U_пор). Ключ 1.42 (3.42) не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте ω_З2, подавляется. Для этого используются резонансные свойства селектора 1.38 (3.38) частоты, выполненного в виде колебательного контура, с частотой настройки ω_Н1=ω_Г1.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемых по другим дополнительным (первому ω_k1, второму ω_k2, третьему каналам ω_k3 и четвертому ω_k4 комбинационным) каналам.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по каналу прямого прохождения на частоте ω_П=ω_пр2

u_П(t)=U_Пcos(ω_Пt+φ_П), 0≤t≤Т_П,

то с выхода усилителя 1.12 (2.12, 1.29) он поступает на первый вход сумматора 1.37 (2.37, 3.37) и на вход узкополосного фильтра 1.35 (2.35, 3.35), частота настройки ω_Н3 которого выбирается равной второй промежуточной частоты (ω_Н3=ω_пр2). Указанный сигнал (помеха) выделяется узкополосным фильтром 1.35 (2.35, 3.36) и подается на вход фазоинвертора 1.36 (2.36, 3.36), на выходе которого образуется напряжение

u_П1(t)=-U_Пcos(ω_Пt+φП), 0≤t≤T_П,

Напряжения u_п(t) и u_п1(t), поступающие на два входа сумматора 1.37 (2.37, 3.37), на его выходе компенсируется.

Следовательно ложный сигнал (помеха) принимаемый по каналу прямого прохождения на частоте ω_П=ω_пр2 подавляется с помощью фильтра - пробки, состоящего из узкополосного фильтра 1.35 (2.35, 3.35), фазоинвертора 1.36 (2.36,3.36), сумматора 1.37 (2.37, 3.37) и реализующим фазокомпенсационный метод.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение избирательность, помехоустойчивость и надежность дуплексной радиосвязи между центром управления и контроля и подвижными объектами. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому ω_З1 и второму ω_З2 зеркальным каналам, по первому ω_К1, второму ω_К2, третьему ω_K3 и четвертому ω_К4 комбинационному каналам и по каналу прямого прохождения на частоте ω_П=ω_пр2. Причем для подавления ложных сигналов

(помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, используются селекторы частоты, выполненные в виде колебательных контуров и реализующие явление резонанса.

Следует отметить, что явление резонанса является основополагающим принципом работы многих систем и устройств радиоэлектроники.

Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения, используются фильтр-пробки, состоящие из узкополосных фильтров, фазоинверторов, сумматоров и реализующие фазокомпенсационный метод.

Claims (1)

1. Способ сличения шкал времени основан на одновременном приеме разнесенными 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 производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в сигнал с частотой ω₁, 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 той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте ω₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и ретранслируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют в сигнал на частоте ω₁, 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 шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, на подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте ω_с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_с+ω_Г1, где ω_Г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ω₁=ω_пр1=ω_Г2, где ω_Г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_Г1=ω_с, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_Г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и анализируют его, аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном объекте сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₁, а принимают на частоте ω₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучаю на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁, одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ω₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_Г2-ω₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_Г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты ω_Г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, в случае соответствия всех измеренных параметров условно нормальной эксплуатации подвижного объекта, а местонахождение подвижного объекта - плановому местонахождению, передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения от местонахождения подвижного объекта от планового местонахождения, период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия местонахождения подвижного объекта плановому местонахождению, период между передачей дискретной информации снова увеличивают, отличающийся тем, что на подвижном объекте и в центре управления и контроля принятый и усиленный по мощности сигнал подают на колебательную систему, частота настройки которой равна частоте первого гетеродина, при возникновении явления резонанса выделяют амплитуду резонансного колебания, сравнивают ее с пороговым уровнем и в случае превышения разрешают дальнейшую обработку низкочастотного напряжения, на подвижном объекте и в центре управления и контроля при поступлении ложного сигнала (помехи) на второй промежуточной частоте ω_пр2, выделяют его, инвертируют по фазе на 180° и суммируют с принимаемым ложным сигналом (помехой), компенсируя его.

Images