RU2613865C2 - Clock synchronisation method and device therefor - Google Patents

Clock synchronisation method and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2613865C2
RU2613865C2 RU2015136009A RU2015136009A RU2613865C2 RU 2613865 C2 RU2613865 C2 RU 2613865C2 RU 2015136009 A RU2015136009 A RU 2015136009A RU 2015136009 A RU2015136009 A RU 2015136009A RU 2613865 C2 RU2613865 C2 RU 2613865C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
signal
input
time
Prior art date
Application number
RU2015136009A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015136009A (en
Inventor
Дмитрий Викторович Иванов
Виктор Иванович Дикарев
Борис Васильевич Койнаш
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук
Priority to RU2015136009A priority Critical patent/RU2613865C2/en
Publication of RU2015136009A publication Critical patent/RU2015136009A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2613865C2 publication Critical patent/RU2613865C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C11/00Synchronisation of independently-driven clocks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communication; radar and radio navigation.
SUBSTANCE: proposed method and device relate to communication engineering and radar and can be used for comparison of time scales spaced apart over long distances. Device which realises disclosed method of synchronising clocks, comprises a relay artificial earth satellite, first A and second B ground stations, each having time and frequency standard 1, unit 2 heterodynes: first 2.1, second 2.2 and third 23 heterodynes, multiplier 4, mixers 5, 13 and 24, first intermediate frequency amplifier 6, power amplifiers 7 and 12, duplexer 8, transceiving antenna 9, pseudorandom signal generator 3, clippers 10 and 15, buffer storage devices 11 and 16, correlators 17 and 26, controlled delay unit 18, multipliers 19 and 29, low-pass filter 20, extreme controller 21, microprocessor 22, second intermediate frequency amplifiers 14 and 25, threshold unit 27, switch 28, phase doubler 30, narrow-band filters 31 and 32, phase detector 33 and inverting amplifier 34.
EFFECT: engineering problem of invention is increasing noise immunity and accuracy of synchronising remote time scales by providing symmetry of frequencies fH2 and fH3 of second and third heterodynes relative to frequency f2 of main receiving channel fU2-f2=f2-fH3=fpr2.
2 cl, 4 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 technology and can be used to compare time scales spaced over long distances.

Известны способы и устройства синхронизации часов (авт. свид. СССР №№591799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; патенты РФ №№2.001423, 2.003.157, 2.040.035, 2.146.833, 2.177.167, 2.310.221, 2.350.998; 2.383.914, 2.539.914; патент США №7.327.699, 7.426.156; патент Великобритании №1.517.661; патент Германии №3.278.943; патент ЕР №0.564.220; Губанов B.C., Финкельштейн A.M., Фридман П.А. Введение в радиоастрометрию. - М., 1983 и др.).Known methods and devices for clock synchronization (ed. Certificate of the USSR No. 591799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; RF patents No. 2.001423, 2.003.157, 2.040.035, 2.146.833, 2.177.167, 2.310.221, 2.350.998; 2.383.914, 2.539.914; US patent No. 7.327.699, 7.426.156; UK patent No. 1.517.661; German patent No. 3.278.943; EP patent No. 0.564. 220; Gubanov BC, Finkelstein AM, Friedman P.A. Introduction to radio astrometry. - M., 1983 and others).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является «Способ синхронизации часов и устройство для его реализации» (патент РФ №2.539.914, G04C 11/00, 2013), которые и выбраны в качестве прототипов.Of the known methods and devices closest to the proposed is the "Method of clock synchronization and a device for its implementation" (RF patent No. 2.539.914, G04C 11/00, 2013), which are selected as prototypes.

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

При этом подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, основано на использовании двух гетеродинов 22 и 23, частоты fГ2 и fГ3 которых разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты (фиг. 4).In this case, the suppression of false signals (interference) received via mirror and Raman channels is based on the use of two local oscillators 22 and 23, the frequencies f Г2 and f Г3 of which are spaced by twice the value of the second intermediate frequency (Fig. 4).

fГ2-fГ3=2fпр2 f G2 -f G3 = 2f pr2

и выбраны симметричными относительно частоты f2 основного канала приемаand are selected symmetrical with respect to frequency f 2 of the main receiving channel

f2-fГ3=fГ2-f2==fпр2.f 2 -f G3 = f G2 -f 2 == f pr2 .

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.This circumstance leads to a doubling of the number of additional receiving channels, but creates favorable conditions for their suppression due to the correlation processing of channel voltages.

Однако под влиянием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера, когда ИСЗ ретранслятор совершает определенные движения относительно предполагаемого устойчивого положения, указанная симметричность нарушается и снижается помехоустойчивость и точность синхронизации удаленных шкал времени.However, under the influence of various destabilizing factors, including the Doppler effect, when the satellite repeater makes certain movements relative to the assumed stable position, the indicated symmetry is broken and the noise immunity and accuracy of synchronization of remote time scales are reduced.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени путем обеспечения симметричности частот fГ2 и fГ3 второго и третьего гетеродинов относительно частоты f2 основного канала приемаAn object of the invention is to increase the noise immunity and accuracy of synchronization of remote time scales by ensuring the symmetry of the frequencies f G2 and f G3 of the second and third local oscillators relative to the frequency f 2 of the main receiving channel

f2-fГ3=fГ2-f2==fпр2.f 2 -f G3 = f G2 -f 2 == f pr2 .

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 такой 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, 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, при этом принимаемый сигнал на несущей частоте f2 преобразуют по частоте с использованием частот fг2 и fг3 второго и третьего гетеродинов, которые разносят на удвоенное значение второй промежуточной частотыThe problem is solved in that the method of clock synchronization, based, in accordance with the closest analogue, on the simultaneous reception by spaced ground points of noise-like microwave signals from an artificial Earth satellite, coherently converting them to a video frequency, digitally recording the received signals and determining the time delay of arrival 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 f 1 frequency, amplify it in power, emit an amplified signal 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 form the same noise-like microwave signal, register it on the first paragraph, take on-board equipment of the satellite repeater signal at a frequency f 1 and re-emit it to the first and second points at a frequency f 2 while maintaining phase relationships, the registered probe signal is passed through an adjustable delay unit, multiply it with the registered relay signal, the low-frequency voltage is isolated thereby forming the correlation function R (τ), where τ is the current time delay, by varying the delay τ, the correlation function R (τ) is maintained at the maximum level, fixing there is a time delay τ i (i = 1, 2, 3, 4) between two pairs of registered probing and relay signals, the magnitude of which is used to compare time scales, while the received signal at the carrier frequency f 2 is converted in frequency using frequencies f g2 and f g3 of the second and third local oscillators, which are carried at twice the value of the second intermediate frequency

fг2-fг3=2fпр2 f g2 -f g3 = 2f pr2

и выбирают симметричными относительно частоты f2 основного канала приемаand choose symmetrical with respect to frequency f 2 of the main receiving channel

f2-fг3=fг2-f2,f 2 -f r3 = f r2 -f 2

выделяют напряжение второй промежуточной частотыemit a voltage of the second intermediate frequency

fпр2=f2-fг3 и fпр2=fг2-f2, np2 f = f 2 -f r3 and np2 f = f r2 -f 2

подвергают их корреляционной обработке, формируют напряжение U(τ), пропорциональное корреляционной функции R(τ), сравнивают его с пороговым напряжением и в случае его превышения формируют постоянное напряжение, которое используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, отличается от ближайшего аналога тем, что напряжение второго и третьего гетеродинов перемножают между собой, выделяют первое узкополосное напряжение удвоенной второй промежуточной частоты, удваивают фазу первого напряжения второй промежуточной частоты, выделяют второе узкополосное напряжение удвоенной второй промежуточной частоты, сравнивают первое и второе узкополосное напряжение удвоенной второй промежуточной частоты по фазе, формируют управляющее напряжение положительной или отрицательной полярности, воздействуют им на управляющие входы гетеродинов так, чтобы выполнялось их симметричность относительно частоты f2 основного канала приемаsubjected to correlation processing, form voltage U (τ) proportional to the correlation function R (τ), compare it with a threshold voltage and, if it is exceeded, form a constant voltage, which is used to resolve further processing of the first voltage of the second intermediate frequency, differs from the closest analogue the fact that the voltage of the second and third local oscillators is multiplied among themselves, the first narrow-band voltage of the doubled second intermediate frequency is isolated, the phase of the first voltage is doubled of the second intermediate frequency, the second narrowband voltage of the doubled second intermediate frequency is isolated, the first and second narrowband voltage of the doubled second intermediate frequency are compared in phase, the control voltage of positive or negative polarity is formed, they act on the control inputs of the local oscillators so that they are symmetric with respect to the frequency f 2 main receiving channel

f2-fг3=fг2-f2=fпр2.f 2 -f r3 = f r2 -f 2 = f np2.

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 временим и частоты, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдослучайного сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом эталона времени и частоты, и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные второй клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом эталона времени и частоты, второй блок памяти и первый коррелятор, при этом ко второму выходу генератора псевдослучайного сигнала последовательно подключены первый клиппер, второй вход которого соединен со вторым выходом эталона времени и частоты и первый блок памяти, выход которого подключен ко второму входу первого коррелятора который 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 со вторым входом блока регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен микропроцессора выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу второго клиппера, частоты fг2 и fг3 второго и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частотыThe 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, an amplifier of the first intermediate frequency, a first power amplifier, a duplexer, the input-output of which is connected to a transceiver 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, and the first amplifier of the second intermediate frequency, the second clipper connected in series, the second input of which is connected to the third output of the time and frequency standard, the second memory unit and the first correlator, while the first clipper is connected to the second output of the pseudo-random signal generator, the second input of which is connected to the second output of the time and frequency standard and the first memory block One of which is connected to the second input of the first correlator, which is made in the form of a variable delay unit, a multiplier, connected in series to the output of the first memory block, the second input of which is connected to the output of the second memory block, low-pass filter and extreme controller, the output of which is connected to the second input of the adjustable block delays, to the second output of which the microprocessor is connected to the output of the second power amplifier, a third mixer is connected in series, the second input of which is connected to the output the third local oscillator, the second amplifier of the second intermediate frequency, the second correlator, the second input of which is connected to the output of the first amplifier of the second intermediate frequency, the threshold unit and the key, the second input of which is connected to the output of the first amplifier of the second intermediate frequency, and the output is connected to the first input of the second clipper , frequencies f g2 and f g3 of the second and third local oscillators are spaced twice the value of the second intermediate frequency

fг2-fг3=2fпр2 f g2 -f g3 = 2f pr2

и выбраны симметричными относительно частоты f2 основного канала приемаand are selected symmetrical with respect to frequency f 2 of the main receiving channel

f2-fг3=fг2-f2=fпр2,f 2 -f r3 = f r2 -f 2 = f np2,

отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено вторым перемножителем, двумя узкополосными фильтрами, удвоителем фазы, фазовым детектором и инверсным усилителем, причем к выходу второго гетеродина последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, первый узкополосный фильтр, фазовый детектор, инверсный усилитель, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго и третьего гетеродинов соответственно, к выходу ключа последовательно подключены удвоитель фазы и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора.differs from the closest analogue in that it is equipped with a second multiplier, two narrow-band filters, a phase doubler, a phase detector and an inverse amplifier, with a second multiplier connected in series to the output of the second local oscillator, the second input of which is connected to the output of the third local oscillator, the first narrow-band filter, phase detector , an inverse amplifier, the first and second outputs of which are connected to the control inputs of the second and third local oscillators, respectively, a phase hunter and a second narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the phase detector.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов А, В и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг. 1, где введены следующие обозначения:The geometric arrangement of ground points A, B and the satellite repeater S is shown in FIG. 1, where the following notation is introduced:

О - Центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкала времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов А и В соответственно. Структурная схема устройства синхронизации часов, реализующего предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, показана на фиг. 4.O - Earth's center of mass; d is the base of the interferometer; r is the radius vector of the satellite. The time diagram of the duplex method of comparing watches is presented in figure 2, where the following notation is introduced: S, A, B - time scale of the satellite relay and points A and B, respectively. A block diagram of a clock synchronization device that implements the proposed method for clock synchronization is shown in FIG. 3. A frequency diagram illustrating signal conversion is shown in FIG. four.

Устройство синхронизации часов содержит ИСЗ-ретранслятор, первый А и второй В наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные эталон 1 времени и частоты, первый гетеродин 2.1, первый смеситель 5, второй вход которого через переключатель 4 соединен с первым выходом генератора 3 псевдошумового сигнала, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый усилитель 7 мощности, дуплексер 8, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 9, второй усилитель 12 мощности, второй смеситель 13, второй вход которого соединен через второй гетеродин 2.2 с первым выходом эталона 1 времени и частоты, и первый усилитель 14 второй промежуточной частоты, последовательно включенные второй клиппер 15, второй вход которого соединен с третьим выходом эталона 1 времени и частоты и первый блок 16 памяти, выход которого подключен ко второму входу первого коррелятора 17. При этом ко второму выходу генератора 3 псевдослучайного сигнала последовательно подключены первый клиппер 10, второй вход которого соединен со вторым выходом эталона 1 времени и частоты, и первый блок 11 памяти, выход которого подключен ко второму взоду первого коррелятора 17, который выполнен в виде последовательно подключенных к выходу первого блока 11 памяти блока 18 регулируемой задержки, первого перемножителя 19, второй вход которого соединен с выходом второго блока 16 памяти, фильтра 20 нижних частот и экстремального регулятора 21, выход которого соединен со вторым входом блока 18 регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен микропроцессор 22. К выходу второго усилителя 12 мощности последовательно подключены третий смеситель 24, второй вход которого через третий гетеродин 23 соединен с первым выходом эталона 1 времени и частоты, второй усилитель 25 второй промежуточной частоты, второй коррелятор 26, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 14 второй промежуточной частоты, пороговый блок 27 и ключ 28, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 14 второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу второго клиппера 15. К выходу второго гетеродина 2.2 последовательно подключен второй перемножитель 29, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 23, первый узкополосный фильтр 31, фазовый детектор 33 и инверсный усилитель 34, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входом второго 2.2 и третьего 23 гетеродинов соответственно. К выходу ключа 28 последовательно подключены удвоитель 30 фазы и второй узкополосный фильтр 32, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 33. Синхронизация часов по предлагаемому способу осуществляется следующим образом:The clock synchronization device contains a satellite repeater, the first A and second B ground stations, each of which contains a time and frequency standard 1 connected in series, the first local oscillator 2.1, the first mixer 5, the second input of which is connected through the switch 4 to the first output of the pseudo-noise signal generator 3 , an amplifier 6 of a first intermediate frequency, a first power amplifier 7, a duplexer 8, the input-output of which is connected to a transceiver antenna 9, a second power amplifier 12, a second mixer 13, the second input of which is connected without a second local oscillator 2.2 with a first output of the time and frequency reference 1, and a first amplifier 14 of the second intermediate frequency, a second clipper 15 connected in series, the second input of which is connected to the third output of the time and frequency reference 1 and the first memory block 16, the output of which is connected to the second the input of the first correlator 17. In this case, the first clipper 10 is connected to the second output of the pseudo-random signal generator 3, the second input of which is connected to the second output of the time and frequency standard 1, and the first memory block 11, the output which is connected to the second gate of the first correlator 17, which is made in the form of series-connected to the output of the first block 11 of the memory of the block 18 adjustable delay, the first multiplier 19, the second input of which is connected to the output of the second block 16 of the memory filter 20 low pass and extreme controller 21, the output of which is connected to the second input of the adjustable delay unit 18, the microprocessor 22 is connected to the second output of which. A third mixer 24 is connected in series to the output of the second power amplifier 12, the second input for which through the third local oscillator 23 is connected to the first output of the time and frequency standard 1, the second amplifier 25 of the second intermediate frequency, the second correlator 26, the second input of which is connected to the output of the first amplifier 14 of the second intermediate frequency, the threshold unit 27 and the key 28, the second input of which connected to the output of the first amplifier 14 of the second intermediate frequency, and the output is connected to the first input of the second clipper 15. To the output of the second local oscillator 2.2, a second multiplier 29 is connected in series, the second input of which is connected to the output t a local oscillator 23, a first narrow-band filter 31, a phase detector 33 and an inverse amplifier 34, the first and second outputs of which are connected to the control input of the second 2.2 and third 23 local oscillators, respectively. To the output of the key 28, a phase doubler 30 and a second narrow-band filter 32 are connected in series, the output of which is connected to the second input of the phase detector 33. Clock synchronization by the proposed method is as follows:

- в момент времени

Figure 00000001
по часам первого пункта А 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 частоту f1;- the generated signal is converted to 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 В 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 В (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);- take on-board equipment of the satellite repeater signal at a frequency f 1 (signal α 1 );

- переизлучают его в пунктах А и В 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 частоту f1;- the generated signal is converted to 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 А 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 point A using the same code sequence form the same noise microwave signal (signal α 3 );

- регистрируют его на первом пункте А (сигнал α3, который, однако, не ретранслируют);- register it at the first point A (signal α 3 , which, however, is not relayed);

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

- переизлучают его на пункты А и В на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений;- re-emit it to points A and B at a frequency f 2 while maintaining phase relationships;

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

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

- регистрируют в моменты времени

Figure 00000007
и
Figure 00000008
соответственно (сигналы α4, β4).- register at time points
Figure 00000007
and
Figure 00000008
respectively (signals α 4 , β 4 ).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в измерителе 17 определяют на каждом пункте следующие временные задержки:The correlation processing of two pairs of registered signals in the meter 17 determines at each point the following time delays:

Figure 00000009
Figure 00000009

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 00000010
,
Figure 00000010
,

где

Figure 00000011
;Where
Figure 00000011
;

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

Figure 00000012
,
Figure 00000013
- задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;
Figure 00000012
,
Figure 00000013
- signal delays in the radiating equipment of both points;

Figure 00000014
,
Figure 00000015
- задержки сигналов в приемо-регистрирующей аппаратуре;
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- 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 том же физический момент;Δt = t B -t A is the desired difference in the clock readings at the same physical moment;

Полагая aj и bj линейными функциями с производными

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

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
Where
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
,
Figure 00000023
- задержки сигнала в атмосфере на частотах f1 и f2 соответственно;
Figure 00000022
,
Figure 00000023
- signal delay in the atmosphere at frequencies f 1 and f 2, respectively;

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

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

ω - угловая скорость вращения Земли;ω is the angular velocity of the Earth;

Д - площадь четырехугольника OA'SB', образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов А и В иD - 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

ИСЗ-ретранслятора.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 00000024
Figure 00000024

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.

Оценим ошибки измерения временных задержек τi (i=1, 2, 3, 4).Let us estimate the errors 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 00000025
Figure 00000025

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 00000026
Figure 00000026

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

Pс, Pш - мощности сигнала и шума на входе приемника;P with , P 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=0,1нс необходимо, чтобы

Figure 00000027
. Например, при
Figure 00000028
получаем Q≥500, что вполне достижимо даже при использовании наземных приемо-передающих антенн малого диаметра.Then, to obtain the error στ = 0.1 ns, it is necessary that
Figure 00000027
. For example, when
Figure 00000028
we get Q≥500, which is quite achievable even with the use of small diameter terrestrial transmitting and receiving antennas.

Для Q=500,

Figure 00000028
и
Figure 00000029
согласно (4) оказывается достаточным и tс=5 10-6 с. Как легко показать, такое время когерентности обеспечивается уже при нестабильности гетеродина бортового ретранслятора
Figure 00000030
.For Q = 500,
Figure 00000028
and
Figure 00000029
according to (4) it turns out to be sufficient and t s = 5 10 -6 s. It is easy to show that such a coherence time is ensured even with the instability of the onboard repeater local oscillator
Figure 00000030
.

Что касается ошибки измерения частоты интерференции F, то при использовании в качестве ретранслятора ИСЗ-геостационара обычно выполняются следующие ограничения:

Figure 00000031
, поэтому для вычисления γ с ошибкой 0,1 нс необходимо F знать с ошибкой σF=3 Гц. Тогда, используя формулы (4) и (5), получаем tc=0,4⋅10-3, что требует более высокой стабильности бортового гетеродина
Figure 00000032
.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:
Figure 00000031
therefore, to calculate γ with an error of 0.1 ns, it is necessary to know F with an error of 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
Figure 00000032
.

Принцип работы аппаратуры заключается в следующем.The principle of operation of the equipment is as follows.

На первом шаге единичных измерений псевдошумовой сигнал α1 (фиг. 2), созданный генератором 3 с помощью стандарта 1 частоты и времениIn the first step of single measurements, the pseudo-noise signal α 1 (Fig. 2) created by the generator 3 using the standard 1 frequency and time

Figure 00000033
Figure 00000033

где Uc, fc, ϕc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;where U c , f c , ϕ c , T c - amplitude, carrier frequency, initial phase and signal duration;

ϕk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем ϕk(t)=const или kτэ<t<(k+1)τэ и может изменяться скачком при t=kτЭ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);ϕ k (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the code sequence M (t), and ϕ k (t) = const or kτ e <t <(k + 1) τ e and can change abruptly at t = kτ E , i.e. at the borders between elementary premises (k = 1, 2, ..., N-1);

τЭ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc=NτЭ).τ E , N is the duration and number of chips that make up the signal of duration T c (T c = Nτ E ).

Указанный сигнал поступает на вход клиппера 10, а затем регистрируется в буферном запоминающем устройстве 11. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.The specified signal is input to the clipper 10, and then registered in the buffer memory 11. Registration is synchronized by standard 1 frequency and time.

Сформированный сигнал uc(t) через замкнутый переключатель 4 поступает на первый вход первого смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2.1The generated signal u c (t) through a closed switch 4 is fed to the first input of the first mixer 5, the second input of which is supplied with the voltage of the first local oscillator 2.1

Figure 00000034
Figure 00000034

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частотыAt the output of the mixer 5, voltages of combination frequencies are generated. Amplifier 6 distinguishes the voltage of the first intermediate (total) frequency

Figure 00000035
Figure 00000035

где

Figure 00000036
;Where
Figure 00000036
;

fпр1=fГ1+fc - первая промежуточная (суммарная) частота;f CR1 = f G1 + f c - the first intermediate (total) frequency;

ϕпр1Г1с,ϕ pr1 = ϕ G1 + ϕ s ,

которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 поступает в приемопередающую антенну 9 и излучается ею в направлении ИСЗ-ретранслятора на частоте f2=fпр1.which after amplification in the power amplifier 7 through the duplexer 8 enters the transceiver antenna 9 and is radiated by it in the direction of the satellite-relay at a frequency f 2 = f pr1 .

В тот же момент времени

Figure 00000037
по часам второго пункта В с помощью той же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β1). Регистрируют его на втором пункте В (сигнал β1, который, однако, не отправляется на регистрацию).At that moment in time
Figure 00000037
by the clock of the second point B using the same code sequence M (t) form the same noise-like microwave signal (signal β 1 ). Register it at the second paragraph (signal β 1 , which, however, is not sent for registration).

Принимаемый бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте f1 (сигнал α1), переизлучают его на пункты А и В на частоте f2 с сохранением фазовых составляющих на интервале tc.Received onboard equipment of the satellite repeater at a frequency of f 1 (signal α 1 ), re-emit it to points A and B at a frequency of f 2 while maintaining phase components in the interval t c .

Ретранслированный сигнал (сигнал α1) на частоте f2 Relay signal (signal α 1 ) at a frequency f 2

Figure 00000038
Figure 00000038

принимается приемо-передающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго 13 и третьего 24 смесителей. На вторые входы смесителей 13 и 24 подаются соответственно напряжения гетеродинов 22 и 23:received by the transmit-receive antenna 9 and through the duplexer 8 and the power amplifier 12 is supplied to the first inputs of the second 13 and third 24 mixers. The second inputs of the mixers 13 and 24 are fed respectively to the voltage of the local oscillators 22 and 23:

Figure 00000039
Figure 00000039

Причем частоты fГ2 и fГ3 указанных гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты fГ2-fГ3=2fпр и выбраны симметричными относительно несущей частоты f2 основного канала приема f2-fГ3=fГ2-f2=fпр2.Moreover, the frequencies f Г2 and f Г3 of these local oscillators are spaced twice the second intermediate frequency f Г2 -f Г3 = 2f пр and are chosen symmetrical with respect to the carrier frequency f 2 of the main receiving channel f 2 -f Г3 = f Г2 -f 2 = f pr2 .

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.This circumstance leads to a doubling of the number of additional receiving channels, but creates favorable conditions for their suppression due to the correlation processing of channel voltages.

На выходе смесителей 13 и 24 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 14 и 25 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частотыAt the output of the mixers 13 and 24, voltages of combination frequencies are generated. Amplifiers 14 and 25 are allocated voltage of the second intermediate (differential) frequency

Figure 00000040
Figure 00000040

где

Figure 00000041
;Where
Figure 00000041
;

Figure 00000042
;
Figure 00000042
;

fпр2=fU2-f2=f2-fГ3 - вторая промежуточная (разностная) частота;f CR2 = f U2 -f 2 = f 2 -f G3 - the second intermediate (difference) frequency;

ϕпр2Г22,ϕ CR2 = ϕ G22 ,

ϕпр32Г3.ϕ pr3 = ϕ 2G3 .

Напряжения uпр2(t) и uпр3(t) поступают на два входа второго коррелятора 26, на выходе которого формируется напряжение U(τ), пропорциональное корреляционной функции R(τ), которое сравнивается с пороговым напряжением Uпор в пороговом блоке 27. Пороговый уровень Uпор превышается только при максимальном напряжении Umax(τ). Так как канальные напряжения uпр2(t) и uпр3(t) образуются одним и тем же шумоподобным сигналом u2(t), принимаемым по двум каналам на одной и той же частоте f2, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Кроме того, корреляционная функция R(τ) шумоподобных сигналов имеет ярко выраженный главный лепесток и относительно низкий уровень боковых лепестков. Поэтому на выходе коррелятора 26 формируется максимальное напряжение Umax(τ), которое превышает пороговый уровень Uпор в пороговом блоке 27 [Umax(τ)>Uпор]. При превышении порогового уровня Uпор в пороговом блоке 27 формируется напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 28 и открывает его. В исходном состоянии ключ 28 всегда закрыт.The voltages u CR2 (t) and u CR3 (t) are supplied to the two inputs of the second correlator 26, at the output of which a voltage U (τ) is generated proportional to the correlation function R (τ), which is compared with the threshold voltage U then in the threshold block 27. The threshold level U then is exceeded only at the maximum voltage U max (τ). Since the channel voltages u pr2 (t) and u pr3 (t) are formed by the same noise-like signal u 2 (t) received on two channels at the same frequency f 2 , there is a strong correlation between these channel voltages . In addition, the correlation function R (τ) of noise-like signals has a pronounced main lobe and a relatively low level of side lobes. Therefore, the maximum voltage U max (τ) is formed at the output of the correlator 26, which exceeds the threshold level U pores in the threshold block 27 [U max (τ)> U pores ]. When the threshold level U pores is exceeded, a voltage is generated in the threshold block 27, which is supplied to the control input of the key 28 and opens it. In the initial state, the key 28 is always closed.

При этом ретранслированный сигнал u2(t) (сигнал α2) с выхода первого усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 28 поступает на вход клиппера 15, где он клиппируется, и записывается в буферное запоминающее устройство 16.In this case, the relay signal u 2 (t) (signal α 2 ) from the output of the first amplifier 14 of the second intermediate frequency through the public key 28 is fed to the input of the clipper 15, where it is clipped, and recorded in the buffer memory 16.

На втором шаге (при передаче сигнала из пункта В) переключатель 4 должен быть разомкнут и сигнал α3 из генератора 3 через клиппер 10 поступает в то же запоминающее устройство 11.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.

Ретранслированный сигнал α4 записывается, как и сигнал α2, в запоминающее устройство 16. Затем в перерыве между актами измерения пары сигналов α1, α2 и α3, α4 подвергаются корреляционной обработке в измерителе 17 и вычисляются задержки τ2, τ3 и их производные

Figure 00000043
,
Figure 00000044
.The relay signal α 4 is recorded, like the signal α 2 , in the memory 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 are calculated and their derivatives
Figure 00000043
,
Figure 00000044
.

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). Измерение 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). The measurement of the values of τ i enter the microprocessor 22, where their derivatives are determined.

Для обеспечения симметричностиTo ensure symmetry

f2-fг3=fг2-f2=fпр2,f 2 -f r3 = f r2 -f 2 = f np2,

используется система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящая из перемножителя 29, узкополосных фильтров 31 и 32, удвоителя 30 фазы, фазового детектора 33 и инверсного усилителя 34.a phase locked loop (PLL) is used, consisting of a multiplier 29, narrow-band filters 31 and 32, a phase doubler 30, a phase detector 33, and an inverse amplifier 34.

Напряжения uГ2(t) и uГ3(t) с выходов 2.2 и 23 поступают на два входа перемножителя 29, на выходе которого образуется гармоническое напряжениеVoltages u Г2 (t) and u Г3 (t) from outputs 2.2 and 23 are supplied to two inputs of the multiplier 29, at the output of which a harmonic voltage is generated

Figure 00000045
Figure 00000045

где

Figure 00000046
Where
Figure 00000046

fГ2-fГ3=2fпр2,f G2 -f G3 = 2f pr2 ,

ϕΓΓ2Γ3=2ϕпρ2,ϕ Γ = ϕ Γ2Γ3 = 2ϕ pρ2 ,

которые выделяются узкополосным фильтром 31 и поступает на первый вход фазового детектора 33.which are allocated by the narrow-band filter 31 and is fed to the first input of the phase detector 33.

Напряжение uпр2(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 28 подается на вход удвоителя 30 фазы, на выходе которого образуется гармоническое напряжениеThe voltage u pr2 (t) from the output of the amplifier 14 of the second intermediate frequency through the open key 28 is fed to the input of the phase doubler 30, at the output of which a harmonic voltage is generated

Figure 00000047
Figure 00000047

где

Figure 00000048
Where
Figure 00000048

2fk(t)={0,π},2f k (t) = {0, π},

которое выделяется узкополосным фильтром 32 и поступает на второй вход фазового детектора 33.which is allocated by the narrow-band filter 32 and fed to the second input of the phase detector 33.

Если нарушается указанная симметрия, на выходе фазового детектора 33 формируется управляющее напряжение. Причем амплитуда и полярность управляющего напряжения зависят от степени и направления отклонения несущей частоты f2 от частот fг3 и fг3 второго 22 и третьего 23 гетеродинов. Указанное напряжение через инверсный усилитель 34 воздействует на управляющие входы второго 22 и третьего 23 гетеродинов так, чтобы выполнялось условие симметрииIf this symmetry is violated, a control voltage is generated at the output of the phase detector 33. Moreover, the amplitude and polarity of the control voltage depend on the degree and direction of deviation of the carrier frequency f 2 from the frequencies f g3 and f g3 of the second 22 and third 23 local oscillators. The specified voltage through the inverse amplifier 34 acts on the control inputs of the second 22 and third 23 local oscillators so that the symmetry condition is satisfied

fпр2=fU2-f2=f2-fГ3.f pr2 = f U2 -f 2 = f 2 -f G3 .

В пункте В 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 a similar 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 нс) с помощью РСДБ техники и техники ретрансляции, которая уже широко используется на практике;- achieve extreme measurement accuracy (about ± 0.1 ns) using VLBI technology and relay technology, 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 satellite onboard 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.

Известные технические решения 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.Known technical solutions provide improved measurement accuracy of 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.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных шумоподобных сигналов по основному каналу на частоте f2 (фиг. 4).The operation of the device described above corresponds to the case of receiving useful noise-like signals on the main channel at a frequency f 2 (Fig. 4).

Если ложный сигнал (помеха) поступает, например, по первому зеркальному каналу на частоте fз1 If a false signal (interference) arrives, for example, through the first mirror channel at a frequency f s1

Figure 00000049
Figure 00000049

то усилителями 14 и 25 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:the amplifiers 14 and 25 of the second intermediate frequency are allocated the following voltages:

Figure 00000050
Figure 00000050

где

Figure 00000051
Where
Figure 00000051

Figure 00000052
Figure 00000052

fпр2=fГ3-fЗ1;f CR2 = f G3 -f Z1 ;

3fпр2=fГ2-fЗ1;3f pr2 = f G2 -f Z1 ;

ϕпр4Г3З1,ϕ CR4 = ϕ G3Z1 ,

ϕпр5Г2З1;ϕ pr5 = ϕ Г2З1 ;

Однако только напряжение uпр4(t) попадает в полосу пропускания усилителя 14 второй промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 26 равно нулю, ключ 28 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте fЗ1, подавляется.However, only the voltage u CR4 (t) falls into the passband of the amplifier 14 of the second intermediate frequency. The output voltage of the correlator 26 is zero, the key 28 does not open, and a false signal (interference) received on the first mirror channel at a frequency f Z1 is suppressed.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте fЗ2 и по любому другому дополнительному каналу приема.For a similar reason, a false signal (interference) received on the second mirror channel at a frequency f З2 and on any other additional reception channel is also suppressed .

Если ложный сигнал (помеха) одновременно принимается по первому и второму зеркальным каналам:If a false signal (interference) is simultaneously received on the first and second mirror channels:

Figure 00000053
Figure 00000053

то усилителями 14 и 25 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:the amplifiers 14 and 25 of the second intermediate frequency are allocated the following voltages:

Figure 00000054
Figure 00000054

где

Figure 00000055
Where
Figure 00000055

которые поступают на два входа коррелятора 26. Но ключ 28 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) uЗ1(t) и uЗ2(t) принимаются на разных частотах fЗ1 и fЗ2, поэтому между канальными напряжениями uпр4(t) и uпр6(t) существует слабая корреляционная связь. Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко выраженного лепестка, как это имеет место у сложных шумоподобных сигналов. Выходное напряжение коррелятора U(τ) в этом случае не превышает порогового уровня Uпор в пороговом блоке 27, ключ 28 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по двум зеркальным каналам на частотах fЗ1 и fЗ2, подавляются.which enter the two inputs of the correlator 26. But the key 28 in this case does not open. This is because different false signals (interference) u З1 (t) and u З2 (t) are received at different frequencies f З1 and f З2 , so there is a weak correlation between the channel voltages u pr4 (t) and u pr6 (t) communication. In addition, it should be noted that the correlation function of interference does not have a pronounced lobe, as is the case with complex noise-like signals. The output voltage of the correlator U (τ) in this case does not exceed the threshold level of U pores in the threshold unit 27, the key 28 does not open, and false signals (interference) received simultaneously on two mirror channels at frequencies f З1 and f З2 are suppressed.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по двум другим дополнительным каналам.For a similar reason, false signals (interference) received simultaneously on two other additional channels are suppressed.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени. Это достигается за счет обеспечения симметричности частот fГ2 и fГ3 второго и третьего гетеродинов относительно частоты f2 основного канала приемаThus, the proposed method and device in comparison with prototypes provide increased noise immunity and accuracy of synchronization of remote time scales. This is achieved by ensuring the symmetry of the frequencies f G2 and f G3 of the second and third local oscillators relative to the frequency f 2 of the main receiving channel

fпр2=fU2-f2=f2-fГ3.f pr2 = f U2 -f 2 = f 2 -f G3 .

Указанная симметричность выполняется за счет фазовой автоматической подстройки частот fΓ2 и fГ3 гетеродинов 22 и 23.The indicated symmetry is performed due to phase automatic tuning of the frequencies f Γ2 and f Г3 of the local oscillators 22 and 23.

Claims (3)

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, 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 регистрируемых зондирующих и регистрированных сигналов, по величине которой производится сличение шкал времени, при этом принимаемый сигнал на несущей частоте f2 преобразуют по частоте с использованием частот fГ2 и fГ3 второго и третьего гетеродинов, которые разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты fГ2-fГ3=2fпр2 и выбирают симметричными относительно частоты f2 основного канала приема f2-fГ3=fГ2-f2, выделяют напряжения второй промежуточной частоты fпр2=f2-fГ3 и fпр2=fГ2-f2, подвергают их корреляционной обработке, формируют напряжение U(τ), пропорциональное корреляционной функции R(τ), сравнивают его с пороговым напряжением и в случае его превышения формируют напряжение, которое используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, отличающийся тем, что напряжения второго и третьего гетеродинов перемножают между собой, выделяют первое узкополосное напряжение удвоенной второй промежуточной частоты, удваивают фазу первого напряжения второй промежуточной частоты, выделяют второе узкополосное напряжение удвоенной второй промежуточной частоты, сравнивают первое и второе узкополосные напряжение удвоенной второй промежуточной частоты по фазе, формируют управляющее напряжение положительной или отрицательной полярности, воздействуют им на управляющие входы гетеродинов так, чтобы выполнялась их симметричность относительно частоты f2 основного канала приема1. A clock synchronization method based on the simultaneous reception of noise-like microwave signals from an artificial Earth satellite by spaced ground points, 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 t 1, the clock of the second paragraph 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-signal relay at a frequency f 1 , re-emitted о to the first and second points at a frequency f 2 while maintaining 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 its power, emitted amplified signal in the direction of the artificial satellite of the Earth relay, the same point of time t 3 by 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, prini ayut 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, the registered probe signal passed through the variable delay unit, multiply it with a registered repeated signals, emit a low-frequency voltage, thereby forming the correlation function R (τ), where τ is the current time delay, by varying the delay τ, the correlation function R (τ) is maintained at the maximum level, f ix the time delay τ i (i = 1, 2, 3, 4) between two pairs of registered probing and registered signals, the magnitude of which is used to compare time scales, while the received signal at the carrier frequency f 2 is converted in frequency using frequencies f Г2 and f Г3 of the second and third local oscillators, which are doubled by the second intermediate frequency f Г2 -f Г3 = 2f пр2 and are symmetrical with respect to the frequency f 2 of the main receiving channel f 2 -f Г3 = f Г2 -f 2 , the second intermediate voltage frequency f CR2 = f 2 -f G3 and f CR2 = f G2 -f 2 , they are subjected to correlation processing, a voltage U (τ) is generated proportional to the correlation function R (τ), it is compared with a threshold voltage, and if it is exceeded, a voltage is generated that is used to allow further processing of the first voltage second intermediate frequency, characterized in that the voltages of the second and third local oscillators are multiplied among themselves, emit the first narrow-band voltage of twice the second intermediate frequency, double the phase of the first voltage of the second intermediate second frequency, allocate second narrowband voltage twice the second intermediate frequency, comparing the first and second narrowband voltage twice the second intermediate frequency phase, form a control voltage of positive or negative polarity, influence them to control inputs oscillators so as to perform their symmetry with respect to the frequency f 2 of the main receive channel fпр2=fU2-f2=f2-fГ3.f pr2 = f U2 -f 2 = f 2 -f G3 . 2. Устройство синхронизации часов, содержащее ИС3-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 псевдошумового сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен через второй гетеродин с первым выходом эталона времени и частоты, и первый усилитель второй промежуточной частоты, второй клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом эталона времени и частоты, второй блок памяти и первый 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 первого коррелятора, который 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, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу второго клиппера, частоты fГ2 и fГ3 второго и третьего гетеродинов разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты fГ2-fГ3=2fпр2 и выбраны симметричными относительно частоты f2 основного канала приема f2-fГ3=fГ2-f2=fпр2, отличающееся тем, что оно снабжено вторым перемножителем, двумя узкополосными фильтрами, удвоителем фазы, фазовым детектором и инверсным усилителем, причем к выходу второго гетеродина последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, первый узкофазовым детектором и инверсным усилителем, причем к выходу второго гетеродина последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, первый узкополосный фильтр, фазовый детектор и инверсный усилитель, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго и третьего гетеродинов соответственно, к выходу ключа последовательно подключены удвоитель фазы и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора.2. A clock synchronization device containing 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 a pseudo-noise signal generator, and an amplifier of the first intermediate 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 the oscillator with the first output of the time and frequency standard, and the first amplifier of the second intermediate frequency, 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 first correlator, while the first clipper is connected in series to the second output of the pseudo noise signal generator , the second input of which is connected to the second output of the standard time and frequency, and the first memory block, the output of which is connected to the second input of the first correlator, which is made in the form of series-connected x to 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 unit, a low-pass filter and an extreme controller, the output of which is connected to the second input of the adjustable delay unit, the microprocessor is connected to the second output to the output of the second amplifier a third mixer, the second input of which is connected to the output of the third local oscillator, the second amplifier of the second intermediate frequency, the second correlator, the second input of which connected to the output of the first amplifier of the second intermediate frequency threshold unit and the key, a second input coupled to an output of the first amplifier of the second intermediate frequency, and an output connected to the first input of the second clipper, frequency f T2 and f T3 second and third oscillators are spaced by twice the value of the second intermediate frequency f Г2 -f Г3 = 2f пр2 and selected symmetrical with respect to the frequency f 2 of the main receiving channel f 2 -f Г3 = f Г2 -f 2 = f pr2 , characterized in that it is equipped with a second multiplier, two narrow-band filters, double phase, phase detector and inverse amplifier, and the second multiplier is connected in series to the output of the second local oscillator, the second input of which is connected to the output of the third local oscillator, the first narrow-phase detector and inverse amplifier, and the second multiplier, the second input of which is connected to the output of the second local oscillator the output of the third local oscillator, the first narrow-band filter, a phase detector and an inverse amplifier, the first and second outputs of which are connected to the control inputs of the second and third local oscillators, respectively, to the output of the key successively connected phase doubler and a second narrow band filter, whose output is connected to a second input of the phase detector.
RU2015136009A 2015-08-25 2015-08-25 Clock synchronisation method and device therefor RU2613865C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015136009A RU2613865C2 (en) 2015-08-25 2015-08-25 Clock synchronisation method and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015136009A RU2613865C2 (en) 2015-08-25 2015-08-25 Clock synchronisation method and device therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015136009A RU2015136009A (en) 2017-03-03
RU2613865C2 true RU2613865C2 (en) 2017-03-21

Family

ID=58453064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015136009A RU2613865C2 (en) 2015-08-25 2015-08-25 Clock synchronisation method and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613865C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767163C1 (en) * 2021-04-21 2022-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method for synchronizing clocks in digital networks

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7327699B1 (en) * 1999-03-30 2008-02-05 Schaefer Wolfgang Method and device for synchronisation of distant clocks to a central clock via satellite
US7426156B1 (en) * 2003-08-26 2008-09-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method and apparatus for clock synchronization that accounts for curvature in the space-time continuum
WO2011020870A1 (en) * 2009-08-19 2011-02-24 Raumfeld Gmbh Method and arrangement for synchronising data streams in networks and a corresponding computer program and corresponding computer-readable storage medium
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7327699B1 (en) * 1999-03-30 2008-02-05 Schaefer Wolfgang Method and device for synchronisation of distant clocks to a central clock via satellite
US7426156B1 (en) * 2003-08-26 2008-09-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method and apparatus for clock synchronization that accounts for curvature in the space-time continuum
WO2011020870A1 (en) * 2009-08-19 2011-02-24 Raumfeld Gmbh Method and arrangement for synchronising data streams in networks and a corresponding computer program and corresponding computer-readable storage medium
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767163C1 (en) * 2021-04-21 2022-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method for synchronizing clocks in digital networks

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015136009A (en) 2017-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3556952B2 (en) Localization of unknown signal source
JP2727306B2 (en) Method and apparatus for determining position using signals from satellites
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
Herique et al. Philae localization from CONSERT/Rosetta measurement
RU2535653C1 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2292574C1 (en) Method of clock synchronization
Rajan et al. Synchronization for space based ultra low frequency interferometry
RU2613865C2 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2383914C1 (en) Method of synchronising watches and device for realising said method
RU2518174C2 (en) Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method
RU2623718C1 (en) Time transmission signals modem through the satellite communication duplex channel
RU2539914C1 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2301437C1 (en) Mode of comparison of time scale
US10148352B1 (en) Continuous carrier optical phase optometric measurement over coherent optical communication link
RU2619094C1 (en) Method of clock synchronization and device for its implementation
RU2622511C1 (en) Method of clock synchronization and device for its implementation
RU2624912C1 (en) Radio interferometric method for studying near and far space objects and system for its realisation
Younis et al. Performance prediction and verification for the synchronization link of TanDEM-X
RU2350998C2 (en) Method of synchronising clocks
RU2654846C1 (en) Method of clock synchronization
RU2612127C2 (en) Method for clock synchronization and device for its implementation
RU2426167C1 (en) Method of clock timing and device to this end
RU2583894C2 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2528405C1 (en) Clock synchronisation method and device therefor