RU2654846C1

RU2654846C1 - Способ синхронизации часов

Info

Publication number: RU2654846C1
Application number: RU2017101758A
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Смоленцев; Дмитрий Викторович Иванов; Виктор Иванович Дикарев; Борис Васильевич Койнаш
Original assignee: Акционерное общество "Институт прикладной астрономии"
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-05-22

Abstract

Предлагаемый способ относится к технике связи и может быть использован в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частоты. Технической задачей изобретения является повышение точности сличения удаленных шкал времени путем автоматического выполнения соотношений:

ω_г1=ω₂, ω_г2=ω₁=ω_пр1, ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

где ω_пр1 - первая промежуточная частота,

ω_пр2 - вторая промежуточная частота.

Устройство, реализующее предлагаемый способ синхронизации часов, содержит стандарт 1 частоты и времени, первый 2.1 и второй 2.2 гетеродины, генератор 3 псевдошумового сигнала, переключатель 4, первый 5, второй 13 и третий 19 смесители, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый 7 и второй 12 усилители мощности, детектор 8, приемопередающую антенну 9, первый 10 и второй 15 клипперы, первое 11 и второе 16 буферное запоминающие устройства, первый 14 и второй 20 усилители второй промежуточной частоты, измеритель 17 задержек и их производных, фазовращатель на +90°, фазовращатель на -90°, сумматор 22, перемножитель 23, первый 24 и второй 29 узкополосные фильтры, амплитудный детектор 25, ключ 26, удвоитель 27 фазы, делитель 28 фазы на два, фазовый детектор 30 и инверсный усилитель 31. 4 ил.

Description

Предлагаемый способ относится к технике связи и может быть использован в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частоты.

Известны способы и устройства синхронизации часов (авт. свид. СССР №№591.799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; патенты РФ №№2.001.423, 2.003.157, 2.040.039, 2.177.167, 2.292.574, 2.350.998, 2.386.159, 2.439.643; патент Великобритании №1.526.467; патент Германии №4.202.435; B.C. Губанов, A.M. Финкельштейн, П.А. Фридман. Введение в радиоастрометрию. М., 1983 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является «Способ синхронизации часов» (патент РФ №2.292.574, G04C 11/02, 2008), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный способ обеспечивает сличение шкал времени, разнесенных на большие расстояния, 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.

Для технической реализации известного способа используется супергетеродинный приемник, имеющий дополнительные каналы приема, которые подавляются фазокомпенсационным методом и методом узкополосной фильтрации.

При этом частоты ω_г1 и ω_г2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_г1=ω_пр2

и выбраны следующим образом:

ω_г1=ω₂,

ω_г2=ω₁=ω_пр1

где ω₁ - частота излучаемого шумоподобного сигнала;

ω₂- частота принимаемого (ретранслированного) сигнала;

ω_пр1 - первая промежуточная частота.

Однако геостационарный ИСЗ-ретранслятор не находится в одном стационарном положении, а в соответствии с законами небесной механики совершает движение на геостационарной орбите по определенной траектории, что приводит к появлению эффекта Доплера.

Эффект Доплера и другие дестабилизирующие факторы приводят к нарушению указанных соотношений и к снижению точности сличения удаленных шкал времени.

Технической задачей изобретения является повышение точности сличения удаленных шкал времени путем автоматического выполнения соотношений:

ω_г1=ω₂, ω_г2=ω₁=ω_пр1, ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

где ω_пр1 - первая промежуточная частота,

ω_пр2 - вторая промежуточная частота.

Поставленная задача решается тем, что способ синхронизации часов основан, 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 когерентной 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту 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 такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный 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 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 регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливает его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнала на частоте ω₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, принимаемый сигнал на частоте ω₂ преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, сдвигают по фазе на +90°, выделяют напряжение второй промежуточной частоты, сдвигают его по фазе на -90°, суммируют с исходным напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное суммарное напряжение с принимаемым сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ω_г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличается от ближайшего аналога тем, что принимаемый шумоподобный СВЧ-сигнал на частоте ω₂ умножают и делят по фазе на два, выделяют гармоническое напряжение на частоте ω₂, сравнивают его по фазе с напряжением первого гетеродина и если нарушается равенство ω₂=ω_г1, где ω_г1 - частота первого гетеродина, то формируют управляющее напряжение, амплитуда и полярность которого зависят от степени и направления отклонения частоты ω_г1 первого гетеродина от частоты ω₂ принимаемого сигнала, воздействуют управляющим напряжением на частоты ω_г1 и ω_г2 первого и второго гетеродинов и изменяют их так, чтобы выполнялось равенство:

ω_г1=ω₂, ω_г2=ω₁=ω_пр1, ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

где ω_пр1 - первая промежуточная частота,

ω_пр2 - вторая промежуточная частота.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов А и В и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг. 1, где внесены следующие обозначения: 0 - центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора.

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 аппаратуры одного из пунктов (А), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлен а на фиг. 3, где введены следующие обозначения: 1 - стандарт времени и частот, 2.1 - первый гетеродин, 2.2 - второй гетеродин, 3 - генератор псевдослучайного сигнала, 4 - переключатель, 5 - первый смеситель, 6 - усилитель первой промежуточной частоты, 7 - первый усилитель мощности, 8 - дуплексер. 9 - приемопередающая антенна, 10 - первый клиппер, 11 - первое буферное запоминающее устройство, 12 - второй усилитель мощности, 13 - второй смеситель, 14 - первый усилитель второй промежуточной частоты, 15 - второй клиппер, 16 - второе буферное запоминающее устройство, 17 - измеритель задержек и их производных, 18 - первый фазовращатель на +90°, 19 - третий смеситель, 20 - второй усилитель второй промежуточной частоты, 21 - второй фазовращатель на -90°, 22 - сумматор, 23 - перемножитель, 24 - узкополосный фильтр, 25 - амплитудный детектор, 26 - ключ, 26 - удвоитель фазы, 28 - делитель фазы на два, 29 - узкополосный фильтр, 30 - фазовый детектор, 31 - инверсный усилитель.

Синхронизация часов по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. В момент времени t₁ ^A по часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α₁) (фиг. 2)

u_c(t)=U_c cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤Т_с,

где U_c, ω_с, ϕ_с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

ϕ_k(t)=(0; π) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем ϕ_k(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 Т_с(Т_с=Nτ_Э), в генераторе 3 с помощью стандарта 1 частоты и времени.

Указанный сигнал поступает на вход клиппера 10, а затем регистрируется в буферном запоминающем устройстве 11. Регистрация синхронизуется стандартом 1 частоты и времени.

Сформированный сигнал u_c(t) поступает на первый вход первого смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2.1

u_г1(t)=U_г1 cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

u_пр1(t)=U_пр1 cos[ω_пр1t+ϕ_k(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤Т_с,

где

;

K₁- коэффициент передачи смесителя;

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

ϕ_пр1=ϕ_с+ϕ_г1,

которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 и приемопередающую антенну 9 излучается в направлении ИСЗ-ретранслятора на частоте ω₁=ω_пр1.

В тот же момент времени t₁ ^A=t₁ ^B по часам второго пункта В с помощью такой же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β₁). Регистрируют его на втором пункте В (сигнал β₁, который однако не отправляют на ретрансляцию). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте ω₁ (сигнал α₁), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений на интервале t_c.

Ретранслированный сигнал (сигнал α₂) на частоте ω₂

u₂(t)=U₂ cos[ω₂t+ϕ_k(t)+ϕ₂], 0≤t≤Т_с,

принимается приемопередающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго 13 и третьего 19 смесителей и перемножителя 23. На вторые входы смесителей 13 и 19 подаются напряжения второго гетеродина 2.2:

u_г2(t)=U_г2(ω_Г2t+ϕ_Г2),

u_г3(t)=U_г2 cos(ω_Г2t+ϕ_Г2+90°).

Причем частоты ω_Г1 и ω_Г2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

ω_г2-ω_г1=ω_пр2.

На выходах смесителей 13 и 19 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 14 и 20 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пр2(t)=U_пр2 cos[ω_пр2(t)-ϕ_K1(t)+ϕ_пр2],

u_пр3(t)=U_пр2 cos[ω_пр2(t)-ϕ_K1(t)+ϕ_пр2+90°], 0≤t≤T_c,

где

;

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр2=ϕ_г2-ϕ₂.

Напряжение u_пр3(t) с входа усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 21 на -90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр4(t)=U_пр2 cos[ω_пр2t-ϕ_k(t)+ϕ_пр2+90°-90°]=

U_пр2 cos[ω_пр2t-ϕ_k(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с.

Напряжения u_пр2(t) и u_пр4(t) с выхода усилителя 14 и фазовращателя 21 на -90° поступают на два входа первого сумматора 22, на выходе которого образуется первое суммарное напряжение

u_∑1(t)=U_∑1 cos[ω_пр2t-ϕ_k1(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где U_∑1=2U_пр2,

которое поступает на второй вход перемножителя 23. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u₁(t)=U₁ cos(ω_г2t+ϕ_г2), 0≤t≤Т_с,

где

;

K₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 24 (частота настройки ω_н которого выбирается равной частоте второго гетеродина 2.2 ω_н=ω_г2), детектируется амплитудным детектором 25 и поступает на управляющий вход ключа 26, открывая его. В исходном состоянии ключ 26 всегда закрыт.

Напряжение u_∑(t) с выхода сумматора 22 через открытый ключ 26 поступает на вход клиппера 15, где оно клиппируется и записывается в буферное запоминающее устройство 16. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.

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. Ретранслированный сигнал α₄ записывается, как и α₂, в запоминающее устройство 16.

В произвольный момент времени t₃ ^B=t₂ ^B+Θ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β₃). Сформированный сигнал преобразуют на частоту ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора.

В тот же момент времени t₃ ^B=t₃ ^A по часам первого пункта А с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α₃). Регистрируют его на первом пункте А. Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω₁ (сигнал α₃), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω₂ с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его на видеочастоту, регистрируют в моменты времени t₄ ^A и t₄ ^B соответственно (сигнал α₄, β₄).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в измерителе 17 определяют на каждом пункте следующие временные задержки:

τ₁=β₁⊗β₂=t₂ ^B-t₁ ^B=а₁+b₁+(Δ_В ^И+Δ_В ^П+ΔS)+Δt,

τ₂=α₃⊗α₄=t₄ ^A-t₃ ^A=а₃+b₂+(Δ_В ^И+Δ_А ^П+ΔS)-Δt,

τ₃=α₁⊗α₂=t₂ ^A-t₁ ^A=a₁+a₂+(Δ_А ^И+Δ_А ^П+ΔS),

τ₄=β₃⊗β₄=t₄ ^B-t₃ ^B=b₂+b₃+(Δ_В ^И+Δ_В ^П+ΔS),

и соответствующие им частоты интерференции F_i (i=1, 2, 3, 4), которые определяют производные этих задержек:

где

,

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

Δ_А ^И, Δ_В ^И - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

Δ_А ^П, Δ_В ^П - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

ΔS - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;

Δt=t₁ ^B-t₁ ^A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая a_j и b_j линейными функциями с производными

получаем:

где

Δ_A,B', Δ_A,B'' - задержки сигнала в атмосфере на частотах ω₁ и ω₂ соответственно;

ν - релятивистская поправка (эффект Саньяка);

ω - угловая скорость вращения Земли;

с - скорость света;

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

Поправки 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 эфеме-ридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений.

Что касается поправки δ на аппаратурные задержки, то ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы».

Атмосферная поправка е также учитывается.

На пункте В аппаратура работает аналогично, только порядок шагов там обратный. Для вычисления разности показаний часов Δt теперь достаточно обменяться между пунктами полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи.

Одновременно принимаемый шумоподобный сигнал

u₂(t)=U₂ cos[ω₂t+ϕ_k(t)+ϕ₂], 0≤t≤Т_с,

с выхода усилителя 12 мощности поступает на вход удвоителя 27 фазы, на выходе которого образуется гармоническое напряжение

u₃(t)=U₃ cos(2ω₂t+2ϕ₂], 0≤t≤Т_с,

где

Так как 2ϕ_k(t)={0, 2π}, то в указанном напряжении фазовая манипуляция уже отсутствует. В качестве удвоителя фазы может быть использован перемножитель, на два входе подается один и тот же сигнал u₂(t).

Гармоническое напряжение u₃(t) с выхода удвоителя 27 фазы поступает на вход делителя 28 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое напряжение

u₄(t)=U₄ cos(ω₂t+ϕ₂), 0≤t≤T_c,

которое поступает на первый вход фазового детектора 30, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2.1

u_Г1(t)=U_г1 cos(ω_г1t+ϕ_г1).

Если под воздействием эффекта Доплера или других дестабилизирующих факторов нарушается равенство ω₂=ω_г1, то на выходе фазового детектора 30 формируется управляющее напряжение. Причем амплитуда и полярность управляющего напряжения зависят от степени и направления отклонения частоты ω_г1 первого гетеродина 2.1 от частоты ω₂ принимаемого шумоподобного сигнала u₂(t). Управляющее напряжение с выхода фазового детектора 30 через инверсный усилитель 31 воздействует на входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, изменяя их частоты ω_г1 и ω_г2 таким образом, чтобы выполнялись равенства

ω_г1=ω₂, ω_г2=ω₁=ω_пр1, ω_г2-ω_г1=ω_пр2,.

При выполнении указанных равенств напряжение фазового детектора 30 будет равно нулю.

Описанная выше работа устройства, реализующего предлагаемый способ, соответствует приему полезных сигналов по основному каналу на частоте ω₂ (фиг. 4).

Если шумоподобный сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте ω_З

u_з(t)=U_зcos[ω_зt+ϕ_k2(t)+ϕ_з], 0≤t≤T_з,

то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр5(t)=U_пр5 cos[ω_пр2t+ϕ_k2(t)+ϕ_пр5],

u_пр6(t)=U_пр5 cos[ω_пр2t+ϕ_k2(t)+ϕ_пр5-90°], 0≤t≤T_з,

где

ω_ПР2=ω_З-ω_г2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_ПР5=ϕ_З-ϕ_г2.

Напряжение u_ПР6(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

u_пр7(t)=U_пр5 cos(ω_пр2t+ϕ_пр5-90-90°)=-U_пр5 cos(ω_пр2t+ϕ_пр5), 0≤t≤Т_з.

Напряжение u_пр5(t) и u_пр7(t) поступают на два входа сумматора 22, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха) принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_з, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1

u_k1=U_k1cos(ω_k1t+ϕ_k1), 0≤t≤T_k1,

u_пр8(t)=U_пр2 cos(ω_пр2t+ϕ_пр8),

u_пр9(t)=U_пр8 cos(ω_пр2t+ϕ_пр8+90°), 0≤t≤Т_k1,

где

ω_пр2=2ω_г2-ω_k1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр8=ϕ_г2-ϕ_k1.

Напряжение u_пр9(t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 21 на -90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр10(t)=U_пр8 cos(ω_пр2t+90°-90°)=U_пр8 cos(ω_пр2t+ϕ_пр8), 0≤t≤T_k1.

Напряжения u_пр8(t) и u_пр1(t) поступают на вход сумматора 22, на выходе которого образуется следующее напряжение:

u_∑(t)=U_∑1 cos(ω_пр1t+ϕ_пр8), 0≤t≤T_k1,

где U_∑1=2U_пр8.

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 23, на выходе которого образуется следующее гармоническое напряжение:

u₂(t)=U₂cos(2ω_г2t+ϕ_г2), 0≤t≤Т_k1,

где

.

Это напряжение не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 24. Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1; подавляется.

Для полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ω_З, используется комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации, состоящая из калибратора 27, регулируемых фазовращателей 28 и 29, узкополосных фильтров 30 и 31, амплитудных детекторов 32 и 34, блока вычитания 35, двух инверсных усилителей 36 и 39, перемножителя 37, фильтров 35 и 38 нижних частот.

Полное подавление ложных сигналов (помех) возможно только при идентичности приемных каналов. Однако, реальные усилители 14 и 20 второй промежуточной частоты, входящие в состав приемных каналов, имеют отличающиеся характеристики. Различия увеличиваются за счет других элементов, входящих в состав приемных каналов.

Комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации использует гармонический калибровочный сигнал, получаемый от отдельного генератора (калибратора) 27, частота ω_к которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на некоторую величину Δω(Δω=ω_к-ω_пр2) (фиг. 4).

При малой величине Δω калибровочный сигнал несет информацию о идентичности приемных каналов. На второй промежуточной частоты ω_пр2 в силу корреляции близких значений частотных характеристик.

На входы первого 14 и второго 20 усилителей второй промежуточной частоты через регулируемые фазовращатели 28 и 29 соответственно с выхода калибратора 27 поступает гармонический калибровочный сигнал

u_k(t)=U_k cos(ω_kt+ϕ_k), 0≤t≤T_k,

частота ω_к которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на незначительную величину Δω (фиг. 4). На выходе усилителей 14 и 20 второй промежуточной частоты калибровочные сигналы выделяются узкополосными фильтрами 30, 31 и после детектирования в амплитудных детекторах 32, 33 поступают на входы блока 34 вычитания системы амплитудной идентификации. При неравенстве модулей коэффициентов передачи приемных каналов (К₁=К₂) на частоте ω_к на выходе блока 34 вычитания появляется напряжение (положительное или отрицательное), которое через фильтр 35 нижних частот и инверсный усилитель 36 воздействует на управляющие входы усилителей 14 и 20 второй промежуточной частоты, изменяя их коэффициенты передачи К₁ и К₂ таким образом, что выходное напряжение блока 34 вычитания стремится к нулю. При этом коэффициенты передачи усилителей 14 и 20 второй промежуточной частоты оказываются практически одинаковыми на частоте ω_к калибровочного сигнала (К₁=К₂=К).

С выходов узкополосных фильтров 30 и 31 калибровочные сигналы поступают на систему фазовой идентификации, состоящую из перемножителя 37, фильтра 38 нижних частот, инверсного усилителя 39 и двух регулируемых фазовращателей 28 и 29.

При наличии фазовой неидентичности приемных каналов на выходе фазового детектора, состоящую из перемножителя 37 и фильтра 38 нижних частот, образуется напряжение (положительное или отрицательное), которое через инверсный усилитель 39 воздействует на управляющие входы регулируемых фазовращателей 28 и 29, изменяя фазовые сдвиги калибровочных сигналов так, что выходное напряжение фазового детектора стремятся к нулю. Так достигается фазовая идентификация приемных каналов.

Наличие сильной корреляции между модулями коэффициентов передачи и между их аргументами на частотах ω_пр2 и ω_к позволяет утверждать практическое равенство модулей коэффициентов передачи и равенство их аргументов на второй промежуточной частоте ω_пр2.

Способ синхронизации часов позволяет:

- достичь предельной точности измерений (около 0,1 не) с помощью РСДБ техники и техники ретрансляции, которая уже широко используется на практике;

- 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; - ретранслятора.

- 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);

- избежать установки на борту ИСЗ высокостабильных хранителей времени и измерителей временных интервалов, ограничить бортовую аппаратуру только системой фазостабильной ретрансляции СВЧ-сигналов.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности синхронизации удаленных шкал времени. Это достигается путем полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ω_З, за счет использования комплексной (амплитудно-фазовой) системы идентификации приемных каналов. Указанная система использует гармонический калибровочный сигнал, получаемый от отдельного генератора (калибратора), частота которого отличается от второй промежуточной частоты ω_пр2 на некоторую величину Δω (Δω=ω_к-ω_пр2). При малой величине Δω калибровочный сигнал несет информацию о неидентичности приемных каналов на второй промежуточной частоте ω_пр2 в силу корреляции близких частотных характеристик.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение точности сличения удаленных шкал времени. Это достигается путем автоматического выполнения соотношений:

ω_г1=ω₂, ω_г2=ω₁=ω_пр1, ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

где ω_пр1 - первая промежуточная частота,

ω_пр2 - вторая промежуточная частота.

Claims

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 производят 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 ω₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в этот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный 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 регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту 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 шумоподобный 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, принимаемый на частоте ω₂, преобразуют по частоте в двух приемных каналах с использованием в первом приемном канале напряжения второго гетеродина, а во втором приемном канале напряжение второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют в первом и втором приемных каналах напряжения второй промежуточной частоты, сдвигают по фазе на -90° напряжение второй промежуточной частоты второго приемного канала, суммируют его с напряжением второй промежуточной частоты первого приемного канала, перемножают полученное суммарное напряжение с принимаемым сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ω_г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличающийся тем, что принимаемый шумоподобный сигнал на частоте ω₂ умножают и делят на два, выделяют гармоническое напряжение на частоте ω₂, сравнивают его по фазе с напряжением первого гетеродина и, если нарушается равенство ω₂=ω_г1, где ω_г1 - частота первого гетеродина, формируют управляющее напряжение, амплитуда и полярность которого зависит от степени и направления отклонения частоты ω_г1 первого гетеродина от частоты ω₂ принимаемого сигнала, воздействуют управляющим напряжением на частоты ω_г1 и ω_г2 первого и второго гетеродинов и изменяют их так, чтобы выполнялись равенства
ω_г1=ω₂, ω_г2=ω₁=ω_пр1, ω_г2-ω_г1=ω_пр2,
где ω_пр1 - первая промежуточная частота,
ω_пр2 - вторая промежуточная частота.