SU1741096A1 - Устройство дл сличени эталонов времени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиотехнике, в частности к устройствам дл  сличени  шкал территориально разнесенных эталонов времени. Дл  повышени  точности сличени  эталонов времени в устройство, содержащее канал формировани  и излучени  первого импульсного сигнала с частотой заполнени , равной частоте излучени , на передающей стороне введен блок формировани  двухчастотного сигнала, а на приемной стороне, содержащей канал обработки и измерени  временного положени  первого сигнала, введен канал обработки и измерени  временного положени  двухчастотного сигнала, позвол ющий уточн ть временное положение первого сигнала за счет большей эффективной ширины спектра двухчастотного сигнала. Неоднозначность отсчетов двухчастотного сигнала устран етс  с помощью первого сигнала. 4 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике, в частности к устройствам дл  высокоточного сличени - шкал территориально разнесенных эталонов времени и частоты, а также может быть использовано в радионавигации и радиодальнометрии.

Известны устройства дл  сличени  эталонов времени и радионавигации, в которых излучаютс  и принимаютс  когерентные радиоимпульсы р да частот. Временное запаздывание принимаемых сигналов определ етс  путем измерени  сдвига фаз принимаемых сигналов и собственных опорных генераторов.

Известны также устройства, в которых излучаютс  когерентные радиоимпульсы

одной частоты, временное положение которых грубо измер етс  по огибающей импульсов , а точно - по фазе высокочастотного заполнени .

Недостатком устройств, в которых используютс  когерентные радиоимпульсы р да частот,  вл етс  неоднозначность измерений . Дл  устранени  неоднозначности фазовых измерений на несущей частоте по огибающей импульса требуетс  сравнительно большое соотношение сигнал/помеха.

Общими недостатками приведенных устройств  вл ютс  значительные погрешности , обусловленные нестабильност ми времени распространени  радиоволн, поскольку устройства работают с одностороню

ним излучением, и изменение задержек приемных устройств от амплитуд принимаемых сигналов.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство дл  сличени  шкал времени, в котором производитс  излучение и прием радиоимпульсных сигналов в каждом из сличаемых пунктов. Устройство содержит синхрогенератор, генератор радиоимпульсов, усилитель мощности , антенный коммутатор, антенну, приемник, дискриминатор, измеритель интервалов времени, устройство вывода информации . Сигналы от эталонов времени, обычно частоты 1 МГц и 1 Гц, поступают на входы синхрогенератора радиоимпульсов и к стартовому входу измерител  интервалов времени. Выход генератора радиоимпульсов соединен с входом усилени  мощности, выход которого подключен к входу антенного коммутатора. Один из выходов коммутатора соединен с антенной, а второй - с входом приемника, который соединен по- следс  тельно с дискриминатором. Выход дискриминатора подключен к стоповому входу измерител  интервалов времени, а выход измерител  интервалов подключен к выводному устройству,

Недостатками этого устройства  вл ютс  потери в точности, обусловленные вариацией задержек приемника при изменении амплитуд приход щих сигналов и недостаточно полным использованием потенциальной точности сигналов ввиду измерени  временного положени  по огибающей пр моугольных импульсов.

Цель изобретени  - повышение точности сличени  эталонов времени.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  сличени  шкал времени, содержащее последовательно соединенные синхрогенератор, вход которого  вл етс  входом сигналов эталона времени, генератор радиоимпульса, усилитель мощности , антенный коммутатор, второй выход которого соединен с антенной, приемник, дискриминатор, измеритель интервалов времени, первый вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора, и устройство вывода информации, дополнительно введены блок формировани  двухчастотного сигнала (ДЧС), первый, второй и третий входы которого соединены со- ответственно с выходом генератора радиоимпульсов, с вторым выходом синхрогенератора и с эталоном времени, а выход формировател  ДЧС соединен с входом усилител  мощности, канал приема ДЧС, состо щий из последовательно соединенных

первого переключател , вход которого соединен с вторым выходом антенного коммутатора , а первый выход соединен с приемником, приемника ДЧС, второго переключател , дискриминатора ДЧС, третьего переключател , измерител  интервалов времени ДЧС, выход которого соединен с вторым входом устройства вывода информации , и генератор управл ющих сигналов,

вход которого соединен с выходом дискриминатора , а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с управл ющими входами первого, второго и третьего переключател , причем управл ющий вход третьего переключател  объединен с управл ющим входом приемника ДЧС, а третий вход формировател  -ДЧС объединен с гетеродинным входом приемника ДЧС.

Из теории оптимального обнаружени  и

измерени  параметров импульсных сигналов известно, что среднеквадратическа  погрешность измерени  временного положени  сигналов зависит от соотношенил сигнал/помеха и от величины так называемой эффективной ширины спектра оЬф В случае ограниченной ширины спектра сигнала Afc его эффективна  полоса зависит от формы спектра. Например, пр моугольного

импульса с длительностью ru 2/Дтс , величина ЈУэф ; у колокольного 3

импульса -- Иэф vSrAfc , у импульса с пр моугольным спектром - сьъф -.гДтс .

Наибольшим значением Одэф , а, следовательно наименьшей потенциальной погрешностью , обладает двухчастотный сигнал, у которого ОЦ) лДтс . Преимуществом ДЧС  вл етс  также возможность применени  принципиально более точных фазовых методов оценки временного положени ,

На фиг.1 изображена структурна схема

устройства; на фиг.2 - блок формировани  ДЧС; на фиг.З - приемник ДЧС; на фиг.4 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Устройство дл  сличени  эталонов времени содержит (фиг.1) последовательно соединенные синхрогенератор 1, генератор 2 радиоимпульса, формирователь 3 ДЧС, второй вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора 1, усилитель 4

мощности антенный коммутатор 5, первый выход которого соединен с антенной 6, переключатель 7, приемник 8, дискриминатор 9, измеритель 10 интервалов времени, второй вход которого соединен с вторым выходом синхрогенератора 1, последовательно соединенные приемник 11 ДЧС, сигнальный вход которого соединен с вторым выходом переключател  7, переключатель 12, дискриминатор 13 ДЧС. переключатель 14, измеритель 15 интервалов времени ДЧС, устройство 16 вывода информации, первый вход которого соединен с выходом измерител  10 интервалов времени. В состав устройства входит также генератор 17 управл ющих сигналов, вход которого объединен с первым входом измерител  10 интервалов и соединен с выходом дискриминатора 9, первый, второй и третий выходы генератора 17 соединены с управл ющими входами переключателей 7, 12 и 14 соответственно, но управл ющие входы приемника 11 ДЧС и переключател  14 объединены. Объединенные третий вход формировател  3 ДЧС, второй вход синхрогенератора 1 и гетеродинный вход приемника 11 ДЧС  вл ютс  входом сигналов эталона времени, причем в состав формировател  3 ДЧС входит сумматор 22 сигналов, выход которого  вл етс  выходом формировател  3 ДЧС. Первый вход сумма- тора 22 соединен с эталоном сигналов через последовательно соединенные генератор 18 нижней частоты ДЧС и модул тор 19. Второй вход сумматора 22 соединен с эталоном сигналов через последовательно со- единенные генератор 20 верхней частоты ДЧС и модул тор 21. Вторые входы модул торов 19 и 21 соединены соответственно с первым и вторым выходом формировател  23 модулирующих сигналов, входы которого  вл ютс  входами сигналов эталона. Третий вход сумматора 22  вл етс  первым входом формировател  ДЧС, а в состав приемника 11 ДЧС вход т последовательно соединенные преобразователь 24 частоты, второй вход которого соединен с выходом переключател  29. Усилитель 25 промежуточной частоты и согласованный фильтр 26, первый и второй входы переключател  29 соединены с гетеродинным входом приемника 11 ДЧС через гетеродин 27 нижней частоты и гетеродин 28 верхней частоты соответственно, а управл ющий вход переключател  29  вл етс  управл ющим входом приемника-11 ДЧС.

Устройство работает следующим образом .

Формирователь 23 модулирующих сигналов вырабатывает импульсы UMH и DMB (фиг.4, 30 и 31),  вл ющиес  огибающими ам- плитуд элементов ДЧС. Эти импульсы подаютс  к управл ющим входам соответствующих модул торов 19 и 21, на сигнальные входы которых поступают гармонические колебани  верхней и нижней боковых частот с генераторов 18 и 20, фазированных сигналов этапона (обычно 1 МГц). С генератора 2 радиоимпульсов , и модул торов 19 и 21 через сумматор 22 сигналов на вход усилител  4 мощности подаютс  три импульса (фиг.4, 32) иизл, следующие последовательно с интервалами не менее их длительности, имеющими частоты заполнени  f0, tVi, fa. Импульсы ДЧС fH и fB имеют когерентные заполнени , синхронизированные по фазе с эталоном

UH(t) UMH

UB(T.) UMB Sin (Wet

В данной записи и на фиг.4 за начало отсчета времени прин ты, например, секундные импульсы эталона. После усилени  радиоимпульсы излучаютс  антенной 6. Излучение собственных сигналов и прием сигналов корреспондента осуществл ют в каждом пункте, дл  чего пункты оснащаютс  идентичными комплектами аппаратуры.

Принимаемые сигналы, задержанные в среде распространени  (фиг.4, 33, Unp), после прохождени  антенного коммутатора поступают на вход переключател  7. Этот переключатель в исходном положении обеспечивает подключение приемника 8 к первому выходу антенного коммутатора. После приема и фиксации временного положени  первого импульса в момент времени Ti на выходе дискриминатора 9 по вл етс  импульс {фиг 4, 33, идскр), который подаетс  на генератор 17 управл ющих сигналов и столовый вход измерител  10 интервалов времени . Измеритель 10 интервалов времени, запускаемый синхрогенератором 1, производит измерение времени прихода первого импульса - Ti, которое завидит от времени распространени  в среде tp и сдвига шкал AT

Ti tp ± AT.

Здесь знак + соответствует случаю, когда шкала времени в пункте приема опережает шкалу времени в пункте излучени , а знак - - наоборот. Оценка временного положени  первого импульса производитс  по его огибающей . Генератор 17 управл ющих сигналов вырабатывает импульсы Uyci, UyC2, Uyc3 (фиг.4,35,36 и 37, соответственно), предназначенные дл  управлени  переключател ми 7, 12, 14, 29. Переключатели обеспечивают работу устройства в режиме приема,, обработки и измерени  времени прихода ДЧС.

Импульс Uyci (фиг.4, 35) начинаетс  до момента прихода первого импульс ДЧС и

заканчиваетс  после окончани  второго импульса ДЧС. Этот импульс обеспечивает подключение с помощью переключател  7 сигнального приемника 11 ДЧС (преобразовател  24 частоты) к второму выходу антенного коммутатора в течение времени прихода элементов ДЧС. Таким образом, импульсы ДЧС проход т через последовательно соединенные преобразователь 24, УПЧ 25 и согласованный фильтр 26. Импульс Uyc2 (фиг.4, 36) начинаетс  в интервале между приход щими первым и вторым импульсами ДЧС и заканчиваетс  после окончани  второго импульса ДЧС. Этот импульс управл ет работой переключателей 14 и 29.

Переключатель 12 обеспечивает подключение гетеродина 27 fm к гетеродинному входу преобразовател  24 во врем  приема импульса ДЧС с нижней боковой частотой , а во врем  приема импульса ДЧС с верхней боковой частотой подключает гетеродина 28 к гетеродинному входу преобразовател  24.

Поскольку тн - IB - fro Тпч, а гетеродины синхронизированы по фазе с мес- тынм .талоном, принимаемые сигналы дл  ДЧС на выходе УПЧ можно написать в виде

UnpH(t) Упрн Sin СОпч t - (Он Tl)

UnPH sin УПЧ (t - - Ti);

Unpe(t) UnpB Sin Упч t - (lh Tl)

UnP8 sin «пч (t - Ti).

После прохождени  согласованного фильтра 26 с помощью управл ющих импульсов Uyc3 (фиг.4, 37), имеющих длительность больше длительности периода промежуточной частоты, переключателем производитс  временное стробирование не менее одного нулевого перехода в каждом из принимаемых импульсов в ДЧС. Дискриминатор 13 ДЧС осуществл ет прив зку к одному из нулевых переходов импульса тпрм и одному - импульса тпрв ивых (фиг,4, 40). Временное положение первого нулевого перехода с точностью до целого числа периодов промежуточной частоты составл Шв

ет Т1н

LT1 uW1

второго - Tie

Шпч

Ti.

Подключение к стартовому входу измерител  15 интервалов ДЧС первого импульса с выхода дискриминатора 13 ДЧС в момент TIH (фиг.4,39), а к стоповому выходу измерител  ДЧС второго импульса с выхода дискриминатора (в момент Tie) (фиг.4, 39)

обеспечивает переключатель 14, управл емый напр жением иусз (фиг.4, 37). Таким образом, измеритель 15 интервалов времени ДЧС производит измерение

Т1дчс TiB Tin

оь-ЦиТ1 г. г MI

иАпчТпч

где Af foe few - ширина спектра ДЧС.

Поскольку Af и Тпч известны, можно определить Т-|дчс. Измеренное в канале ДЧС значение Т1дчс  вл етс  более точным, чем по огибающей первого импульса. Неоднозначность измерени  Т1дчс по ДЧС устран етс  с помощью однозначных, но более грубых измерений Ti по огибающей первого импульса. Ввиду неоднозначности Т1дчс измеритель 15 интероалов времени ДЧС имеет емкость, равную периоду 1

Тпч -

пч

Поскольку импульсы ДЧС прохо5

0

5

0

5

0

5

д т все тракты канала приема на одной и той же промежуточной частоте, а результат измерений получаетс  путем вычитани  моментов фиксации их временных положений, практически полностью устран етс  вли ние нестабильностей задержек приемного тракта на измерение Т-щчс, а, следовательно и TL По измеренным значени м Ti и Ттдчс в каждом из сличаемых пунктов определ етс  сдвиг шкал по известным алгоритмам , один из которых реализован s прототипе.

Вход щие в состав устройства блоки реализуютс  с помощью современной схемотехники . Генераторы 18 и 20 верхней и нижней боковых частот, гетеродины 27 и 28 реализуютс  на основе схем синтезаторов с фазовой автоподстройкой частоты. Переключатели 7, 12, 14 и 29 выполн ютс  на быстродействующих МСП транзисторах. Согласованный фильтр 26 выполн етс  в виде полосового или резонансного каскада с полосой, сопр женной с длительностью элемента ДЧС.

В качестве дискриминатора ДЧС используетс  быстродействующий компаратор , Сихрогенератор 1, формирователь 23 модулирующих сигналов и генератор 17 управл ющих сигналов содержат счетчики, де- шифраторы состо ни  и триггеры. Измеритель интервалов времени представл ет собой счетчик в старт-стопном режиме. Устройство вывода информации включает буферную пам ть и согласующее устройство с ЦПМ.

Предлагаемое устройство позвол ет более точно измер ть временное положение принимаемых сигналов по сравнению с прототипом за счет применени  двухчастотного измерительного сигнала с большей эффективной шириной спектра и устранени  вли-  ни  нестабильностей задержек в приемном канале ДЧС.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  сличени  эталонов времени , содержащее синхрогеиератор, первый выход которого соединен с управл ющим входом генератора радиоимпульсов, а второй выход присоединен к стартовому входу измерител  интервалов времени, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный коммутатор и антенну, последовательно соединенные приемник и дискриминатор , выход которого соединен со стоповым входом измерител  интервалов времени, выход которого соединен с входом блока вывода информации, причем входы синхрогенерато- ра  вл ютс  входами сигналов эталона времени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности сличени  эталонов времени , между вторым выходом синхрогене- ратора и входом усилител  мощности введен формирователь двухчастотного сигнала {ДЧС), к другому входу которого подключен выход

   генератора радиоимпульсов, а между другим выходом антенного коммутатора и дополнительным входом блока вывода информации введены последовательно соединенные первый переключатель, приемник ДЧС, второй переключатель , дискриминатор ДЧС, третий переключатель и измеритель интервалов времени ДЧС, а также введен генератор управл ющих сигналов, выходы которого соединены соответственно с управл ющим входом первого переключател , с управл ющим входом второго переключател  и с соединенными между собой управл ющими входами приемника ДЧС и третьего переключател , вход генератора управл ющих сигналов соединен с выходом дискриминатора, вход приемника соединен с другим выходом первого переключател , а другой вход приемника ДЧС соединен с входом синхрогенератора.

   В, у/7р.

   Вх. ге/п.

   $&/Х.

   Вх. сигм.

   Фиг.З