СИНХРОНИЗИРУЕМЫЕ РАДИОЧАСЫ

Синхронизируемые радиочасы
Полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована для приема кодированных радиосигналов точного времени, передаваемых специализированными радиостанциями, и синхронизации пространственно - разнесенных часов.
Известны устройства для приема кодированных радиосигналов точного времени по авторскому свидетельству СССР № 527689 (кл. G04C 11|02, 1976) и патенту РФ № 2017195 (кл. Н04В 7/00, G04C 11|02, 1994), которые принимают радиосигналы, демодулируют, декодируют, преобразуют временную информацию в параллельный или последовательный код, обрабатывают принятую кодированную информацию по определенному алгоритму для уменьшения вероятности ошибки принятого временного кода (кодовой рамки), формируют выходную информацию о времени для выдачи ее потребителю через индикатор или соответствующие интерфейсы.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбрано устройство по патенту РФ № 2017195, в котором используется наиболее распространенный алгоритм обработки принимаемой информации на четность, а также выделение меток времени при декодировании и синхронизация выделенными метками местной шкалы времени (ШВ) с учетом задержки сигнала в приемнике.
К недостаткам вышеуказанных устройств следует отнести их слабую помехозащищенность (отсутствие защиты от сбоев преобразующих и декодирующих входную информацию устройств) и относительно низкую точность формирования местной ТТТВ. Так, например, основная погрешность слежения за метками времени, принимаемыми из эфира, в синхронометре ЧК7-50, в основе которого лежит устройство по патенту РФ № 2017195, составляет 5 мкс, что обусловлено шумом и искажениями радиосигнала на трассе распространения и в приемнике устройства. При этом синхронизация местной ШВ внешним импульсом возможна с погрешностью 0,1 - 0,2 мкс.
Технической задачей, решение которой достигается предлагаемым устройством, является повышение помехозащищенности синхронизируемых радиочасов и их точности, расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности измерения температуры окружающей среды, повышения технологичности и компактности.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройство, содержащее последовательно соединенные приемник, вход которого является входом устройства, демодулятор и декодер, блок обработки информации, включающий последовательно соединенные компаратор кодов, первый решающий блок, счетчик, второй решающий блок и ключ, часыкалендарь, которые включают последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, выход которого является выходом шкалы времени устройства, и счетчик, выходы N-разрядов которого являются ч информационным выходом устройства и соединены с соответствующими входами компаратора кодов, коммутатор, блок проверки кода на четность и блок контроля информации, при этом выход декодера непосредственно и через блок проверки на четность и через блок контроля информации соединен с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с информационными входами ключа и компаратора кодов блока обработки информации, в котором второй выход первого рещающего блока соединен с входом сброса счетчика, введены два устройства формирования кода, последовательно соединенные измеритель временных интервалов, устройство сравнения, ко второму входу которого подключено первое устройство формирования кода, второй счетчик, второй счетный и третьи входы которого соединены соответственно со вторым выходом устройства сравнения и выходами второго устройства формирования кода, третий решающий блок и второй ключ, второй вход которого и первый вход измерителя временных интервалов подключены ко второму выходу декодера, а выход второго ключа соединен со вторым входом делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом измерителя временных интервалов, третий вход которого подключен к выходу кварцевого генератора. В другом варианте выполнения устройства в него введены устройство управления индикацией, первый информационный вход которого соединен с информационным выходом устройства, второй коммутатор, включенный на
первом и втором входах измерителя временных интервалов, на втором выходе декодера и на выходе шкалы времени устройства, устройство измерения температуры, включающее преобразователь кода, включенный между выходом измерителя временных интервалов и вторым информационным входом устройства управления индикацией, и последовательно соединенные термочувствительный генератор, опорный генератор и формирователь импульсов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам второго
коммутатора, пятый вход которого соединен с выходом устройства
управления индикацией. Такое построение устройства позволяет расширить его функциональные возможности за счет измерения температуры окружающей среды.
В устройстве цифровая часть приемника, делитель частоты, измеритель временных интервалов и третий решающий блок выполнены на
программируемых логических интегральных схемах XCS05 типа 3VQ100, а
первый решающий блок на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС)ХС810 типа 3TQ144, формирователь импульсов выполнен на программируемых логических интегральных схемах XCS10 типа 3TQ144.
Использование ПЛИС позволяет повысить технологичность устройства и компактность выполнения и размещения его блоков. ч п. 1 формулы; на фиг. 2 представлена структурная электрическая схема устройства по п. 2 формулы; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.4 - функция распределения плотности вероятности модуля абсолютной погрешности формирования выделяемой метки ШВ и абсолютной погрешности формирования местной НТВ. Устройство содержит последовательно соединенные приемник 1 радиосигналов времени, вход которого является входом кодированного радиосигнала устройства, демодулятор 2, декодер 3, блок обработки информации 4, включаюш:ий последовательно соединенные компаратор кодов 5, первый решаюш;ий блок 6, счетчик 7, второй решающий блок 8 и ключ 9, часы-календарь 10, которые включают последовательно соединенные кварцевый генератор 11, делитель частоты 12, выход которого является выходом шкалы времени устройства, и счетчик 13, выходы Nразрядов которого являются информационным выходом устройства и соединены с соответствующими входами компаратора кодов 5, коммутатор 14, блок проверки кода на четность 15 и блок контроля информации 16, при этом выход декодера 3 непосредственно и через блок проверки на четность 15 и через блок контроля информации 16 соединен с соответствующими входами коммутатора 14, выход которого соединен с информационными входами ключа 9 и компаратора кодов 5 блока обработки информации 4, в котором второй выход первого решающего блока 6 соединен с входом сброса счетчика 7, последовательно соединенные измеритель временных
интервалов (ИВИ) 17, устройство сравнения 18, ко второму входу которого подключено устройство формирования кода 19 заданного интервала, счетчик 20, второй счетный и третий вход которого соединены соответственно со вторым выходом устройства сравнения 18 и выходом устройства формирования кода 21, решающий блок 22 и ключ 23, второй вход которого и первый вход (старт) ИВИ 17 подключены ко второму выходу декодера 3, а выход ключа 23 соединен со вторым входом (сброса в О) делителя частоты 12, выход которого соединен со вторым входом
(стоп) ИВИ 17, третий вход которого подключен к выходу кварцевого генератора 11.
Для расширения функциональных возможностей устройства для обеспечения измерения температуры окружающей среды (см. п. 2 формулы) в него дополнительно введены устройство управления индикацией 29, первый информационный вход которого соединен с информационным выходом устройства, второй коммутатор 30, включенный на первом и втором входах измерителя временных интервалов 17, на втором выходе декодераЗ и на выходе шкалы времени Вых. ШВ устройства, устройство измерения температуры 24, включающее преобразователь кода 28, включенный между выходом измерителя временных интервалов 17 и вторым информационным входом устройства управления индикацией 29, и последовательно соединенные термочувствительный генератор 25, опорный генератор 26 и формирователь импульсов 27, первый и второй выходы
которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам второго коммутатора 30, пятый вход которого соединен с выходом устройства управления индикацией 29.
Работа устройства заключается в следующем.
Кодированный радиосигнал времени из антенны поступает в приемник 1, где осуществляется фильтрация и усиление принимаемых фазомодулированных (ФМ) радиосигналов. Демодулятор 2 осуществляет выделение сигнала частоты ФМ, соответствующей принимаемому маркеру, разрядов секунд, минут, часов. Сформированные из сигнала маркеров импульсы синхронизируют работу всех блоков в устройстве. Декодер 3 осуществляет запись принимаемой информации и выдачу ее на блок обработки информации 4, который проверяет принятую информацию на четность и на поле допустимых значений, а также реализует нелинейный алгоритм обработки информации, позволяющий уменьшить вероятность ошибки при малых и средних уровнях ошибок. Информация кодовой рамки проходит через коммутатор 14 только в том случае, если получены сигналы разрешения с блока контроля информации на поле допустимых значений и с блока проверки на четность 15. Если хотя бы один сигнал разрешения не поступает, то счетчики 13 часов-календаря 10 работают автономно от внутреннего кварцевого генератора 11. В каждом цикле выдачи меток времени с декодера 3 (1 раз в секунду) происходит измерение блоком ИВИ 17 интервала времени между моментом t  выдачи метки времени с
, ioe в
декодера 3 и моментом времени t щ выдачи местной ШВ с делителя частоты 12, т. е. величины t „ - t  (см. фиг. 2). После этого производится сравнения в блоке 18 измеренной величины с величиной заранее заданного интервала Т, код которого формируется устройством 19. Если при сравнении величина /1 „ - t  /  Т, то на первый вход сброса в О счетчика 20 по модулю q выдается сигнал, сбрасывающий счетчик 20 в исходное нулевое состояние с устройства сравнения 18. Если при сравнении величина /1 , - t  /  Т, то на второй счетный вход счетчика 20 с устройства сравнения 18 поступает сигнал, увеличивающий числовое значение состояния счетчика 20 на единицу. При этом, если счетчик не достиг своего модуля счета q, то ключ 23 закрыт сигналом с решающего блока 22 и синхронизации делителя частоты 12 импульсом метки времени с декодера 3 не происходит. Если же число превышений подряд значений величины /t - t ujg / значения Tj достигает моду ля счета q счетчика 20, то ключ 23 открывается разрешающим сигналом с решающего блока 22 и в следующем цикле выдачи метки времени с декодера 3 импульс метки времени пройдет на делитель 12 частоты до 1 Гц и осуществит его синхронизацию.
Очевидно, что величина у  t щ - t „ будет также нормально распределена, так как ее значения берутся из значений случайной величины X (см. фиг. 2). При этом значения величины х далекие от центра распределения, то есть от нулевого значения, приводящие к тому, что
величина /1  - t  /  Тз не берутся при синхронизации (или берутся очень редко) при правильном выборе q и Тз и заменяются на значения из х (более близкие к центру распределения), при которых /t,- . J  Т,. Таким образом, случайная величина у будет иметь более узкую функцию плотности вероятности Wy (см. фиг, 3), а значит и меньшее среднее квадратичное отклонение.
В режиме измерения (индикации) температуры окружающей среды на
вход формирователя импульсов 27 поступает синусоидальный сигнал,
частота которого пропорциональна температуре окружающей среды, лежит в пределах от 2 кГц (при О С) до 80 кГц (при 150 ° С), этот сигнал представляет собой разностный сигнал частот, формируемых термочувствительным генератором 25 и опорным генератором 26. В состав термочувствительного генератора 25 входит термочувствительный резонатор, обеспечивающий линейную (с погрешностью 0,01 °С в интервале температур от О °С до 150 ° С) перестройку выходной частоты генератора 25. Частота опорного генератора 26 в пределах заданной погрешности измерений не зависит от изменения температуры окружающей среды. Выходной сигнал опорного генератора 26 представляет собой разность опорной частоты и частоты термочувствительного генератора.
На вых. 1 блока 27 формируется импульс, передний фронт которого по времени привязан к моменту перехода входной частоты через значение ОВ при положительном значении производной входного сигнала. На вых.2
блока 27 формируется второй импульс, передний фронт которого привязан к моменту перехода через ОВ при отрицательном значении производной входного сигнала. Эти два импульса поступают через входы 3 и 4 коммутатора 30 на измерительные входы 1 и 2 ИВИ 17. Сигнал начала измерения с выхода устройства управления индикацией 29 поступает на вх.5 ИВИ 17 и разрешает измерение временного интервала между импульсами. Информация с выхода ИВИ 17, содержащая код времени, пропорциональный температуре окружающей среды, поступает на преобразователь кодов 28. С выхода преобразователя 28 на вх.инф. 2 блока 29 поступает код температуры, подлежащий индикации на индикаторе устройства (на схеме фиг.2 не показан).
Все блоки устройства могут быть выполнены на выпускаемых серийно микросхемах или программным образом.
Блоки 1-9, 11, 13 выполнены аналогично прототипу. Выполнение цифровой части приемника 1, делителя частоты 12, измерителя временных интервалов 17, решающего блока 22 на программируемых логических интегральных схемах XCS05 типа 3VQ100, решающего блока 6 и формирователя импульсов на программируемых логических интегральных схемах XCS10 типа 3TQ144 позволяют создать компактное устройство, технологичное в исполнении.
местной ШВ осуществляется без сбоев и выбросов, без больших отклонений, обусловленных искажениями радиосигнала шумом на трассе и в нриемнике, может быть использовано как самостоятельный прибор и в информационноизмерительных системах времени и частоты. Кроме того, устройство может быть использовано для измерения температуры окружающей среды с высокой точностью в широком интервале температур.
11