Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени с эхо-генератором
SYSTEM OF ONE- AND TWO-SIDE COMPARISONS OF TIME SCALES WITH AN ECHO GENERATOR

Известен способ и устройство сравнения и синхронизации шкал времени между наземными пунктами с помощью системы одно- и двухсторонних сравнений шкал времени (С.С. Донченко, О.В. Колмогоров, Д.В. Прохоров. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени. Измерительная техника, №1, 2015, Патент РФ №2547662 Способ сличения шкал времени и устройство для его осуществления).
Устройство содержит на одном из пунктов импульсный генератор, передающий модуль, блок разветвителей-объединителей, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, промежуточный генератор; на втором пункте полупрозрачное зеркало, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер.
К достоинствам данного устройства относится то, что сравнение шкал времени производится с помощью одного оптического волокна, и то, что с помощью блока разветвителей-объединителей производится привязка оптических, а не электрических импульсов к соответствующей шкале времени, что исключает влияние погрешностей в канале шкала времени - оптический импульс. Недостатком данного устройства является то, что используется частично отраженный со второго объекта импульс, имеющий меньшую амплитуду по сравнению с излученным импульсом, т.е. уменьшение амплитуды импульса из-за отражения и потерь в линии значительно снижает допустимое расстояние между пунктами. В патенте описана возможность устранения этого недостатка с помощью эхо-генератора. Недостатком такого устройства является увеличение погрешности сравнения шкал времени за счет дополнительной погрешности в канале фотоприемник - эхо-генератор - передающий лазерный модуль.
Известно устройство для сравнения и синхронизации шкал времени между наземными объектами, соединенными оптоволоконной линией связи, с помощью с помощью системы двухсторонних сравнений шкал времени Пат. 2604852 РФ. Устройство для сравнения и синхронизации шкал времени / Д.В. Прохоров, О.В. Колмогоров, С.С. Донченко; заявитель и патентообладатель ФГУП "ВНИИФТРИ". Опубл. 10.12.2016, Бюл. №34.
Устройство содержит на первом объекте таймер событий, генератор формирования шкалы времени этого объекта, приемник оптических импульсов, компьютер, генератор оптических импульсов, блок разветвителей-объединителей. Второй объект также включает в себя таймер событий, промежуточный генератор, генератор формирования шкалы времени второго объекта, приемник оптических импульсов, компьютер, генератор оптических импульсов, блок разветвителей-объединителей. Блоки разветвителей-объединителей обоих объектов соединены между собой оптоволоконной линией связи. Компьютеры обоих объектов подключены к системе передачи информации о временных интервалах (например, сеть Ethernet, беспроводная сеть или др.).
К достоинствам данного устройства относится то, что увеличено допустимое расстояние между объектами за счет применения передающих модулей на каждом объекте, повышена точность сравнения или синхронизации за счет применения сигналов в оптическом диапазоне и прямой привязки оптических импульсов к шкалам времени. Недостатком данного устройства является то, что на противоположных объектах должны генерироваться оптические импульсы с различными частотой и/или длительностью. Это приводит к ограничению частоты сравнения шкал времени и, следовательно, к увеличению погрешности сравнения, к возможным сбоям системы за счет наложения встречных импульсов, невозможности фиксации части импульсов из-за наличия у таймеров событий периода нечувствительности (мертвого времени), к необходимости периодического перезапуска системы.
Достигаемым техническим результатом при использовании заявленного устройства является повышение точности работы системы за счет прямой привязки оптических импульсов, направляемых генератором оптических импульсов на втором объекте в оптоволоконную линию связи, к шкале времени объекта с помощью блока разветвителей-объединителей, обеспечение стабильности работы системы и отсутствие влияния мертвого времени таймера событий за счет разделения времени приема и излучения импульсов путем введения определенной задержки в канале фотоприемник второго объекта - эхо-генератор -генератор оптических импульсов, а также повышение допустимого расстояния между объектами за счет применения передающих модулей на каждом объекте, повышение точности сравнения или синхронизации за счет применения сигналов в оптическом диапазоне и прямой привязки оптических импульсов к шкалам времени.
Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов, состоящее из двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах, содержит на первом объекте таймер событий, присоединенные к нему генератор формирования шкалы времени этого объекта, приемник оптических импульсов и компьютер. Генератор оптических импульсов первого объекта подключен к входу блока разветвителей-объединителей, который состоит из оптоволоконного разветвителя, соединенного с оптоволоконным объединителем и разветвителем, при этом оптоволоконный объединитель соединен с входом приемника оптических импульсов и разветвителем, который также соединен с оптоволоконной линией связи, связывающей два удаленных объекта. Второй объект также включает в себя таймер событий, присоединенные к нему промежуточный генератор, к которому подключен генератор формирования шкалы времени второго объекта, приемник оптических импульсов и компьютер, связанный с промежуточным генератором. К приемнику оптических импульсов подключен также эхо-генератор, к которому присоединен генератор оптических импульсов второго объекта, также подключенный к входу блока разветвителей-объединителей второго объекта, который состоит из оптоволоконного разветвителя, соединенного с оптоволоконным объединителем и разветвителем, при этом оптоволоконный объединитель соединен с входом приемника оптических импульсов и разветвителем, который соединен также с оптоволоконной линией связи, связывающей объекты. Компьютеры обоих объектов подключены к системе передачи информации о временных интервалах (например, сеть Ethernet, беспроводная сеть или др.).
Особенностью и преимуществом указанного устройства является то, что на втором объекте импульсы с помощью эхо-генератора направляются на первый объект через оптоволоконную линию через определенное время после прихода импульса с первого объекта, при этом часть мощности ответного импульса через блок разветвителей-объединителей поступает в фотоприемник второго объекта для точной привязки времени его излучения к шкале времени второго объекта, исключая таким образом погрешность, связанную с нестабильностью эхо-генератора и передающего лазерного модуля.
Изобретение поясняется чертежами:
На фиг. 1 - представлена схема устройства для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с автоматическим сравнением и синхронизацией шкал времени;
1
2
на фиг. 2 - представлена временная диаграмма работы устройства, где 1 и 2 шкалы времени первого и второго объектов соответственно, t и t секундные метки шкал времени первого и второго объектов соответственно.
Схема устройства для сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов (Фиг. 1) содержит на первом объекте таймер событий 1, присоединенные к нему генератор 2 формирования шкалы времени этого объекта, приемник оптических импульсов 3, компьютер 4. Генератор 5 оптических импульсов на первом объекте подключен к входу блока разветвителей-объединителей 6. Блок разветвителей-объединителей 6 состоит из оптоволоконного разветвителя 7, соединенного с оптоволоконным объединителем 8 и разветвителем 9, при этом оптоволоконный объединитель 8 соединен с входом приемника оптических импульсов 3 и разветвителем 9, который соединен также с оптоволоконной линией связи 10, которая соединяет два удаленных объекта. Компьютер 4 подключен к системе передачи информации о временных интервалах И (например, сеть Ethernet, беспроводная сеть или др.), соединенной с компьютерами 4 первого объекта и 12 второго объекта для вычисления расхождения шкал времени объектов.
Второй объект содержит таймер событий 13, присоединенные к нему промежуточный генератор 14, приемник оптических импульсов 15, компьютер 12. Приемник оптических импульсов 15 второго объекта присоединен также к эхо-генератору 16, присоединенному также к генератору оптических импульсов 17 второго объекта. Генератор оптических импульсов 17 на втором объекте подключен также к входу блока разветвителей-объединителей 18. Блок разветвителей-объединителей 18 состоит из оптоволоконного разветвителя 19, соединенного с оптоволоконным объединителем 20 и разветвителем 21, при этом оптоволоконный объединитель 20 соединен с входом приемника оптических импульсов 15 и разветвителем 21, который соединен также с оптоволоконной линией связи 10, которая соединяет два удаленных объекта. Компьютер 12 подключен к системе передачи информации о временных интервалах 11 и промежуточному генератору 14, к которому подключен генератор формирования шкалы времени второго объекта 22.
Устройство в соответствии с Фиг. 1 работает следующим образом.
1
1
1
На первом объекте оптический импульс с генератора оптических импульсов 5 поступает на вход блока разветвителей-объединителей 6, проходит через разветвитель 7, некоторая часть мощности оптического импульса через объединитель 8 поступает в приемник 3 оптических импульсов первого объекта, основная часть мощности импульса через разветвитель 9 поступает в оптоволоконную линию связи 10. Электрический сигнал с приемника 3 оптических импульсов поступает в таймер событий 1, который фиксирует момент излучения оптического импульса t в шкале времени первого объекта, сформированной генератором 2 сигнала 1 PPS, секундные метки которого поступают в таймер событий 1. Информация о моменте излучения оптического импульса t поступает в компьютер 4, который по системе передачи информации И, например сети Ethernet, беспроводной сети связи или другой, направляет данные о значении t в компьютер 12 второго объекта.
1
1
Оптический импульс, пришедший по оптоволоконной линии связи на второй объект через разветвитель 21 и разветвитель 20 блока разветвителей-объединителей 18, поступает в приемник оптических импульсов 15 второго объекта, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий в таймер событий 13. Также в таймер событий 13 поступает сигнал 1 PPS с промежуточного генератора 14, что позволяет определить время τ прихода оптического импульса в шкале времени второго объекта, формируемой генератором 22 и промежуточным генератором 14. Информация о моменте прихода оптического импульса τ направляется в компьютер 12 второго объекта.
Электрический сигнал с приемника оптических импульсов 15 второго объекта поступает также в эхо-генератор 16, который с некоторой задержкой, превышающей мертвое время таймера событий, формирует импульс для запуска генератора оптических импульсов 17 второго объекта. Оптический импульс с генератора оптических импульсов 17 поступает на вход блока разветвителей-объединителей 18, проходит через разветвитель 19, некоторая часть мощности оптического импульса через объединитель 20 поступает в приемник оптических импульсов 15 второго объекта, основная часть мощности импульса через разветвитель 21 поступает в оптоволоконную линию связи 10.
2
2
Электрический сигнал с приемника оптических импульсов 15 поступает в таймер событий 13, который фиксирует момент излучения оптического импульса генератором оптических импульсов 17 t в шкале времени второго объекта, сформированной генератором 22 и промежуточным генератором сигнала 1 PPS 14, секундные метки которого поступают в таймер событий 13. Информация о моменте излучения оптического импульса t с таймера событий 13 поступают в компьютер 12 второго объекта.
2
2
Оптический импульс, пришедший по оптоволоконной линии связи со второго на первый объект через разветвитель 9 и объединитель 8 блока разветвителей-объединителей 6, поступает в приемник оптических импульсов 3 первого объекта, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий в таймер событий 1, который определяет время τ прихода оптического импульса в шкале времени первого объекта. Информация о моменте прихода оптического импульса τ поступает в компьютер 4 и по системе передачи информации 11 направляется в компьютер 12 второго объекта.
1
2
1
2
На основании данных о значениях t, t, τ, τ, определяют расхождение шкал времени удаленных объектов Δt по формуле:
где
1
t - измеренное время излучения оптического импульса с первого объекта в шкале времени первого объекта,
2
t - измеренное время излучения оптического импульса со второго объекта в шкале времени второго объекта,
1
τ - измеренное время прихода оптического импульса с первого объекта на второй объект в шкале времени второго объекта,
2
τ - измеренное время прихода оптического импульса со второго объекта на первый объект в шкале времени первого объекта.
Компьютер 12 вычисляет по вышеприведенной формуле расхождение шкал времени для по каждому одиночному измерению, усредняет результаты измерений и вырабатывает управляющий сигнал, по которому промежуточный генератор 14 синхронизирует шкалу времени второго объекта со шкалой времени первого.
Усреднение данных за время цикла сравнения обеспечивает повышение точности сравнения и синхронизации.
1
2
Временная диаграмма работы устройства показана на Фиг. 2, где 1 и 2 - шкала времени первого и второго объектов соответственно, t и t - секундные метки 1 PPS шкал времени первого и второго объектов соответственно.