СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ЧАСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
CLOCK SYNCHRONISATION METHOD AND DEVICE THEREFOR

Предлагаемые способ и устройство синхронизации часов относятся к технике связи и могут быть использованы в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), 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, 2.040.035, 2.177.167, 2.292.574, 2.350.990, 2.383.914, 2.386.159, 2.422.848, 2.583.894; патент Великобритании №1.526.467; патент Германии №4.202.435).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является «Способ синхронизации часов и устройство для его реализации» патент (РФ №2.583.894, G04C 11/02, 2013), которые и выбраны в качестве прототипов.
г1
г2
Известны технические решения обеспечивают дуплексной радиосвязью одновременно несколько наземных пунктов путем использования дополнительных каналов приема. При этом временные задержки определяются методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов. При этом ω и ω первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
г2
г1
пр2
ω-ω=ω,
которая образуется следующим образом:
пр2
г2
2
ω=ω-ω,
пр2
з
г2
ω=ω-ω,
пр2
г2
к1
ω=2ω-ω,
пр2
г2
к2
ω=ω-2ω.
2
з
к1
к2
При приеме шумоподобных СВЧ сигналов по основным каналам на частоте ω, по зеркальному каналу на частоте ω, по первому комбинационному каналу на частоте ω и по второму комбинационному каналу на частоте ω.
2
з
к1
к2
Однако несущие частоты ω, ω, ω и ω принимаемых шумоподобных СВЧ сигналов могут изменяться под воздействием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера, что приводит к нарушению равенства
пр2
г2
г1
ω≠ω-ω
и снижению достоверности дуплексной радиосвязи между удаленными наземными пунктами.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности дуплексной радиосвязи между наземными пунктами путем выполнения и автоматического поддержания равенства
пр2
г2
г1
ω=ω-ω.
1
1
1
1
2
3
1
3
2
пр2
Г2
2
Σ1
2
Г2
Г2
З
пр2
З
Г2
Σ2
Г2
з
З
к1
пр2
Г2
к1
к1
Г2
к1
к2
пр2
к2
г2
к2
г2
к2
пр2
2
з
к1
к2
пр2
пр2
пр2
г2
г1
Техническая 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 преобразовании их к видеочастоте, цифровой регистрации принимаемых 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 t по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в тот же момент времени t на часах 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 ω, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ω с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту ω, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в тот же момент времени t по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ω, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты ω=ω-ω, выделяют напряжение первой суммарной частоты ω=ω-ω, где ω - частота второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки первого напряжения второй промежуточной частоты, принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте ω, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты ω=ω-ω, выделяют напряжение второй суммарной частоты ω=ω+ω, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте ω преобразую по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют третье напряжение второй промежуточной частоты ω=2ω-ω, перемножают его с сигналом, принимаемым по первому комбинационному каналу на частоте ω, выделяют первое гармоническое напряжение на частоте 2ω, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте ω, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют четвертое напряжение второй промежуточной частоты ω=ω-2ω, перемножают его с сигналом, принимаемым по второму комбинационному каналу на частоте ω, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте 2ω, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого напряжения второй промежуточной частоты, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте ω в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, отличается от ближайшего анализа тем, что перемножают напряжения первого гетеродина с напряжением второго гетеродина выделяют первое гармоническое напряжение второй промежуточной частоты ω, перемножают шумоподобный СВЧ-сигнал, принимаемый по основному каналу на частоте ω или по зеркальному каналу на частоте ω, или по первому комбинационному каналу на частоте ω или по второму комбинационному каналу на частоте ω, самого на себя, делят полученное напряжении по фазе на два, выделяют второе гармоническое напряжение второй промежуточной частоты ω, сравнивают его по частоте и фазе с первым гармоническим напряжением второй промежуточной частоты ω, и в случае их различия формируют управляющее напряжение, которым воздействуют на управляющие входы гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства ω≠ω-ω.
Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом, геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый наземные пункты приема, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, 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 стандарта частоты и времени, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно подключенные ко второму выходу стандарта частоты и времени генератор псевдошумового сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, первое буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержки и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к четвертому выходу стандарта частоты и времени второй клиппер и второе буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержки и их производных, при этом к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго клиппера, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, третий клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и второй измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключенный первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, пятый клиппер, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено третьим и четвертым перемножителями, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, делителем фазы на два, фазовым детектором, логическим элементом или инверсным усилителем, причем к выходу первого гетеродина последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, третий узкополосный фильтр, фазовый детектор и инверсный усилитель, первый и второй выходы которых соединены с управляющими входами первого и второго гетеродинов соответственно, к выходу первого ключа последовательно подключены логический элемент ИЛИ, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, делитель фазана два и четвертый узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, второй, третий и четвертый входы логического элемента ИЛИ соединены с выходами второго третьего и четвертого ключей соответственно.
1
2
3
4
Геометрическая схема расположения наземных пунктов А, В, С, Д, Е и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг. 1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d, d, d, d - базы интерферометра, r - радиус - вектор ИСЗ-ретранслятора. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов первого А и второго В наземных пунктов представлена на фиг. 2, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов А и В соответственно. Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (А), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, показана на фиг. 4.
Аппаратура наземного пункта А содержит последовательно включенные стандарт 1 частоты и времени, первый гетеродин 2.1, первый смеситель 5, второй вход которого через переключатель 4 соединен с первым выходом генератора 3 псевдослучайного 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 через второй гетеродин 2.2 соединен с первым выходом стандарта 1 частоты и времени, усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый ключ 22, второй клиппер 15, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство 16 и первый измеритель 17 задержек и их производных, выход которого является первым выходом I наземного пункта. К второму выходу стандарта 1 частоты и времени последовательно подключены генератор 3 псевдослучайного сигнала, первый клиппер 10, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство 11, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя 17 задержек и их производных. К выходу второго смесителя 13 последовательно подключены усилитель 18 первой суммарной частоты и первый амплитудный детектор 20, выход которого соединен с вторым входом первого ключа 22. К выходу второго смесителя 13 последовательно подключены усилитель 19 второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор 21, второй ключ 23, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, третий клиппер 32, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство 35 и второй измеритель 38 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является вторым II выходом наземного пункта. К выходу второго усилителя 12 мощности последовательно подключены первый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр 26, третий амплитудный детектор 28, третий ключ 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, четвертый клиппер 33, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство 36 и третий измеритель 39 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является третьим III выходом наземного пункта. К выходу второго усилителя 12 мощности последовательно подключены второй перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, второй узкополосный фильтр 27, четвертый амплитудный детектор 29, четвертый ключ 31, второй вход которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, пятый клиппер 34, второй вход которого соединен с четвертым выходом стандарта 1 частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство 37 и четвертый измеритель 40 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является четвертым IV выходом наземного пункта.
К выходу первого гетеродина 2.1 последовательно подключены третий перемножитель 41, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 2.2, третий узкополосный фильтр 44, фазовый детектор 47 и инверсный усилитель 48, первый и второй входы которого соединены с управляющими входами первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов соответственно. К выходу первого ключа 22 последовательно подключены логический элемент ИЛИ 42, четвертый перемножитель 43, второй вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ 42, делитель 45 фазы на два и четвертый узкополосный фильтр 45, выход которого соединен с вторым выходом фазового детектора 47.
Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.
1
В момент времени  по часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α) (фиг. 2):
c
c
c
k
с
с
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
c
с
с
с
где U, ω, ϕ, Т - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;
к
к
э
э
ϕ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем ϕ(t)=const при kτ<t<(k+1)τ и может изменяться скачком при , т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2, …, N-1);
Э
c
c
Э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T(T=Nτ), 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 синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.
c
Сформированный сигнал u(t) поступает на первый вход первого смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2.1
Г1
Г1
Г1
Г1
u(t)=Ucos(ωt+ϕ).
На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
пр1
пр1
пр1
k1
пр1
с
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ), 0≤t≤Т,
где ;
1
К - коэффициент передачи смесителя,
пр1
с
Г1
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота;
пр1
с
Г1
ϕ=ϕ+ϕ,
пр1
которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 и приемопередающую антенну 9 излучается в направлении ИСЗ-ретранслятора на частоте ω=ω.
1
1
1
1
2
c
В тот же момент времени  по часам второго пункта В с помощью такой же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β). Регистрируют его на втором пункте В (сигнал β, который однако, не отправляют на регистрацию). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте ω (сигнал α), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω с сохранением фазовых соотношений на интервале t.
2
2
Ретранслированный сигнал (сигнал α) на частоте ω
2
2
2
k1
2
c
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
принимается приемопередающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго смесителя 13, первого 24 и второго 25 перемножителей. На второй вход второго смесителя 13 подается напряжение второго гетеродина 22
Г2
Г2
Г2
Г2
u(t)=Ucos(ωt+ϕ).
Г1
Г2
Причем частоты ω и ω первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
Г2
Г1
пр2
ω-ω=ω.
Н1
Частота настройки ω усилителя 14 промежуточной (разностной) частоты выбрана равной второй промежуточной частоте
Н1
пр2
ω=ω.
Н2
Частота настройки ω усилителя 18 первой суммарной частоты выбрана равной сумме частот
Н2
2
Г2
Σ1
ω=ω+ω=ω.
Н3
Частота настройки ω усилителя 19 второй суммарной частоты выбрана равной сумме следующих частот:
Н3
Г2
З
Σ3
ω=ω+ω=ω.
Н4
Частота настройки ω первого 26 и второго 27 узкополосных фильтров выбрана равной удвоенному значению частоты второго гетеродина 2.2
H4
Г3
ω=2ω
На выходе смесителя 13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 14 и 18 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) и первой суммарной частот соответственно
пр2
пр2
пр2
k1
пр2
u(t)=Ucos[ωt-ϕ(t)+ϕ],
Σ1
пр2
Σ1
k1
Σ1
с
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
где ;
пр2
Г2
2
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
Σ1
2
Г2
ω=ω+ω - первая суммарная частота;
пр2
Г2
2
Σ1
2
Г2
ϕ=ϕ-ϕ, ω=ϕ+ϕ.
Σ1
Напряжение u первой суммарной частоты поступает на вход первого амплитудного детектора 20, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход первого ключа 22 и открывает его. В исходном состоянии ключи 22, 23, 30 и 31 всегда закрыты.
пр2
При этом напряжение u(t) второй промежуточной частоты с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 22 поступает для дальнейшей обработки, а именно, на вход второго клиппера 15, где оно клиппируется и записывается во второе буферное запоминающее устройство 16. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.
3
4
2
На втором шаге (при передаче сигнала из пункта В) переключатель 4 должен быть разомкнут и сигнал α из генератора 3 через клиппер 10 поступает в то же запоминающее устройство 11. Ретранслированный сигнал α записывается, как и α, в запоминающее устройство 16.
3
1,
В произвольный момент времени  по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал β). Сформированный сигнал преобразуют на частоту ω усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора.
3
1
3
2
4
4
В тот же момент времени по часам первого пункта А с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал α). Регистрируют его на первом пункте А. Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ω (сигнал α), переизлучают его на пункты А и В на частоте ω с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его на видеочастоту, регистрируют в моменты времени  и  соответственно (сигнал α, β).
Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в измерителе 17 определяют на каждом пункте следующие временные задержки:
,
,
,
,
i
и соответствующие им частоты интерференции F (i=1, 2, 3, 4), которые определяют производные этих задержек:
,
где ,
j
j
a, b (j=1, 2, 3) - время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами А и В соответственно (фиг. 1);
,  - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;
,  - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;
ΔS - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;
- искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.
j
j
Полагая a и b линейными функциями с производными , , получаем:
,
где
,
,
,
,
1
2
,  - задержки сигнала в атмосфере на частотах ω и ω 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 эфемеридным 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 ε также учитывается.
Напряжения первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов:
г1
г1
г1
г1
u(t)=Ucos(ωt+ϕ),
г2
г2
г2
г2
u(t)=Ucos(ωt+ϕ).
поступают на два входа перемножителя 41, на выходе которого образуется первое гармоническое напряжение
г
г
пр
г
u(t)=Ucos(ωt+ϕ),
где ;
пр2
г1
г1
ω=ω-ω;
г
г2
г1
ϕϕ=ϕ-ϕ,
которое выделяется узкополосным фильтром 44 и поступает на первый вход фазового детектора 47.
пр2
Напряжение u(t) с выхода усилителя 14 промежуточной частоты через открытый ключ 22 и логический элемент ИЛИ 42 поступает одновременно на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
4
4
пр2
k1
пр2
4
пр2
пр2
с
u(t)=Ucos[2ωt-2ϕ(t)+2ϕ]=Ucos(2ωt+2ϕ], 0≤t≤Т,
где ;
к1
2ϕ(t)={o.2π},
которое поступает на вход делителя 45 на два. На выходе последнего образуются гармоническое напряжение
5
5
пр2
пр2
c
u(t)=Ucos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
г
5
которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяются степенью и стороной отклонения напряжения u{t} от напряжения u(t). Указанное напряжение через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства:
г2
г1
gh2
ω-ω=ω.
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.
2
Описанная выше работа устройства, реализующего предлагаемый способ, соответствует приему полезных сигналов по основному каналу на частоте ω (фиг. 4).
З
Если шумоподобный сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте ω
З
З
З
k2
З
З
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
то усилителями 14 и 19 выделяются следующие напряжения соответственно
пр3
пр3
пр2
к2
пр3
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ],
Σ2
пр3
Σ2
k2
Σ2
З
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
где ;
пр2
З
Г2
ω=ω-ω - вторая промежуточная частота,
Σ2
Г2
З
ω=ω+ω - вторая суммарная частота,
пр2
З
Г2
Σ2
Г2
З
ϕ=ϕ-ϕ, ϕ=ϕ+ϕ.
Σ2
пр3
З
пр3
Напряжение u(t) второй суммарной частоты поступает на вход второго амплитудного детектора 21, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход второго ключа 23, открывая его. При этом напряжение u(t) второй промежуточной с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 23 поступает на первый вход третьего клиппера 32, где оно клиппируется и записывается в третье буферное запоминающее устройство 35. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω в первый А и третий С пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход II). При этом напряжение u(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 23 и логический элемент ИЛИ 42 поступают одновременно на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
6
6
пр2
k2
пр3
6
пр2
gh3
с
u(t)=Ucos[2ωt+2ϕ(t)+2ϕ]=Ucos(2ω+2ϕ), 0≤t≤Т,
где ;
к2
2ϕ(t)={0,2π},
которое поступает на вход делителя 45 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
7
7
пр2
пр3
3
u(t)=Ucos(ωt+ϕ) 0≤t≤T,
г
7
которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяются степенью и стороной отклонения напряжения u(t) от напряжения u(t) Указанные напряжения через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства
г2
г1
пр2
ω-ω=ω.
Если шумоподобный сигнал
k1
k1
k1
k3
k1
k1
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
к1
принимается по первому комбинационному каналу на частоте ω, то усилителем 14 второй промежуточной частоты выделяется напряжение
пр4
пр4
пр2
k3
пр4
k1
u(t)=Ucos[ωt-ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
где ;
пр2
Г2
к1
ω=2ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр4
Г2
К1
ϕ=ϕ-ϕ,
k1
которое подается на второй вход первого перемножителя 24. На первый вход последнего поступает принимаемый шумоподобный сигнал u(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе первого перемножителя 24 образуется гармоническое напряжение
1
1
Г2
Г2
к1
u(t)=Ucos(2ωt+ϕ), 0≤t≤T,
где ,
2
пр4
к1
пр4
К - коэффициент передачи перемножителя, которое выделяется первым узкополосным фильтром 26, детектируется амплитудным детектором 28 и поступает на управляющий вход ключа 30, открывая его. При этом напряжение u(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 30 поступает на первый вход четвертого клиппера 33, где оно клипируется и записывается в четвертое буферное запоминающее устройство 36. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω в первом и четвертом Д пунктах синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход III). При этом напряжение u с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 30 и логический элемент ИЛИ 43 одновременное поступает на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
8
8
пр2
k3
пр4
8
пр2
пр4
с
u(t)=Ucos(2ωt-2ϕ(t)+2ϕ)=Ucos(2ωt+2ϕ), 0≤t≤Т,
где ;
к3
2ϕ={0,π},
которое поступает на вход делителя 45 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
9
9
пр2
пр4
k1
u(t)=Ucos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
г
9
которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяется степенью и стороной отклонения напряжения u(t) от напряжения u(t). Указанное напряжение через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенств
г2
г1
пр2
ω-ω=ω.
Если шумоподобный сигнал
k2
k2
r2
k4
k2
k2
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
к2
принимается по второму комбинационному каналу на частоте ω, то усилителем 14 второй промежуточной частоты выделяется напряжение
пр5
пр5
пр2
k4
пр5
k2
u(t)=Ucos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
где ;
пр2
к2
Г2
ω=ω-2ω - вторая промежуточная частота
пр5
к2
Г2
ϕ=ϕ-ϕ,
k2
которое подается на второй вход второго перемножителя 25. На первый вход последнего поступает принимаемый шумоподобный сигнал u(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 25 образуется гармоническое напряжение
2
2
Г2
Г2
k2
u(t)=Ucos(2ωt+ϕ), 0≤t≤T,
где ;
пр5
к2
которое выделяется вторым узкополосным фильтром 27, детектируется амплитудным детектором 29 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. При этом напряжение u(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 41 поступает на первый вход пятого клиппера 34, где оно клиппируется и записывается в пятое буферное запоминающее устройство 37. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте ω в первый А и пятый Е пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени (выход IV).
пр5
При этом напряжение u(t) с выхода усилителя 14 второй промежуточной частоты через открытый ключ 31 и логический элемент ИЛИ 42 одновременно поступает на два входа перемножителя 43. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
10
10
пр2
k4
пр5
10
пр2
пр5
k2
u(t)=Ucos[2ωt+2ϕ(t)+2ϕ]=Ucos(2ωt+2ϕ], 0≤t≤T,
где ;
л4
2ϕ(t)={0,π},
которое поступает на вход делителя 45 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
11
11
пр2
пр5
k2
u(t)=Ucos(ωt+ϕ), 0≤t≤Т,
г
11
которое выделяется узкополосным фильтром 46 и подается на второй вход фазового детектора 47. На выходе фазового детектора 47 образуется напряжение, амплитуда и полярность которого определяется степенью и стороной отклонения напряжения u(t) от напряжения u(t). Указанное напряжение через инверсный усилитель 48 воздействует на управляющие входы первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов, обеспечивая выполнение равенства
г2
г1
пр2
ω-ω=ω.
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;
- 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.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение достоверности дуплексной радиосвязи между наземными пунктами. Это достигается за счет выполнения и автоматического поддержания равенства
г2
г1
пр2
ω-ω=ω.