система синхронизации часов по радиоканалу

Классы МПК:	G04C13/00 Привод вторичных часов с помощью первичных часов G04C13/02 схемы; электрические часовые установки
Автор(ы):	Багданов П.П., Овчинников В.В., Цветков В.И.
Патентообладатель(и):	Российский институт радионавигации и времени
Приоритеты:	подача заявки: 1995-10-26 публикация патента: 20.07.1998

Изобретение относится к синхронизации часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени, в которых осуществляется передача сигналов времени для синхронизации территориально разнесенных часов. Система синхронизации часов по радиоканалу содержит группу ведущих часов, группу удаленных часов, центральные часы, спутниковую радионавигационную систему и линии связи. В системе последовательно осуществляются: прием и использование сигналов ведущих часов на удаленных и центральных часах; передача результатов синхронизации шкал времени удаленных часов по сигналам ведущих часов на центральные часы; привязка шкалы времени спутниковой радионавигационной системы к групповой шкале времени системы; передача поправки на синхронизатор и ее закладка в сигнал системы; высокоточная синхронизация шкал времени всех часов по сигналам навигационных космических аппаратов. 3 ил.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

Система синхронизации часов по радиоканалу, содержащая группу ведущих часов, группу удаленных часов, центральные часы, спутниковую радионавигационную систему и линии связи, при этом каждые ведущие часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, формирователя сигналов времени и передатчика, последовательно соединенных блока памяти, программного блока и анализатора результатов привязки шкал времени (РПШВ), и также последовательно соединенных блока привязки шкал времени, блока сравнения, ключа и формирователя сигналов управления частотой, выход которого подключен к управляющему входу опорного генератора, выход программного блока подключен также к второму входу блока сравнения, выход блока привязки шкал времени соединен также с информационным входом ключа, выход которого соединен с вторым входом анализатора РПШВ, первый вход блока привязки шкал времени подключен к выходу опорного генератора, а второй вход к выходу делителя частоты и второму входу программного блока, выход анализатора РПШВ соединен с управляющим входом делителя частоты, вход блока памяти является входом сигнала программы управления от центральных часов, каждые удаленные часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора и делителя частоты, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени и первому входу измерителя разности времени, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, а выход - с первым входом анализатора РПШВ, выход блока привязки шкал времени соединен с вторым входом анализатора РПШВ, а первый вход - с выходом опорного генератора, выход анализатора РПШВ соединен с управляющим входом делителя частоты и является информационным выходом удаленных часов, центральные часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора и делителя частоты, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени и первому входу измерителя разности времени, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, а выход - с первым входом анализатора РПШВ, выход блока привязки шкал времени соединен с вторым входом анализатора РПШВ, а первый вход - с выходом опорного генератора, центральные часы содержат также последовательно соединенные коммутатор линий связи, формирователь поправок и признака достоверности, формирователь управляющих воздействий и ключ, второй вход формирователя поправок и признака достоверности соединен с выходом анализатора РПШВ и управляющим входом делителя частоты, а второй выход - с управляющим входом ключа, выход ключа является выходом сигнала программы управления для ведущих часов, входы коммутатора линий связи являются информационными входами центральных часов, отличающаяся тем, что в состав центральных часов введены последовательно соединенные блок выделения временного параметра, измеритель временных интервалов и коммутатор сигналов системных поправок, при этом второй вход измерителя временных интервалов подключен к выходу делителя частоты, выход блока привязки шкал времени соединен с вторым входом коммутатора сигналов системных поправок, выход которого является выходом информационного сигнала для спутниковой радионавигационной системы, в состав каждых удаленных часов введены последовательно соединенные блок выделения временного параметра, измеритель временных интервалов и блок коррекции результатов привязки, второй вход которого соединен с выходом блока привязки шкал времени, а выход - с третьим входом анализатора РПШВ, выполненного на удаленных часах трехвходовым, второй вход измерителя временных интервалов подключен к выходу делителя частоты.

Описание изобретения к патенту

Известны системы синхронизации часов [1,2] содержащие эталонные часы с эталонной мерой частоты и формирователем шкалы времени, средства для передачи сигналов эталонных часов по радиоканалу, группу удаленных часов, каждые из которых включают радиоприемник сигналов эталонных часов, опорный генератор, формирователь шкалы времени и средства сравнения принятых и местных сигналов времени с целью определения рассогласования временных шкал.

Известно устройство для синхронизации часов по радиоканалу [3], содержащее ведущие часы и группу удаленных часов, в котором каждые ведущие часы включают меру частоты и хранитель времени, радиопередатчик и формирователь частотно-стабилизированного импульсного сигнала времени. Каждые из удаленных часов содержат последовательно соединенные радиоприемник и счетчик, последовательно соединенные фазовращатель и регистратор временного параметра, причем мера частоты подключена через фазовращатель к хранителю времени и непосредственно к счетчику, соединенному с хранителем времени, и регистратору временного параметра, связанному с радиоприемником. При этом одни из удаленных часов (центральные часы) снабжены последовательно соединенными между собой коммутатором, вычислительным блоком и вспомогательными каналами связи, вычислительный блок связан с выходом регистратора временного параметра, в коммутатор через вспомогательные каналы связи соединен с группой удаленных часов.

Наиболее близким к заявляемому объекту является система [4] синхронизации часов по радиоканалу, изображенная на фиг. 3.

Система синхронизации часов по радиоканалу содержит группу ведущих часов 1₁ - 1_N, группу удаленных часов 2₁ - 2_N, центральные часы 3, спутниковую радионавигационную систему 4 и линии связи 5...7. Каждые ведущие часы 1 состоят из последовательно соединенных опорного генератора 8, делителя частоты 9, формирователя сигналов времени 10 и передатчика 11, последовательно соединенных блока памяти 12, программного блока 13 и анализатора результатов привязки шкал времени (РПШВ) 14, и также последовательно соединенных блока привязки шкал времени 15, блока сравнения 16, ключа 17 и формирователя сигналов управления частотой 18, выход которого подключен к управляющему входу опорного генератора 5. Выход программного блока 13 подключен также к второму входу блока сравнения 16. Выход блока привязки шкал времени 15 соединен также с информационным входом ключа 17, выход которого соединен и с вторым входом анализатора РПШВ 14. Первый вход блока привязки шкал времени 15 подключен к выходу опорного генератора 8, а второй вход - к выходу делителя частоты 9 и второму входу программного блока 13. Выход анализатора РПШВ 14 соединен с управляющим входом делителя частоты 9. Вход программного блока 12 является входом сигнала программы управления центральных часов 1. Каждые удаленные часы 2 состоят из последовательно соединенных опорного генератора 19 и делителя частоты 20, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени 21 и первому входу измерителя разности времени 22, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 23, а выход - с первым входом анализатора РПШВ 24. Выход блока привязки шкал времени 21 соединен с вторым входом анализатора РПШВ 24, а первый вход - с выходом опорного генератора 19. Выход анализатора РПШВ 24 подключен к управляющему входу делителя частоты 20 и является информационным выходом удаленных часов 2. Центральные часы 3 состоят из последовательно соединенных опорного генератора 28 и делителя частоты 29, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени 30 и первому входу измерителя разности времени 31, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 32, а выход - с первым входом анализатора РПШВ 33. Выход блока привязки шкал времени 30 соединен с вторым входом анализатора РПШВ 33, а первый вход - с выходом опорного генератора 28. Центральные часы 3 содержат также коммутатор линий связи 37 и последовательно соединенные формирователь поправок и признака достоверности 38, формирователь управляющих воздействий 39 и ключ 40. Первый вход формирователя поправок и признака достоверности 38 соединен с выходом анализатора РПШВ 33 и управляющим входом делителя частоты 29, а второй выход - с управляющим входом ключа 40. Второй вход формирователя поправок и признака достоверности 38 подключен к выходу коммутатора линий связи 37. Входы коммутатора линий связи 37, выход ключа 40 и выход блока привязки шкал времени 30 являются соответственно информационными входами, выходом сигнала программы управления и выходом информационного сигнала для спутниковой радионавигационной системы.

Спутниковая радионавигационная система 4 содержит (фиг. 2) синхронизатор 41 и группу навигационных космических аппаратов 42₁ - 42_N. Синхронизатор 41 спутниковой радионавигационной системы содержит последовательно соединенные опорный генератор 43, хранитель времени 44, формирователь сигнала закладки 45 и блок закладки информации 46, второй вход которого является входом временной управляющей информации спутниковой радионавигационной системы 4. Выход опорного генератора 43 подключен также к второму входу формирователя сигналов закладки 45, а выход хранителя времени 44 подключен также к третьему входу блока закладки информации 46. Каждый из навигационных космических аппаратов 42 содержит опорный генератор 47, подключенный к первому входу хранителя времени 48 и третьему входу формирователя навигационного сигнала 49, передатчик 50, подключенный к выходу формирователя навигационного сигнала 49, последовательно соединенные высокочастотный блок 51, блок памяти 52 и программное устройство 53, второй вход которого через блок памяти 52 соединен с вторым выходом высокочастотного блока 51, третий вход - с выходом хранителя времени 48 и вторым входом формирователя 49 навигационного сигнала, а второй выход - с управляющим входом хранителя времени 48.

Известная система синхронизации часов по радикалу работает следующим образом.

Из сигналов опорного генератора 8 с помощью делителя частоты 9 формируется шкала времени ведущих часов 1 (для упрощения рассматриваем только одни ведущие часы). По ее сигналам посредством формирователя 10 сигналов времени образуются сигналы ведущих часов 1, пригодные для передачи по радиоканалу (например, частотно-стабилизированный синусоидальный сигнал и импульсные метки времени, М-последоватедльность и т.п.). Эти сигналы с помощью радиопередатчика 11 излучаются в эфир и принимаются потребителями (удаленными 2 и центральными 3 часами). На центральных 3 и удаленных 2 часах при наличии возможности радиоконтакта производится прием сигналов времени с помощью радиоприемников 32 и 23 и подача их на второй вход измерителей разности времени 31 и 22. Из сигналов опорных генераторов 28 и 19 с помощью делителя частоты 29 и 20 на центральных 3 и удаленных 2 часах формируются местные шкалы времени, сигналы которых поступают на первые входы измерителя 31 и 22 разности времени. С помощью последних определяются временные расхождения принятых сигналов ведущих часов 1 и местных шкал времени (соответственно для каждых центральных 3 и удаленных 2 часов), с учетом задержки распространения сигналов от часов 1 до часов 3 и 2 соответственно. Измеренные временные расхождения принимаются соответствующими анализаторами РПШВ 33 и 24 за поправки и вводятся в делители частоты 29 и 20 центральных 3 и удаленных 2 часов для совмещения их шкал со шкалой времени ведущих часов 1. При этом решение о введении поправок в делители частоты центральных 3 и удаленных 2 часов принимается анализаторами РПШВ 33 и 24 при отсутствии (за принятый в системе интервал времени) высокочастотных поправок, поступающих (см. третий этап функционирования системы) на их вторые входы (на центральных 3 и удаленных 2 часах).

При последующих сеансах синхронизации с использованием сигналов от ведущих часов 1 на центральных 3 и удаленных 2 часах также производится измерение упомянутых временных расхождений.

Результаты измерений на удаленных часах 2 по мере их получения не только используются для управления собственными делителями частоты 20, но и передаются по линиям 6 связи на коммутатор линий связи 37 центральных часов 3, который производит их последовательную передачу на первый вход формирователя поправок и признака достоверности 38.

Результаты аналогичных измерений, проведенных на центральных часах 3, также не только подаются на собственный делитель частоты 29, но и направляются на второй вход формирователя поправок и признака достоверности 38. При получении необходимого массива результатов от всех удаленных 2 и центральных 3 часов за определенный интервал, например, за сутки, с помощью формирователя поправок и признака достоверности 38 производится:

- формирование групповой поправки (например, как средневзвешенное из принятых формирователем 38 значений результатов измерений) характеризующей групповую шкалу системы часов;

- определение поправок к шкалам времени каждых удаленных часов 2 по отношению к групповой шкале системы часов, позволяющих судить о степени синхронизма часов 2 в системе, например, путем сравнения этих поправок с выбранным порогом;

- определение поправок к шкале времени ведущих часов 1 по отношению к групповой шкале времени системы часов, а также, после накопления массива данных об этих поправках, определение закона изменения во времени положения шкалы времени (знака и скорости ее отклонения от групповой шкалы) ведущих часов 1, и, наконец, поправки на шкалу времени ведущих часов 1 относительно групповой шкалы системы по истечении заданных интервалов времени (например, через каждые сутки в течение недели).

Данные о ходе ведущих часов 1 с первого выхода формирователя поправок и признака достоверности 38 поступают на формирователь управляющих воздействий 39, с помощью которого образуется программа управления ведущих часов 1 для ее совмещения с групповой шкалой времени системы. Эта программа содержит необходимые значения поправок, которые следует ввести в шкалу времени ведущих часов 1, и моменты их ввода между двумя соседними сеансами синхронизации, а также на более длительном интервале. Сигналы программы управления во время радиоконтакта центральных часов 3 с ведущими часами 1 поступают через ключ 40, открывающийся только при получении соответствующего признака достоверности от формирователя 38 (характеризующего, например, факт набора необходимого массива данных, степень синхронизма удаленных 2 часов в системе, что важно для вынесения решения о возможности включения полученных от часов 2 результатов измерений в массив данных при определении групповой поправки, факт окончания соответствующих расчетов и т.п.), и линию связи 5 (например, командно-программную, телефонный или телеграфный канал и т.п.) в блок памяти 12 ведущих часов 1, где производится их запоминание и передача на программное устройство 13. Последнее представляет собой управляемый коммутатор, на сигнальный вход которого поступают значения поправок с кодом момента их ввода, а на управляющий вход подается код времени от делителя частоты 9. При совпадении кодов времени ведущих часов 1 и момента рекомендуемого ввода программное устройство 13 транслирует соответствующую поправку из блока памяти 12 в делитель частоты 9, шкала которого совмещается с групповой шкалой времени системы. Таким образом, излучаемые радиопередатчиком 11 ведущих часов 1 и принимаемые удаленными 2 и центральными 3 часами сигналы оказываются синхронизированными с групповой шкалой времени системы. После такой синхронизации поправки на шкалы времени удаленных 2 и центральных 3 часов, получаемые в измерителях разности времени 22 и 31, вводятся (аналогично через анализаторы РПШВ 24 и 33) в делители частоты 20 и 29, чем достигается синхронизация удаленных 2 и центральных 3 часов, так как сигналы времени ведущих часов 1 совмещены с групповой шкалой.

По окончании описанного (и далее непрерывно поддерживаемого) процесса (первого этапа функционирования системы) производится временная привязка положения шкалы времени спутниковой радионавигационной системы 4 к групповой шкале времени рассматриваемой системы синхронизации часов по радиоканалу. При этом оговоренную взаимную привязку (определение поправки на шкалу времени спутниковой радионавигационной системы как промежуточный этап подготовки сигналов этой системы для целей временной синхронизации) осуществляют, опираясь на шкалу времени центральных часов 3, которые оборудуются наилучшим в системе по долговременной стабильности опорным генератором 28, т.е. имеют минимальное отклонением с течением времени от групповой шкалы времени системы, а также наилучшим в системе измерителем разности времени 31 (например, многоканальным и усредняющим результатами привязок), чем обеспечивается наилучшая в системе привязка шкалы времени центральных часов 3 к групповой шкале.

Рассмотрим процесс взаимной привязки двух систем: синхронизации часов по радиоканалу и спутниковой радионавигационной системы 4, например, ГЛОНАСС, для чего коротко рассмотрим принцип работы спутниковой радионавигационной системы (фиг. 2).

Одним из вариантов определения координат навигационным потребителем с помощью спутниковой радионавигационной системы 4 является одновременное измерение квазидальности до четырех космических аппаратов 42, находящихся над радиогоризонтом. При этом потребитель должен располагать априорной информацией о положении и параметрах движения всех космических аппаратов 42, входящих в спутниковую радионавигационную систему. Для этого каждый навигационный космический аппарат 42, наряду с навигационным сигналом и собственными эфемеридами (параметрами движения), ретранслирует на потребителей эфемериды всех остальных космических аппаратов 42 системы. Эта информация, называемая альманахом, необходима для поиска космических аппаратов 42 и вхождения в радиосвязь. Измерение квазидальностей производится путем приема навигационного сигнала от каждого комического аппарата 42 и измерения его временной задержки относительно меток времени потребителя. Взаимная привязка шкал времени всех космических аппаратов 42 производится путем измерения их временного положения относительно шкалы времени наземного синхронизатора 41 спутниковой радионавигационной системы 4. При этом спутниковая радионавигационная система 4 работает в собственной шкале времени, задаваемой синхронизатором 41, и все процессы в звеньях этой системы 4 развертываются и фиксируются в этой временной шкале.

Поскольку с использованием меток времени потребителя одновременно измеряются квазидальности до нескольких космических аппаратов, то необходимо, чтобы временные шкалы всех космических аппаратов были согласованы между собой. Это достигается независимой привязкой шкалы времени каждого космического аппарата к системному времени спутниковой радионавигационной системы. При этом шкала времени синхронизатора 41 поддерживается с точностью более высокой, чем бортовые шкалы каждого космического аппарата 42.

Привязка шкалы каждого космического аппарата к системному времени спутниковой радионавигационной системы производится формирователем 45 сигналов закладки синхронизатора 41, который последовательно осуществляет:

- прием радионавигационных сигналов поочередно от всех космических аппаратов (с помощью соответствующего приемоизмерителя);

- точное измерение (с помощью радиодальномера, лазерного и т.п.) дальности между каждым космическим аппаратом и местом расположения формирователя 45 сигналов закладки (с учетом данных об атмосферном давлении);

- накопление результатов произведенных измерений;

- расчет (после набора необходимого объема данных) прогнозируемых элементов движения космических аппаратов и смещения бортовых шкал времени каждого космического аппарата относительно шкалы времени хранителя времени 44 синхронизатора 41.

Полученные в формирователе 45 сигналов закладки данные прогнозирования оперативно передаются на блок 46 закладки информации синхронизатора 41, который осуществляет передачу на борт каждого космического аппарата 42 массива служебной информации в соответствии с заложенной в него программой, синхронизируемой сигналами от хранителя времени 44. В состав служебной информации входят параметры орбит всех космических аппаратов и их кратко- и долговременного прогноза, значения смещений спутниковых шкал времени относительно шкалы времени синхронизатора 41, а также прогноз их дальнейших уходов.

Бортовая аппаратура каждого космического аппарата 42 принимает служебную информацию и программу работы с помощью высокочастотного блока 51, при этом программа работы записывается из высокочастотного блока 51 в программное устройство 53, а служебная информация - в блок 52 памяти. В соответствии с программой, заложенной в программное устройство 53 и метками хранителя времени 48, устройством 53 производится считывание служебной информации из блока 52 памяти и передача ее в формирователь 49 навигационного сигнала, на который также поступают сигналы с выходов опорного генератора 47 и хранителя времени 48. Сформированный навигационно-временной сигнал с помощью радиопередатчика 50 передается потребителям. При необходимости производится фазирование бортового хранителя времени 48 сигналами по его второму входу от второго выхода программного устройства 53.

Переданные навигационными космическими аппаратами 42 сигналы принимаются блоками привязки шкал времени 15, 21, и 30 соответственно ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов.

Блоки привязки шкал времени 15, 21 и 30 определяют временное расхождение (поправку) между шкалами времени спутниковой радионавигационной системы 4 и соответствующих 1, 2 и 3 часов, для чего последовательно производятся следующие операции:

- формирование с использованием сигналов от опорных генераторов 8, 19 и 28 внутренних (произвольных по фазе) опорных шкал времени;

- измерение временных рассогласований между сформированными внутренними и принимаемыми от навигационных космических аппаратов 42 метками времени;

- исключение из измеренного временного рассогласования задержки распространения электромагнитных волн от космического аппарата 42 до устройства привязки шкал времени 15, 21 и 30 (исход из априорно известных координат расположения устройств 15, 21 и 30 принятой эфемеридной информации), а также задержки сигнала в приемном тракте устройств 15, 21 и 30 (определяемой перед упомянутым измерением калибровкой с использованием мощного по сравнению с принимаемым сигнала);

- измерение временного рассогласования между внутренней опорной шкалой времени устройств 15, 21 и 30 и шкалой времени делителей частоты 9, 20 и 29 ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов, поступающего на первый вход устройств привязки шкал времени 15, 21 и 30;

- окончательный расчет, с использованием перечисленных данных, поправок, характеризующих временное положение шкал времени ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов относительно хранителя времени 44 синхронизатора 41 радионавигационной системы 4.

Эта поправка с выхода блока привязки шкал времени 30 центральных часов 3 по линии связи 7 поступает на второй вход блока закладки информации 46 синхронизатора 41 спутниковой радионавигационной системы 4. Блок 46 передает ее совместно с информацией, поступающей на его первый вход от формирователя 45, по радиолинии ко всем космическим аппаратам 42, работа которых описана выше. Следовательно, информация о величине расхождения шкалы хранителя 44 синхронизатора 41 спутниковой радионавигационной системы 4 и шкалы делителя частоты 29 центральных часов 3 (как носителя информации о положении групповой шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу) передается потребителям спутниковой радионавигационной системы 4 (к блокам привязки 15, 21 и 30) в составе эфемеридно-временной информации по навигационному радиоканалу.

На этом заканчивается второй этап функционирования известной системы, который направлен на взаимную временную привязку двух систем: спутниковой радионавигационной и по радиоканалу, и обеспечивается возможность взаимного функционирования управляющих звеньев этих систем (синхронизатора 41 и центральных часов 3) по включению в передаваемый спутниковой радионавигационной системой 4 сигнал дополнительной поправки, характеризующей их взаимное положение.

После проведенной привязки временных шкал хранителя времени 44 синхронизатора 41 и делителя частоты 29 центральных часов 3 блоки привязки шкал времени 15, 21 и 30 по навигационному каналу могут рассматриваться как элемент нового высокоточного средства синхронизации временных шкал в системе синхронизации часов по радиоканалу. При этом состав аппаратных средств и работа блоков привязкми шкал времен 15, 21 и 30 на ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часах полностью идентичны. Учет поправки, характеризующей временное расхождение спутниковой радионавигационной системы 4 с групповой шкалой времени системы в целом осуществляется в блоках привязки 15, 21 и 30 автоматически после его извлечения из состава принятой эфемеридно-временной информации.

Таким образом, на ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часах в любое время суток и при обеспечении возможности размещения этих часов в любой точке земного шара, появляется возможность высоконадежного и высокоточного определения по сигналам навигационных космических аппаратов 42 поправок на их шкалы времени непосредственно относительно групповой шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу.

С момента получения этих поправок начинается третий (непрерывно поддерживаемый) этап функционирования системы синхронизации. Он заключается в том, что на управление делителями частоты 9, 20 и 29 ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов с помощью анализаторов РПШВ 14, 24 и 33 направляются только результаты высокоточной синхронизации по сигналам спутниковой радионавигационной системы 4, и эти же результаты по линиям связи 6 направляются от удаленных часов 2 на центральные часы 3 для еще более точного формирования групповой шкалы времени в формирователе поправок и признака достоверности 38.

На ведущих часах 1 высокоточные поправки, полученные с помощью блоков привязки шкал времени 15, используются также и для высокоточного управления частотами опорных генераторов 8 по их совмещению с групповой частотой системы, что позволяет увеличить время автономной работы ведущих часов 1 при выходе из строя линий связи 5 (при длительном перерыве в обновлении управляющей программы от центральных часов 3 по совмещению шкалы ведущих часов 1 с групповой шкалой времени системы). Для этого с помощью блока сравнения 16 и ключа 17 производится отбраковка аномальных результатов привязки по сигналам навигационных космических аппаратов 42, а затем с помощью формирования сигналов управления частотой 18 - накопление достаточного массива этих результатов за необходимый интервал времени и выработка соответствующего управляющего сигнала (как результат деления выявленного изменения положения шкалы времени ведущих часов 1 за интервал наблюдения).

Традиционные средства синхронизации часов в системе (ведущие часы 1), обеспечивавшие сигналами времени удаленные 2 и центральные 3 часы на первом этапе функционирования системы, а также дававшие информацию для формирования групповой шкалы системы на первом этапе, на третьем этапе начинают выполнять лишь функции синхронизирующего резерва со сравнительно невысокими точностными характеристиками (при наличии результатов высокоточных измерений от блоков 15, 21 и 30 результаты измерений в измерителях 22 и 31 не используются как для управления делителями частоты 20 и 29, так и для формирования групповой шкалы времени в формирователе 38).

Следовательно, в системе синхронизации часов по радиоканалу последовательно осуществляются:

- прием и использование сигналов ведущих часов 1 на удаленных 2 и центральных 3 часах;

- передача результатов синхронизации шкал времени удаленных 2 часов по сигналам ведущих часов 1 на центральные часы 3, где производится выработка групповой шкалы времени и передача управляющих воздействий по совмещению шкал времени ведущих часов 1 с групповой шкалой;

- привязка (определение поправки) шкалы времени спутниковой радионавигационной системы к групповой шкале времени системы синхронизации по радиоканалу;

- передача этой поправки на синхронизатор 41 и ее закладка в сигнал, передаваемый спутниковой радионавигационной системой 4;

- высокоточная синхронизация шкал времени всех ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов по сигналам навигационных космических аппаратов 42, чем обеспечивается их точное (лучшее, чем по сигналам ведущих часов 1) совмещение с групповой шкалой системы часов;

- циклическое повторение указанных операций как с целью формирования групповой системной шкалы времени и непрерывной привязки к ней шкалы времени синхронизатора 41 спутниковой радионавигационной системы 4, так и с целью непрерывной синхронизации и контроля положения шкал времени ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов в системе.

С введением в состав ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов блоков привязки шкал времени 15, 21 и 30 по сигналам спутниковой радионавигационной системы 4, а в состав центральных часов 3 и средств, позволяющих привязать шкалу времени этой спутниковой радионавигационной системы к шкале времени системы часов с соответствующей закладкой в навигационный сигнал дополнительной информации, появляется возможность осуществлять непосредственную синхронизацию шкал времени ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов с групповой шкалой системы с погрешностью не хуже десятых и даже сотых долей мкс. Это позволяет значительно, более чем в 10 раз, сузить пределы на допустимое расхождение шкал времени часов в системе, причем такое сужение не зависит от координат расположения ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов, так как синхронизация производится по сигналам глобальной спутниковой радионавигационной системы 4.

Перед заявителем стояла задача повышения надежности функционирования и живучести известной системы синхронизации часов по радиоканалу, необходимость и обоснованность которой можно иллюстрировать следующим образом.

Показателем надежности и живучести известной системы синхронизации часов по радиоканалу является взаимная синхронизация шкал времени всех часов системы во всех условиях ее функционирования, причем эта синхронизация обеспечивается приемом и использованием передаваемых по радиоканалу сигналов временной информации. Чем больше в системе источников таких сигналов временной информации, тем более надежно обеспечивается ее функционирование, тем она более живуча.

В известной системе в качестве источников сигналов для временной синхронизации используются только так называемые традиционные средства синхронизации (ведущие часы, работающие в диапазонах СДВ, ДВ и КВ-диапазонах частот и обеспечивающие погрешности синхронизации удаленных часов от единиц мкс до единиц мс соответственно в охватываемых ими регионах страны) и спутниковая радионавигационная система (обеспечивающая погрешность синхронизации удаленных часов не хуже десятых и даже сотых долей мкс при обеспечении глобальности синхронизации, а также позволяющая использовать традиционные средства синхронизации на окончательных этапах работы системы как синхронизирующий резерв). Причем такое использование спутниковой радионавигационной системы оказывается возможным только после определения временного рассогласования системных шкал времени и закладки в сигнал, передаваемый спутниковой навигационной системой, соответствующей поправки, учитываемой на удаленных часах при привязке местной шкалы с использованием навигационно-временного сигнала.

Обязательным условием для обеспечения закладки в сигнал спутниковой радионавигационный системы такой дополнительной (по отношению к ней) информации является доступность ее синхронизатора для приема управляющей информации от центральных часов системы синхронизации часов по радиоканалу (как носителя информации о положении групповой шкалы времени системы, имеющего в своем составе устройство привязки по навигационному сигналу). Такая доступность может обеспечиваться принадлежностью обеих систем (по радиоканалу и радионавигационной) одному государству, отсутствием межгосударственных и межведомственных барьеров секретности, наличием соответствующих каналов связи между системами, согласованных протоколов обмена данными и их использования и т.п..

Примером оговоренного взаимного функционирования двух систем является взаимодействие Государственной системы единого времени и эталонных частот ГСЕВЭЧ и спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), в результате которого обеспечены значительное повышение (до двух порядков) точности синхронизации временных шкал удаленных часов и, как следствие, сужение (до десяти раз) пределов на допустимое расхождение шкал времени часов в системе.

Между тем, в настоящее время известны [5] другие системы (и просматривается четкая тенденция к появлению новых), обеспечивающие возможность (кроме решения основных задач) высокоточной временной синхронизации удаленных потребителей. Однако эти системы позволяют синхронизировать удаленных потребителей только со своей системной шкалой времени, которая часто имеет произвольное и не связанное с групповой шкалой описанной известной системы положение. Эти системы также не предоставляют доступа к своим центральным синхронизаторам для внесения в передаваемый ими сигнал дополнительной информации, позволяющей удаленным потребителям определить временное рассогласование системных шкал времени (например, такой системы и известной системы синхронизации часов по радиоканалу) для решения чисто временных задач описанным (применительно к спутниковой радионавигационной системе в составе известной системы) способом.

Примером одной из таких систем является спутниковая радионавигационная система НАВСТРАР (Navstar - Navigational Satelite Time and Ranging - навигационный спутник измерения времени и координат) или по ее фактическому применению GPS (Global Positioning System - Глобальная система местоопределения). Ее периферийные специализированные приемники (приемоиндикаторы) в достаточно широком ассортименте появились на рынке страны.

Эта система обеспечивает возможность глобальной синхронизации временных шкал с погрешностями не хуже десятых и даже сотых долей мкс по отношению к шкале времени собственного центрального синхронизатора (своей системной шкале). Однако отсутствие доступа к центральному синхронизатору этой системы для включения в состав ее навигационного сигнала дополнительной информации по взаимному временному рассогласованию системных шкал (НАВСТАР - система синхронизации часов по радиоканалу) исключает возможность (без решения организационно-аппаратных вопросов) непосредственного использования приемоиндикаторов НАВСТАР для синхронизации местных шкал времени удаленных часов в известной системе синхронизации по радиоканалу с ее групповой шкалой. Следовательно, невозможна непосредственная организация еще одного канала высокоточной временной синхронизации с помощью аппаратных средств НАВСТАР в известной системе, и, соответственно, непосредственно повышение надежности функционирования и живучести известной системы синхронизации.

Аналогичные соображения могут быть отнесены к известной системе и при рассмотрении вопросов организации дополнительного (повышающего надежность и живучесть ее функционирования) канала синхронизации с использованием приемоиндикаторов перспективных систем, например, НАВСАТ (Европейское космическое агентство), ГРАНАС (ФРГ) и других.

Из вышеизложенного следует, что ни аналоги, ни прототип не решают поставленную задачу.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности функционирования и живучести системы синхронизации часов по радиоканалу.

Для этого в систему синхронизации часов по радиоканалу, содержащую группу ведущих часов, группу удаленных часов, центральные часы, спутниковую радионавигационную систему и линии связи, при этом каждые ведущие часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, формирователя сигналов времени и передатчика, последовательно соединенных блока памяти, программного блока и анализатора результатов привязки шкал времени (РПШВ), и также последовательно соединенных блока привязки шкал времени, блока сравнения, ключа и формирователя сигналов управления частотой, выход которого подключен к управляющему входу опорного генератора, выход программного блока подключен также к второму входу блока сравнения, выход блока привязки шкал времени соединен также с информационным входом ключа, выход которого соединен с вторым входом анализатора РПШВ, первый вход блока привязки шкал времени подключен к выходу опорного генератора, а второй вход - к выходу делителя частоты и второму входу программного блока, выход анализатора РШПВ соединен с управляющим входом делителя частоты, вход программного блока является входом сигнала программы управления от центральных часов, каждые удаленные часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора и делителя частоты, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени и первому входу измерителя разности времени, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, а выход - с первым входом анализатора РПШВ, выход блока привязки шкал времени соединен с вторым входом анализатора РПШВ, а первый вход - с выходом опорного генератора, выход анализатора РПШВ соединен с управляющим входом делителя частоты и является информационным выходом удаленных часов, центральные часы состоят из последовательно соединенных опорного генератора и делителя частоты, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени и первому входу измерителя разности времени, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, а выход - с первым входом анализатора РПШВ, выход блока привязки шкал времени соединен с вторым входом анализатора РПШВ, а первый вход - с выходом опорного генератора, центральные часы содержат также последовательно соединенные коммутатор линий связи, формирователь поправок и признака достоверности, формирователь управляющих воздействий и ключ, второй вход формирователя поправок и признака достоверности соединен с выходом анализатора РПШВ и управляющим входом делителя частоты, а второй выход - с управляющим входом ключа, выход ключа является выходом сигнала программы управления для ведущих часов, входы коммутатора линий связи являются информационными входами центральных часов, в состав центральных часов введены последовательно соединенные блок выделения временного параметра, измеритель временных интервалов и коммутатор сигналов системных поправок, при этом второй вход измерителя временных интервалов подключен к выходу делителя частоты, выход блока привязки шкал времени соединен с вторым входом коммутатора сигналов системных поправок, выход которого является выходом информационного сигнала для спутниковой радионавигационной системы, в состав каждых удаленных часов введены последовательно соединенные блок выделения временного параметра, измеритель временных интервалов и блок коррекции результатов привязки, второй вход которого соединен с выходом блока привязки шкал времени, а выход - с третьим входом анализатора РПШВ, выполненного на удаленных часах трехвходовым, второй вход измерителя временных интервалов подключен к выходу делителя частоты.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в системе синхронизации часов по радиоканалу организуется дополнительный канал высокоточной синхронизации с ее групповой шкалой времени. При этом, во вновь организуемом канале используются сигналы систем, обеспечивающих возможность (кроме решения их основных задач) высокоточной синхронизации удаленных потребителей только со своей системной шкалой, причем как эта системная шкала, так и передаваемый по системным каналам сигнал, формируются автономно аппаратными средствами этой системы, а прием и исполнение внешних управляющих воздействия по фазировке шкалы этой системы или включению в передаваемый ею по своим системным каналам сигнал дополнительной информации исключены.

Для организации такого дополнительного канала по сигналам используемой системы и обеспечения возможности с его помощью синхронизировать шкалы времени удаленных часов с групповой шкалой времени системы синхронизации часов по радиоканалу (а не с автономной шкалой используемой системы) осуществляются следующие мероприятия:

- в состав центральных часов вводятся:

блок выделения временного параметра используемой системы, позволяющий непосредственно на центральных часах выделить из принимаемого сигнала используемой системы временную метку, характеризующую положение ее системной шкалы;

измеритель временных интервалов, позволяющий получить поправку на положение системной шкалы используемой системы относительно групповой шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу;

коммутатор сигналов системных поправок, позволяющий организовать передачу от центральных часов к синхронизатору спутниковой радионавигационной системы для закладки в ее радионавигационный сигнал не только поправки на положение ее системной шкалы времени относительно системы синхронизации часов по радиоканалу (получаемой с помощью блока привязки шкал времени), но и поправки на положение системной шкалы времени используемой системы также относительно системы синхронизации часов по радиоканалу (получаемой с помощью блока выделения временного параметра и измерителя временных интервалов);

- в состав удаленных часов вводятся:

блок выделения временного параметра используемой системы, позволяющий непосредственно на удаленных часах выделить из принимаемого сигнала используемой системы временную метку, характеризующую положение ее системной шкалы;

измеритель временных интервалов, позволяющий получить поправку на положение шкалы времени удаленных часов относительно системной шкалы используемой системы;

блок коррекции результатов привязки, позволяющий выделить из формата принимаемого блоком привязки шкал времени сигнала спутниковой радионавигационной системы информацию о значении поправки на положение системной шкалы времени используемой системы относительно системы синхронизации часов по радиоканалу, а затем осуществить коррекцию значения поправки с выхода введенного измерителя временных интервалов на значение поправки, полученной через радиотракт спутниковой радионавигационной системы, т.е. определить поправку шкалы времени удаленных часов относительно групповой шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу.

Кроме этого, на удаленных часах в анализаторе результатов привязки предусматривается третий вход и, соответственно, расширяется перечень его функциональных задач, а именно: при необходимости на привязку собственного делителя частоты (и в линию связи с центральными часами) могут быть направлены не только результаты привязки по сигналам ведущих или спутниковой радионавигационной системы, но и результаты привязки по сигналам используемой системы

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - структурная схема спутниковой радионавигационной системы; на фиг. 3 - структурная схема системы-прототипа.

На фиг. 1 - 3 обозначено: 1₁ - 1_N - ведущие часы (ВЧ), 2₁ - 2_N - удаленные часы (УЧ), 3 - центральные часы (ЦЧ), 4 - спутниковая радионавигационная система (СРНС), 5...7 - линии связи, 8 - опорный генератор (ОГ), 9 - делитель частоты (ДЧ), 10 - формирователь сигналов времени (ФСВ), 11 - передатчик (ПРД), 12 - блок памяти (БП), 13 - программный блок (ПБ), 14 - анализатор результатов привязки шкал времени (АРПШВ), 15 - блок привязки шкал времени (БПШВ), 16 - блок сравнения (БС), 17 - ключ (Кл), 18 - формирователь сигналов управления частотой (ФСУЧ), 19 - опорный генератор (ОГ), 20 - делитель частоты (ДЧ), 21 - блок привязки шкал времени (БПШВ), 22 - измеритель разности времени (ИРВ), 23 - радиоприемник (РП), 24 - анализатор результатов привязки шкал времени (АРПШВ), 25 - блок выделения временного параметра (БВВП), 26 - измеритель временных интервалов (ИВИ), 27 - блок коррекции результатов привязки (БКРП), 28 - опорный генератор (ОГ), 29 - делитель частоты (ДЧ), 30 - блок привязки шкал времени (БПШВ), 31 - измеритель разности времени (ИРВ), 32 - радиоприемник (РП), 33 - анализатор результатов привязки шкал времени (АРПШВ), 34 - блок выделения временного параметра (БВВП), 35 - измеритель временных интервалов (ИВИ), 36 - коммутатор сигналов системных поправок (КССП), 37 - коммутатор линий связи (КЛС), 38 - формирователь поправок и признака достоверности (ФППД), 39 - формирователь управляющих воздействий (ФУВ), 40 - ключ (Кл), 41 - синхронизатор спутниковой радионавигационной системы (ССРНС), 42₁ - 42_N - навигационные космические аппараты (НКА), 43 - опорный генератор (ОГ), 44 - хранитель времени (ХВ), 45 - формирователь сигнала закладки (ФСЗ), 46 - блок закладки информации (БЗИ), 47 - опорный генератор (ОГ), 48 - хранитель времени (ХВ), 49 - формирователь навигационного сигнала (ФНС), 50 - передатчик (ПРД), 51 - высокочастотный блок (ВЧБ), 52 - блок памяти (БП), 53 - программное устройство (ПУ),

Система синхронизации часов по радиоканалу содержит группу ведущих часов 1₁ - 1_N, группу удаленных часов 2₁- 2_N, центральные часы 3, спутниковую радионавигационную систему 4 и линии связи 5...7. Каждые ведущие часы 1 состоят из последовательно соединенных опорного генератора 8, делителя частоты 9, формирователя сигналов времени 10 и передатчика 11, последовательно соединенных блока памяти 12, программного блока 13 и анализатора результатов привязки шкал времени (РПШВ) 14, и также последовательно соединенных блока привязки шкал времени 15, блока сравнения 16, ключа 17 и формирователя сигналов управления частотой 18, выход которого подключен к управляющему входу опорного генератора 8. Выход программного блока 13 подключен также к второму входу блока сравнения 16. Выход блока привязки шкал времени 15 соединен также с информационным входом ключа 17, выход которого соединен и с вторым входом анализатора РПШВ 14. Первый вход блока привязки шкал времени 15 подключен к выходу опорного генератора 8, а второй вход - к выходу делителя частоты 9 и второму входу программного блока 13. Выход анализатора РПШВ 14 соединен с управляющим входом делителя частоты 9. Вход блока памяти 12 является входом сигнала программы управления центральных часов 1. Каждые удаленные часы 2 состоят из последовательно соединенных опорного генератора 19 и делителя частоты 20, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени 21 и первому входу измерителя разности времени 22, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 23, а выход - с первым входом анализатора РПШВ 24. Кроме этого, каждые удаленные часы 2 содержат последовательно соединенные блок выделения временного параметра 25, измеритель временных интервалов 26 и блок коррекции результатов привязки 27. Второй вход измерителя интервалов времени 26 подключен к выходу делителя частоты 20. Выход блока привязки шкал времени 21 соединен с вторыми входами анализатора РПШВ 24 и блока коррекции результатов привязки 27, а первый вход - с выходом опорного генератора 19. Выход блока коррекции результатов привязки 27 подключен к третьему входу анализатора РПШВ 24. Выход анализатора РПШВ 24 соединен с управляющим входом делителя частоты 20 и является информационным выходом удаленных часов 2. Центральные часы 3 состоят из последовательно соединенных опорного генератора 28 и делителя частоты 29, выход которого подключен к второму входу блока привязки шкал времени 30 и первому входу измерителя разности времени 31, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 32, а выход - с первым входом анализатора РПШВ 33. Кроме этого, центральные часы 3 содержат последовательно соединенные блок выделения временного параметра 34, измеритель временных интервалов 35 и коммутатор сигналов системных поправок 36, второй вход которого соединен с выходом блока привязки шкал времени 30 и вторым входом анализатора РПШВ 33. Второй вход измерителя временных интервалов 35 подключен к выходу делителя частоты 29. Первый вход блока привязки шкал 30 времени соединен с выходом опорного генератора 28. Центральные часы 3 содержат также последовательно соединенные коммутатор линий связи 37, формирователь поправок и признака достоверности 38, формирователь управляющих воздействий 39 и ключ 40. Второй вход формирователя поправок и признака достоверности 38 соединен с выходом анализатора РПШВ 33 и управляющим входом делителя частоты 29, а второй выход - с управляющим входом ключа 40. Входы коммутатора линий связи 37, выход ключа 40 и выход коммутатора сигналов системных поправок 36 являются на центральных часах 3 соответственно информационными входами, выходом сигнала программы управления и выходом информационного сигнала для спутниковой радионавигационной системы.

Спутниковая радионавигационная система 4 содержит (фиг. 2) синхронизатор 41 и группу навигационных космических аппаратов 42₁ - 42_N. Синхронизатор 41 спутниковой радионавигационной системы содержит последовательно соединенные опорный генератор 43, хранитель времени 44, формирователь сигнала закладки 45 и блок закладки информации 46, второй вход которого является входом временной управляющей информации спутниковой радионавигационной системы 4. Выход опорного генератора 43 подключен также к второму входу формирователя сигналов закладки 45, а выход хранителя времени 44 подключен также к третьему входу блока закладки информации 46. Каждый из навигационных космических аппаратов 42 содержит опорный генератор 47, подключенный к первому входу хранителя времени 48 и третьему входу формирователя навигационного сигнала 49, передатчик 50, подключенный к выходу формирователя навигационного сигнала 49, высокочастотный блок 51, блок памяти 52 и программное устройство 53, второй вход которого чкрез блок памяти 52 соединен с вторым выходом высокочастотного блока 53, третий вход - с выходом хранителя времени 48 и вторым входом формирователя 49 навигационного сигнала, а второй выход - с управляющим входом хранителя времени 48.

Предлагаемая система синхронизации часов по радиоканалу работает следующим образом.

Из сигналов опорного генератора 8 с помощью делителя частоты 9 формируется шкала времени ведущих часов 1 (для упрощения рассматриваем только одни ведущие часы). По ее сигналам посредством формирователя 10 сигналов времени образуются сигналы ведущих часов 1, пригодные для передачи по радиоканалу (например, частотно-стабилизированный синусоидальный сигнал и импульсные метки времени, М-последовательность и т.п.). Эти сигналы с помощью радиопередатчика 11 излучаются в эфир и принимаются потребителями (удаленными 2 и центральными 3 часами). На центральных 3 и удаленных 2 часах при наличии возможности радиоконтакта производится прием сигналов времени с помощью радиоприемников 32 и 23 и подача их на второй вход измерителей разности времени 31 и 22. Из сигналов опорных генераторов 28 и 19 с помощью делителей частоты 29 и 20 на центральных 3 и удаленных 2 часах формируются местные шкалы времени, сигналы которых поступают на первые входы измерителей 31 и 22 разности времени. С помощью последних определяются временные расхождения принятых сигналов ведущих часов 1 и местных шкал времени (соответственно для каждых центральных 3 и удаленных 2 часов), с учетом задержки распространения сигналов от часов 1 до часов 3 и 2 соответственно. Измеренные временные расхождения принимаются соответствующими анализаторами РПШВ 33 и 24 за поправки и вводятся в делители частоты 29 и 20 центральных 3 и удаленных 2 часов для совмещения их шкал со шкалой времени ведущих часов 1. При этом решение о введении поправок в делители частоты центральных 3 и удаленных 2 часов принимается анализаторами РПШВ 33 и 24 при отсутствии (за принятый в системе интервал времени) высокоточных поправок, поступающих (см. далее третий и четвертый этапы функционирования системы) на его второй (на центральных 3 и удаленных 2 часах) и третий (только на удаленных часах 2) входы.

При последующих сеансах синхронизации с использованием сигналов от ведущих 1 часов на центральных 3 и удаленных 2 часах также производится измерение упомянутых временных расхождений.

Результаты измерений на удаленных часах 2 по мере их получения не только используются для управления собственными делителями частоты 20, но и передаются по линиям 6 связи на коммутатор линии связи 37 центральных часов 3, который производит их последовательную передачу на первый вход формирователя поправок и признака достоверности 38.

Результаты аналогичных измерений, проведенных на центральных часах 3, также не только подаются на собственный делитель частоты 30, но и направляются на второй вход формирователя поправок и признака достоверности 38. При получении необходимого массива результатов от всех удаленных 2 и центральных 3 часов за определенный интервал, например за сутки, с помощью формирователя поправок и признака достоверности 38 производится:

- формирование групповой поправки (например, как средневзвешенное из принятых формирователем 38 значений результатов измерений), характеризующей групповую шкалу системы часов;

- определение поправок к шкалам времени каждых удаленных часов 2 по отношению к групповой шкале системы часов, позволяющих судить о степени синхронизма часов 2 в системе, например, путем сравнения этих поправок с выбранным порогом;

- определение поправок к шкале времени ведущих часов 1 по отношению к групповой шкале времени системы часов, а также, после накопления массива данных об этих поправках, определение закона изменения во времени положения шкалы времени (знака и скорости ее отклонения от групповой шкалы) ведущих часов 1, и, наконец, поправки на шкалу времени ведущих часов 1 относительно групповой шкалы системы по истечении заданных интервалов времени (например, через каждые сутки в течение недели).

Данные о ходе ведущих часов 1 с первого выхода формирователя поправок и признака достоверности 38 поступают на формирователь управляющих воздействий 39, с помощью которого образуется программа управления ведущих часов 1 для ее совмещения с групповой шкалой времени системы. Эта программа содержит необходимые значения поправок, которые следует ввести в шкалу времени ведущих часов 1, и моменты их ввода между двумя соседними сеансами синхронизации, а также на более длительном интервале. Сигналы программы управления во время радиоконтакта центральных часов 3 с ведущими часами 1 поступают через ключ 40, открывающийся только при получении соответствующего признака достоверности от формирователя 38 (характеризующего, например, факт набора необходимого массива данных, степень синхронизма удаленных часов 2 в системе, что важно для вынесения решения о возможности включения полученных от часов 2 результатов измерений в массив данных при определении групповой поправки, факт окончания соответствующих расчетов и т.п.), и линию связи 5 (например, командно-программную, телефонный или телеграфный канал и т.п.) в блок памяти 12 ведущих часов 1, где производится их запоминание и передача на программное устройство 13. Последнее представляет собой управляющий коммутатор, на сигнальный вход которого поступают значения поправок с кодом момента их ввода, а на управляющий вход подается код времени от делителя частоты 9. При совпадении кодов времени ведущих часов 1 и момента рекомендуемого ввода программное устройство 13 транслирует соответствующую поправку из блока памяти 12 в делитель частоты 9, шкала которого совмещается с групповой шкалой времени системы. Таким образом, излучаемые радиопередатчиком 11 ведущих часов 1 и принимаемые удаленными 2 и центральными 3 часами сигналы оказываются синхронизированными с групповой шкалой времени системы. После такой синхронизации поправки на шкалы времени удаленных 2 и центральных 3 часов, получаемые в измерителях разности времени 22 и 31, вводятся (аналогично через анализаторы РПШВ 24 и 33) в делители частоты 20 и 29, чем достигается синхронизация удаленных 2 и центральных 3 часов, так как сигналы времени ведущих часов 1 совмещены с групповой шкалой.

По окончании описанного (и далее непрерывно поддерживаемого) процесса (первого этапа функционирования системы) производится временная привязка положения шкалы времени спутниковой радионавигационной системы 4 к групповой шкале времени рассматриваемой системы синхронизации часов по радиоканалу. При этом оговоренную взаимную привязку (определение поправки на шкалу времени спутниковой радионавигационной системы как промежуточный этап подготовки сигналов этой системы для целей временной синхронизации) осуществляют, опираясь на шкалу времени центральных 3 часов, которые оборудуются наилучшим в системе по долговременной стабильности опорным генератором 28, т.е. имеют минимальное отклонение с течением времени от групповой шкалы времени системы, а также наилучшим в системе измерителем разности времени 31 (например, многоканальным и усредняющим результаты привязок), чем обеспечивается наилучшая в системе привязка шкалы времени центральных часов 3 к групповой шкале.

Процесс взаимной привязки двух систем - системы синхронизации часов по радиоканалу и спутниковой радионавигационной системы 4, например, ГЛОНАСС, - осуществляется так же, как и в прототипе.

Принцип работы спутниковой радионавигационной системы (фиг. 2) заключается в следующем.

Одним из вариантов определения координат навигационным потребителем с помощью спутниковой радионавигационной системы 4 является одновременное измерение квазидальности до четырех космических аппаратов 42, находящихся над радиогоризонтом. При этом потребитель должен располагать априорной информацией о положении и параметрах движения всех космических аппаратов 42, входящих в спутниковую радионавигационную систему. Для этого каждый навигационный космический аппарат 42, наряду с навигационным сигналом и собственными эфемеридами (параметрами движения), ретранслирует на потребителей эфемериды всех остальных космических аппаратов 42 системы. Эта информация, называемая альманахом необходима для поиска космических аппаратов и вхождения в радиосвязь. Измерение квазидальностей производится путем приема навигационного сигнала от каждого космического аппарата и измерения его временной задержки относительно меток времени потребителя. Взаимная привязка шкал времени всех космических аппаратов производится путем измерения их временного положения относительно шкалы времени наземного синхронизатора спутниковой радионавигационной системы. При этом спутниковая радионавигационная система работает в собственной шкале времени, задаваемой синхронизатором 41, и все процессы в звеньях этой системы 4 развертываются и фиксируются в этой временной шкале.

Бортовая аппаратура каждого космического аппарата 42 принимает служебную информацию и программу работы с помощью высокочастотного блока 51, при этом программа работы записывается из высокочастотного блока 51 в программное устройство 53, а служебная информация - в блок 52 памяти. В соответствии с программой, заложенной в программное устройство 53, и метками хранителя времени 48, устройством 53 производится считывание служебной информации из блока 52 памяти и передача ее в формирователь 49 навигационного сигнала, на который также поступают сигналы с выходов опорного генератора 47 и хранителя времени 48. Сформированный навигационно-временной сигнал с помощью радиопередатчика 50 передается потребителям. При необходимости производится фазирование бортового хранителя времени 48 сигналами по его второму входу от второго выхода программного устройства 53.

Переданные навигационными космическими аппаратами 42 сигналы принимаются блоками привязки шкал времени 15, 21 и 30 соответственно ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов.

Блоки привязки шкал времени 15, 21 и 30 определяют временное расхождение (поправку) между шкалами времени спутниковой радионавигационной системы 4 и соответствующих 1, 2 и 3 часов, для чего последовательно производятся следующие операции:

- формирование с использованием сигналов от опорных генераторов 8, 19 и 28 внутренних (произвольных по фазе) опорных шкал времени;

- измерение временных рассогласований между сформированными внутренними и принимаемыми от навигационных космических аппаратов 42 метками времени;

- исключение из измеренного временного рассогласования задержки распространения электромагнитных волн от космического аппарата до устройства привязки шкал времени 15, 21 и 30 (исходя из априорно известных координат расположения устройств 15, 21 и 30 и принятой эфемеридной информации), а также задержки сигнала в приемном тракте устройств 15, 21 и 30 (определяемой перед упомянутым измерением калибровкой с использованием мощного по сравнению с принимаемым сигнала);

- измерение временного рассогласования между внутренней опорной шкалой времени устройств 15, 21 и 30 и шкалой времени делителей частоты 9, 20 и 29 ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов, поступающей на первый вход устройств привязки шкал времени 15, 21 и 30;

- окончательный расчет, с использованием перечисленных данных, поправок, характеризующих временное положение шкал времени ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часов относительно хранителя времени 44 синхронизатора 41 радионавигационной системы 4.

Эта поправка с выхода блока привязки шкал времени 30 через коммутатор сигналов системных поправок 36 (информационные каналы которого открывают, например, по готовности соответствующей входной информации) и линию связи 7 поступает на второй вход блока закладки информации 46 синхронизатора 41 спутниковой радионавигационной системы 4. Блок 46 передает ее совместно с информацией, поступающей на его первый вход от формирователя 45, по радиолинии ко всем космическим аппаратам 42, работа которых описана выше. Следовательно, информация о величине расхождения шкалы хранителя 44 синхронизатора 41 спутниковой радионавигационной системы 4 и шкалы делителя частоты 29 центральных часов 3 (как носителя информации о положении групповой шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу) передается потребителям спутниковой радионавигационной системы 4 (к блокам привязки 15, 21 и 30) в составе эфемеридно-временной информации по навигационному радиоканалу.

На этом заканчивается второй этап функционирования предложенной системы, который направлен на взаимную временную привязку двух систем: спутниковой радионавигационной и по радиоканалу, и обеспечивается возможностью взаимного функционирования управляющих звеньев этих систем (синхронизатора 41 и центральных часов 3) по включению в передаваемый спутниковой радионавигационной системой 4 сигнал дополнительной поправки, характеризующей их взаимное положение.

После проведенной привязки временных шкал хранителя времени 44 синхронизатора 41 и делителя частоты 29 центральных часов 3 блоки привязки шкал времени 15, 21 и 30 по навигационному каналу могут рассматриваться как элемент нового высокоточного средства синхронизации временных шкал в системе синхронизации часов по радиоканалу. При этом, состав аппаратных средств и работа блоков привязки шкал времени 15, 21 и 30 на ведущих 1, удаленных 2 и центральных 3 часах полностью идентичны. Учет поправки, характеризующей временное расхождение спутниковой радионавигационной системы 4 с групповой шкалой времени системы в целом, осуществляется в блоках привязки 15, 21 и 30 автоматически после ее извлечения из состава принятой эфемеридно-временной информации.

На ведущих часах 1 высокоточные поправки, полученные с помощью блоков привязки шкал времени 15, используются также и для высокоточного управления частотами опорных генераторов 8 по их совмещению с групповой частотой системы, что позволяет увеличить время автономной работы ведущих часов 1 при выходе из строя линий связи 5 (при длительном перерыве в обновлении управляющей программы от центральных часов 3 по совмещению шкалы ведущих часов 1 с групповой шкалой времени системы). Для этого с помощью блока сравнения 16 и ключа 17 производится отбраковка аномальных результатов привязки по сигналам навигационных космических аппаратов 42, а затем с помощью формирователя сигналов управления частотой 18 - накопление достаточного массива этих результатов за необходимый интервал времени и выработка соответствующего управляющего сигнала (как результат деления выявленного изменения положения шкалы времени ведущих часов 1 за интервал наблюдения).

Традиционные средства синхронизации часов в системе (ведущие часы 1), обеспечивавшие удаленные 2 и центральные 3 часы на первом этапе функционирования системы сигналами времени, а также дававшие информацию для формирования групповой шкалы системы на первом этапе, на третьем этапе начинают выполнять лишь функции синхронизирующего резерва со сравнительно невысокими точностными характеристиками (при наличии результатов высокоточных измерений от блоков 15, 21 и 30 результаты измерений в измерителях 22 и 31 не используются как для управления делителями частоты 20 и 29, так и для формирования групповой шкалы времени в формирователе 38).

Оговоренный в данном описании предлагаемой системы третий этап ее функционирования является основным и рассчитан на синхронизацию шкал времени в системе по сигналам собственной (например, принадлежащей одному государству) спутниковой радионавигационной системы 4 (как основного канала синхронизации) и собственных ведущих часов 1 (как грубого синхронизирующего резервного канала).

Однако в предлагаемой системе появляется и новый четвертый этап функционирования, направленный на организацию дополнительного канала высокоточной синхронизации с групповой шкалой времени системы территориально разнесенных удаленных 2 и центральных 3 часов. Для этого используются сигналы системы, обеспечивающих возможность (кроме решения их основных задач) высокоточной синхронизации удаленных потребителей только со своей системной шкалой, причем как эта системная шкала, так и передаваемый по системным каналам сигнал формируются автономно аппаратными средствами этой системы. При этом, прием и исполнение внешних управляющих воздействий по фазировке этой системной шкалы или включению в передаваемый по своим системным каналам сигнал дополнительной информации исключены.

Физический смысл действия производимых на четвертом этапе функционирования заключается в:

- определении на центральных часах 3 временного рассогласования (поправки) между системными шкалами времени используемой для высокоточной синхронизации системы и системы синхронизации по радиоканалу (после выделения из сигнала используемой системы соответствующего временного параметра, например, метки времени, синфазной со шкалой времени синхронизатора используемой системы, а затем измерения ее временного положения относительно меток делителя частоты 29);

- передаче от центральных часов 3 к синхронизатору 41 спутниковой радионавигационной системы 4 для закладки в ее радионавигационный сигнал не только поправки на положение ее системной шкалы времени относительно системы синхронизации часов по радиоканалу, но и поправки на положение системной шкалы времени используемой системы также относительно системы синхронизации часов по радиоканалу;

- выделении на удаленных часах 2 из формата спутниковой радионавигационной системы 4 информации с системной поправке на положение шкалы времени используемой системы относительно шкалы системы синхронизации часов по радиоканалу, а также хранения этой поправки до приема и анализа сигналов используемой системы;

- выделении из принимаемого сигнала используемой системы на удаленных часах 2 временного параметра (метки), характеризующего положение ее системной шкалы, а также измерении положения шкалы времени удаленных часов 2 относительно системной шкалы времени используемой системы;

- коррекции полученной поправки на шкалу времени удаленных часов 2 относительно системной шкалы времени используемой системы (на значение ранее считанной из формата сигнала спутниковой радионавигационной системы 4 информации о системной поправке самой используемой системы относительно системы синхронизации часов по радиоканалу), т.е. определении поправки шкалы времени удаленных часов 2 относительно шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу через вновь реализованный дополнительный канал синхронизации.

Кроме этого, на удаленных часах 2 в анализаторе результатов привязки 24 предусматривается третий вход и, соответственно, расширяется перечень его функциональных задач, а именно: при необходимости на привязку собственного делителя частоты 20 (и в линию связи с центральными часами) могут быть направлены не только результаты привязки по сигналам ведущих часов 1 или спутниковой радионавигационной системы 4, но и при необходимости результаты привязки по сигналам используемой системы, как дополнительного резервного канала синхронизации.

Для организации такого дополнительного канала и обеспечения возможности с его помощью синхронизировать по сигналам используемой системы шкалы времени удаленных часов 2 с групповой шкалой времени системы синхронизации часов по радиоканалу (а не с автономной шкалой используемой системы) последовательно выполняется ряд операций.

На центральных часах 3 выделяется из принимаемого сигнала используемой системы, например NAVSTAR, временная метка, характеризующая положение ее системной шкалы, с помощью блока выделения временного параметра 34, с выдачей этой метки на первый вход измерителя временных интервалов 35. Измерителем временных интервалов 35, на другой вход которого поступает сигнал от делителя частоты 29 центральных часов 3, определяется поправка на положение системной шкалы используемой системы относительно групповой шкалы времени системы синхронизации часов по радиоканалу. Эта поправка поступает на один из входов коммутатора сигналов системных поправок 36 центральных часов 3, который организует передачу этой поправки от центральных часов 3 к синхронизатору 41 спутниковой радионавигационной системы 4 для ее включения в информационную часть формата сигнала системы 4. Такая передача может быть осуществлена, например, по готовности результата измерения на выходе измерителя 35 (аналогично передаче на втором этапе функционирования поправки о положении шкалы времени системы 4 относительно шкалы системы синхронизации по радиоканалу с выхода блока привязки шкал времени 30).

Синхронизатором 41 спутниковой радионавигационной системы 4 формируется и передается к удаленным часам 2 радионавигационный сигнал, в информационной части которого содержатся системные поправки на шкалы времени как спутниковой радионавигационной 4, так и используемой систем относительно системы синхронизации часов по радиоканалу.

Вторая из этих поправок считывается с выхода блока привязки шкал времени 21 удаленных часов 2 (в процессе работы блока 21 по сигналам системы 4) блоком коррекции результатов привязки 27, где хранится до окончания работы блока выделения временного параметра 25 и измерителя временных интервалов 26 (до процесса синхронизации по сигналам используемой системы).

На удаленных часах 2 с помощью блока выделения временного параметра 24 (также как и на центральных часах 3) выделяется из принимаемого сигнала используемой системы, например NAVSTAR, временная метка, характеризующая положение ее системной шкалы. Эта метка подается на первый вход измерителя временных интервалов 26. Измерителем временных интервалов 26, на другой вход которого подается сигнал с выхода делителя частоты 20, определяется поправка на положение шкалы времени удаленных часов 2 относительно системной шкалы используемой системы. Эта поправка выдается на второй вход блока коррекции результатов 27 привязки.

Блок коррекции результатов привязки 27 осуществляет коррекцию значения поправки с выхода измерителя временных интервалов 26 удаленных часов 2 на значение поправки ранее полученной через радиотракт системы 4 (и хранимой самим блоком 27), т.е. определяет поправку шкалы времени удаленных часов 2 относительно групповой шкалы времени системы синхронизации по радиоканалу.

Эта поправка направляется на анализатор РПШВ 24 удаленных часов 2, у которого предусматривается третий дополнительный вход (реализация АРПШВ позволяет организовать такой дополнительный вход без изменения его структуры) и, соответственно, расширяется перечень функциональных задач анализатора 24. Анализатор 24 осуществляет передачу на привязку собственного делителя частоты 20 и в линию связи 6 с центральными часами 3 для формирования групповой системной шкалы результаты высокоточной привязки по сигналам спутниковой радионавигационной системы 4 от блока привязки шкал времени 21 в первую очередь, в случае их отсутствия - результаты высокоточной привязки по сигналам используемой системы (вновь реализованного дополнительного канала синхронизации) от блока коррекции результатов привязки 27, и только в случае отсутствия обоих упомянутых результатов - результат привязки по сигналам ведущих часов 1, как грубого синхронизирующего резерва.

Таким образом, в системе синхронизации часов по радиоканалу на четвертом этапе ее функционирования обеспечивается управление всеми ее удаленными часами 2 на основе высокоточных измерений по сигналам спутниковой радионавигационной системы 4, в случае их отсутствия - на основе высокоточных измерений по сигналам используемой системы, резервирующей высокоточную систему 4, и лишь в случае невозможности получить высокоточные результаты измерений - управление всеми звеньями системы синхронизации часов по радиоканалу осуществляется на основе грубых измерений по сигналам ведущих часов 1. В результате реализации такого нового алгоритма управления повышается надежность функционирования и живучесть системы синхронизации часов по радиоканалу. При этом вновь реализованный канал высокоточной синхронизации не предусматривает никакого вмешательства в работу используемой системы как в плане доступа к ее центральному синхронизатору для закладки в ее сигнал дополнительной информации, так и в плане принудительной фазировки ее системной шкалы времени.

Возможность реализации предлагаемой системы синхронизации не вызывает сомнений, так как в нашей стране внедрены и успешно функционируют спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС (ее координатно-временная часть представляет собой изделие 17Ц52 ОЦ1.400.246) и Государственная система единого времени и эталонных частот ГСЕВЭЧ (изделие 17Р747 ОЦ1.400.338).

ГСЕВЭЧ включает в себя:

- передающие средства сигналов времени и эталонных частот (ведущие часы) в СДВ (изделие 17Н819 ОЦ1.400.314). ДВ (изделие 17Н820 ОЦ1.400.315) и КВ (КВ радиостанции Министерства связи) диапазонах частот;

унифицированный ряд приемных (удаленные часы) пунктов (изделия 17Н842 ОЦ1.400.288, 17Н821 ОЦ1.400.289);

- автоматизированный центр (центральные часы) управления системой (изделие 17Н828 ОЦ1.400.285) с мощным информационно-вычислительным комплексом (изделие 17Н841 ОЦ1.400.300 со специальным программным обеспечением ОЦ.00033) по обработке системной измерительной информации и выработке системных управляющих воздействий;

- унифицированную сеть передачи данных (линии связи между центральными, удаленными и ведущими часами, а также синхронизатором спутниковой радионавигационной системы).

Введенные вновь блоки также легко реализуются на основе известных средств вычислительной или специальной техники.

В качестве блоков выделения временного параметра, при использовании сигналов системы НАВСТАР для организации высокоточного резервирующего канала синхронизации, могут быть применены серийно выпускаемые приборы по каталогам фирм Trimble Navigation и True Time (Precision Timing Products), например приемоиндикатор модели GPS - DS MK III (стр. 6). Эти приборы требуют для своей работы только подачи питающих напряжений и развертывания входящих в комплект антенн, а в качестве выходного продукта выдают метку времени частотой 1 Гц, синхронную с системной шкалой времени системы НАВСТАР.

Измерители временных интервалов выпускаются отечественной промышленностью, например типа Ч1-64.

Коммутатор сигналов системных поправок может представлять собой, например, двухканальный мультиплексор, выполненный на основе ИМС 564 серии (например, 564КП1), управляющий код которым образуется из признаков готовности информации на его управляющих входах (например, A, B и V), определяющих как закрытое состояние обоих каналов прохождения информации, так и открывание одного из них при необходимости.

Блок коррекции результатов привязки может быть выполнен, например, на основе мультиплексорных устройств (в части извлечения из формата сигнала спутниковой радионавигационной системы 4 информации о системной поправке на шкалу используемой системы), регистров памяти (в части хранения извлеченной информации) и алгебраического сумматора (в части окончательного определения значения поправки на шкалу времени удаленных часов 2 непосредственно относительно шкалы системы синхронизации часов по радиоканалу), например, на основе ИМС из состава 564 серии.

Анализатор результатов привязки может представлять собой например, четырехканальный мультиплексор, выполненный на основе ИМС 564 КП1, управляющий код которым образуется из совокупности признаков наличия результатов измерений по тем или иным средствам синхронизации за определенный интервал времени. Такой анализатор РПШВ может быть использован в качестве двухвходового на ведущих и центральных часах, и в качестве трехвходового на удаленных часах без изменения его принципиальной схемы (не используемые входы могут быть резервными).

Таким образом, приведенное описание изобретения подтверждает его промышленную применимость и возможность использования в системах единого времени, а также достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности функционирования и живучести системы, что позволяет решить стоящую перед заявителем и авторами задачу.

1. Патент США N3756012, кл. 58-24. 1973.

2. Патент США N3751900, кл. 58-24. 1973.

3. А.с. СССР N200568, кл. G 04 C 13/02, 1983.

4. Патент РФ N2037172, кл. G 04 C 13/00, 13/02, 1995 (прототип).

5. Шебшаевич В.С. Дмитриев П.П. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. 2-е издание, переработанное и дополненное под ред. проф. Шебшаевича В.С. М.: Радио и связь, 1993).

Класс G04C13/00 Привод вторичных часов с помощью первичных часов

кодоуправляемые стрелочные часы - патент 2502111 (20.12.2013)
система синхронизации времени по проводному радиоканалу - патент 2356080 (20.05.2009)

магнитоэлектрический механизм для информационного табло - патент 2222861 (27.01.2004)
система формирования временных поправок по сигналам спутниковой радионавигационной системы к шкалам времени пространственно разнесенных пунктов - патент 2133489 (20.07.1999)
способ съема кода состояния счетчика на регистр индикации - патент 2098861 (10.12.1997)
система синхронизации часов по радиоканалу - патент 2080646 (27.05.1997)
часовой семисегментный индикатор - патент 2050573 (20.12.1995)
система синхронизации часов по радиоканалу - патент 2037172 (09.06.1995)
электропривод - патент 2031520 (20.03.1995)
поляризованный электромеханический преобразователь мостового типа для электрочасов - патент 2031432 (20.03.1995)

Класс G04C13/02 схемы; электрические часовые установки

кодоуправляемые стрелочные часы - патент 2502111 (20.12.2013)
система формирования временных поправок по сигналам спутниковой радионавигационной системы к шкалам времени пространственно разнесенных пунктов - патент 2133489 (20.07.1999)
система синхронизации часов по радиоканалу - патент 2080646 (27.05.1997)
система синхронизации часов по радиоканалу - патент 2037172 (09.06.1995)