способ приема сигналов точного времени и приемник для осуществления способа

Формула изобретения

1. Способ приема сигналов точного времени, включающий прием радиосигналов магнитной антенной, их предварительное усиление, фильтрацию полезных сигналов кварцевым фильтром, вторичное усиление полезных сигналов, их детектирование, автоматическое регулирование усиления и преобразование полезных сигналов в цифровые выходные сигналы, отличающийся тем, что при фильтрации полезных сигналов используют дополнительный кварцевый фильтр, настроенный на несущую частоту сигналов, при этом первый кварцевый фильтр настраивают на частоту, равную сумме несущей и амплитудно-модулированной частот сигналов, вторичное усиление и детектирование производят отдельно после каждого фильтра, а автоматическое регулирование усиления проводят после детектирования несущей частоты сигналов.

2. Приемник сигналов точного времени, включающий электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных магнитной антенны, предварительного усилителя, кварцевого фильтра, вторичного усилителя, детектора и декодирующего устройства, а также формирователь сигналов автоматической регулировки усиления, соединенный с предварительным усилителем, отличающийся тем, что он снабжен соединенной с предварительным усилителем дополнительной электрической цепью, включающей кварцевый фильтр, настроенный на несущую частоту сигналов, вторичный усилитель и детектор, при этом кварцевый фильтр первой цепи настроен на частоту, равную сумме несущей и амплитудно-модулированной частот сигналов, а формирователь сигналов автоматической регулировки усиления соединен с выходом детектора дополнительной цепи.

3. Приемник по п.2, отличающийся тем, что магнитная антенна настроена на несущую частоту сигналов и обладает полосой пропускания не менее 1,5 кГц.

4. Приемник по п.2 или 3, отличающийся тем, что кварцевый фильтр первой цепи настроен на частоту, превышающую несущую частоту сигналов на 1000 Гц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для приема сигналов точного времени, передаваемых радиостанциями типа "Маяк", использующими кодировку сигнала "шесть точек", и может быть использовано для индикации точного времени в часах, для управления синхронизацией компьютерных сетей, систем управления движением транспортных средств и т.п.

Известен способ приема сигналов точного времени, реализованный в приемнике Т4227 (проспект фирмы "Atmel Germany GmbH", P.O.B. 3535, D-74025 Heilbronn, Germany, от 20.03.2001 г.), прямого усиления с полосой пропускания порядка 10 Гц. Способ включает в себя прием радиосигналов магнитной антенной, их предварительное усиление, фильтрацию полезных сигналов кварцевым фильтром с частотой последовательного резонанса, равной частоте несущей принимаемого сигнала, вторичное усиление полезных сигналов, их детектирование, автоматическое регулирование усиления и преобразование полезных сигналов в цифровые выходные сигналы. Для реализации способа упомянутый приемник содержит последовательно соединенные магнитную антенну, предварительный усилитель, однокристальный кварцевый фильтр, вторичный усилитель, детектор и декодирующее устройство. Выход с детектора соединен с предварительным усилителем через регулировку прироста амплитуды. Этот приемник ориентирован на прием непрерывно излучаемых в узкой полосе радиосигналов, несущих исключительно служебную информацию. Непрерывность излучаемого сигнала позволяет использовать его как для выделения служебной информации, так и для управления контуром автоматической регулировки усиления приемного тракта. Описанное устройство не предназначено для приема сигналов точного времени, передаваемых радиостанциями типа «Маяк», использующими кодировку сигнала «шесть точек», существующего не постоянно в передаваемом узкополосном тракте, а только во время передачи импульсов точного времени.

Ближайшим к настоящему решению по технической сущности является способ приема сигналов точного времени, реализованный в приемнике амплитудно-модулированных сигналов времени (ЕР 201061, 12.11.1986), включающий прием радиосигналов магнитной антенной, их предварительное усиление, фильтрацию полезных сигналов кварцевым фильтром, вторичное усиление полезных сигналов, их детектирование, автоматическое регулирование усиления и преобразование полезных сигналов в цифровые выходные сигналы. Приемник для реализации способа содержит электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных магнитной антенны, предварительного регулируемого усилителя, пьезоэлектрического или кварцевого фильтра, вторичного усилителя, детектора и декодера. Выход детектора соединен с предварительным усилителем через формирователь сигналов автоматической регулировки усиления. Напряжение регулировки образовано от разницы между сигналом с детектора и сигналом справочного источника отсчета сигналов. Этот приемник, также как и предыдущий, предназначен для приема непрерывно передаваемых в узкой полосе радиосигналов, в которых в течение одной минуты передается так называемая телеграмма времени, содержащая информацию о времени и дате в бинароной закодированной форме. Непрерывность излучаемого сигнала позволяет эффективно управлять контуром автоматической регулировки усиления принимаемого сигнала. Однако и это устройство не позволяет принимать сигналы точного времени, предаваемые радиостанциями типа «Маяк», существующие в передаваемом узкополосном тракте только во время передачи импульсов точного времени, что исключает возможность реализации контура автоматической регулировки усиления.

Принципиальной задачей настоящего изобретения является создание такого приемника сигналов точного времени в так называемых радиоуправляемых часах, который мог бы управлять их ходом на основе сигналов, передаваемых радиостанциями типа «Маяк». Радиоуправляемые часы представляют собой обычные цифровые часы с блоком радиоуправления. Любые часы (механические, кварцевые, электронные), как известно, имеют ограниченную точность хода. Для кварцевых часов - в пределах 1 сек в день, что составляет до 20 сек в месяц. Для других видов часовых механизмов точность хода либо такая же, либо хуже. Для решения проблемы точного времени была придумана система радиоуправления (радиокоррекции). Суть идеи заключается в том, что в часы встраивается приемник, который «ловит» сигнал точного времени из эфира и через блок управления корректирует время на часах. Коррекция времени по сигналам из эфира может происходить до 14 раз в день. Таким образом, учитывая все задержки распространения сигнала точного времени и погрешность самих часов, показания радиоуправляемых часов отличаются от точного (атомного) времени не более чем на 500 миллисекунд.

В Европе источником точного времени является специальная башня, расположенная во Франкфурте, которая передает сигналы о времени и дате непрерывно на частоте 77,5 КГц в формате DCF и покрывает радиус 1000-1500 км вокруг себя, то есть почти на всю Европу. В России таким источником являются предатчики РБУ, работающие на частотах 66 КГц, либо радиостанция «Маяк» - на частотах 549, 576 КГц и в ФМ и ЧМ диапазонах. Сигнал станций РБУ похож на сигналы в формате DCF и несет информацию о времени и дате. Сигнал «Маяка» представляет собой уникальный сигнал, называемый «6 точек», и используется только в России. Устройство кодировки сигнала, передаваемого радиостанцией «Маяк», следующее. Это 6 импульсов, пять первых из которых называются «корректирующими», следующими раз в секунду. Длина каждого такого импульса составляет 100 миллисекунд. Каждый из них заполнен частотой 1000 Гц. Это то самое пиканье, которое мы слышим каждый час по «Маяку». Шестой импульс называется главным и несет информацию о точном времени и значении текущего часа. В полночь длина шестого импульса равна 100 мс. Начало шестого импульса означает, что время - ровно полночь. То есть фронт шестого сигнала - есть 00 секунд начинающегося часа. В каждом следующем часе после 00.00 к длине шестого импульса добавляется по 20-ти миллисекунд. Таким образом, в 1 час ночи длина шестого импульса будет 120 миллисекунд, в 2 ночи - 140 миллисекунд, в 3 - 160. В 23 часа - 560 миллисекунд. Именно эти сигналы точного времени призвано использовать настоящее техническое решение.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в выделении сигналов точного времени, передаваемых радиостанциями, использующими кодировку сигнала «шесть точек», для использования в устройствах автоматической коррекции времени.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения упомянутого технического результата в способе приема сигналов точного времени, включающем прием радиосигналов магнитной антенной, их предварительное усиление, фильтрацию полезных сигналов кварцевым фильтром, вторичное усиление полезных сигналов, их детектирование, автоматическое регулирование усиления и преобразование полезных сигналов в цифровые выходные сигналы, при фильтрации полезных сигналов используют дополнительный кварцевый фильтр, настроенный на несущую частоту сигналов, при этом первый кварцевый фильтр настраивают на частоту, равную сумме несущей и амплитудно-модулированной частот сигналов, вторичное усиление и детектирование производят отдельно после каждого фильтра, а автоматическое регулирование усиления проводят после детектирования несущей частоты сигналов.

Изложенный способ реализуется в приемнике сигналов точного времени, включающем электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных магнитной антенны, предварительного усилителя, кварцевого фильтра, вторичного усилителя, детектора и декодирующего устройства, а также формирователь сигналов автоматической регулировки усиления, соединенный с предварительным усилителем. Согласно изобретению, для достижения упомянутого технического результата приемник снабжен соединенной с предварительным усилителем дополнительной электрической цепью, включающей кварцевый фильтр, настроенный на несущую частоту сигналов, вторичный усилитель и детектор, при этом кварцевый фильтр первой цепи настроен на частоту, равную сумме несущей и амплитудно-модулированной частот сигналов, а формирователь сигналов автоматической регулировки усиления соединен с выходом детектора дополнительной цепи. Магнитная антенна может настраиваться на несущую частоту сигналов и обладать полосой пропускания не менее 1,5 кГц. Кварцевый фильтр первой цепи может настраиваться на частоту, превышающую несущую частоту сигналов на 1000 Гц.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема приемника сигналов точного времени.

Способ приема сигналов точного времени, согласно изобретению, включает прием сигналов магнитной антенной, их предварительное усиление, фильтрацию полезных сигналов первым кварцевым фильтром, вторичное усиление полезных сигналов и преобразование полезных сигналов в цифровые выходные сигналы. Фильтрация полезных сигналов осуществляется с помощью дополнительного кварцевого фильтра, настроенного на несущую частоту сигналов, при этом первый кварцевый фильтр настроен на частоту, равную сумме несущей и амплитудно-модулированной частот сигналов. После каждого фильтра проводят отдельно вторичное усиление соответствующих сигналов и их детектирование. Автоматическое регулирование усиления проводят в цепи дополнительного фильтра после детектирования несущей частоты сигналов.

Описанный способ реализуется в приемнике сигналов точного времени, содержащем электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных магнитной антенны 1, предварительного регулируемого усилителя 2, кварцевого фильтра 3, вторичного усилителя 4, детектора 5 и декодирующего устройства 6. С предварительным усилителем соединена также дополнительная электрическая цепь, включающая также последовательно соединенные кварцевый фильтр 7, настроенный на несущую частоту сигналов F₀, вторичный усилитель 8 и детектор 9. Кварцевый фильтр 3 настроен на частоту F₀+1000 Гц (сумма несущей и амплитудно-модулированной частот сигналов). Выход с детектора 9 соединен с формирователем 10 сигналов автоматической регулировки усиления, соединенным, в свою очередь, с предварительным усилителем 2.

Работает приемник следующим образом. Сигнал точного времени, передаваемый радиостанцией «Маяк», представляет собой серию из шести радиоимпульсов, следующих с периодом в 1 сек. Первые пять корректирующих импульсов имеют фиксированную длительность в 100 мс. Нарастающий фронт шестого, «главного» импульса служит меткой точного времени, а его длительность несет информацию о текущем часе суток. Импульсы точного времени передаются в режиме амплитудной модуляции тональными посылками с частотой 1000 Гц. Глубина модуляции составляет 50%.

Для приема сигналов точного времени в приемнике по изобретению используется та же схема выделения полезной информации, что и в известных вышеописанных приемниках - узкополосный тракт приема на частоте, равной частоте несущей, плюс/минус 1000 Гц (одна из боковых полос амплитудно-модулированного сигнала). Единственное, но принципиальное отличие сигналов точного времени «Маяка» от прочих сигналов известных радиостанций заключается в том, что полезный сигнал в указанной полосе существует не постоянно, а только во время передачи импульсов точного времени, что исключает возможность реализации контура автоматической регулировки усиления. Схема приемника по изобретению использует два тождественных узкополосных тракта с единой системой регулировки усиления. Один из них настраивается на частоту несущей радиостанции и служит исключительно для замыкания петли автоматической регулировки усиления, а второй, настроенный на частоту упомянутой боковой полосы, обеспечивает выделение импульсов точного времени. В соответствии с вышеуказанным магнитная антенна 1 настраивается на частоту несущей F₀ и обладает полосой пропускания не менее 1,5 кГц. Предварительный регулируемый усилитель 2 обеспечивает предварительное усиление сигнала магнитной антенны. Сигналы с плеч предварительного усилителя 2 через кварцевые фильтры 7 и 3, настроенные на частоты, соответственно, F ₀ и F₀+1000 Гц, поступают на вторичные усилители, соответственно, 8 и 4 с идентичными характеристиками. Выделенный и усиленный сигнал несущей после детектора 9 поступает в формирователь 10 сигналов контура автоматической регулировки усиления. Усиленный сигнал боковой полосы проходит через детектор 5 и преобразуется детектирующим устройством 6 в цифровой выходной сигнал.

Описанное техническое решение может быть использовано в электронных часах, работающих по следующей программе.

Начало работы - момент вставки батареек в часы. Включается вышеуказанный приемник эфирного сигнала на частоте 549 кГц. Владелец часов вручную устанавливает время (приблизительно) с помощью кнопок "SET TIME" на тыльной стороне часов. Как только сигнал точного времени получен, приемник выключается в целях экономии энергии, корректируется время по специальной процедуре "Time adjustment", и схема впадает в спячку на 4 ч 55 мин, после этого опять включается и ожидает сигнала точного времени 10 мин. Цикл повторяется каждые 5 часов. Если сигнал точного времени не поступит в течение 120 ч (24 цикла), схема переходит в режим непрерывного ожидания сигнала. Как только сигнал получен, вся процедура повторяется.