способ сличения шкал времени и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ сличения шкал времени, основанный на одновременном приеме разнесенными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном их преобразовании к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в сигнал с частотой ₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, в тот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли - ретранслятора сигнал на частоте ₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и ретранслируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют в сигнал на частоте ₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же искусственного спутника Земли - ретранслятора, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, ретранслируют его на первый пункт, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли - ретранслятора сигнал на частоте ₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ₂ с сохранением фазовых соотношений, первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, на подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте _с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты _пр1= _с+ _г1, где _г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли - ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ₁= _пр1= _г2, где _г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты _пp2= ₁- _г1= _c - перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте _г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и анализируют его, аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном объекте сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ₁, а принимают на частоте ₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ₂, а принимают на частоте ₁, одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты _пр2= _г2- ₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте _г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты _г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местонахождения подвижного объекта и передают информацию о местонахождении подвижного объекта в центр управления и контроля, в случае соответствия всех измеренных параметров условно нормальной эксплуатации подвижного объекта, а местонахождение подвижного объекта - плановому местонахождению, передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения от местонахождения подвижного объекта от планового местонахождения период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия местонахождения подвижного объекта плановому местонахождению, период между передачей дискретной информации снова увеличивают, отличающийся тем, что на подвижном объекте и в центре управления и контроля формируют сетки несущих частот, сетки частот первого, второго, третьего и четвертого гетеродинов, которые согласованно переключают по закону псевдослучайного кода, между последовательными переключениями используют только одну несущую частоту и соответствующие частоты синтезаторов частот первого, второго, третьего и четвертого гетеродинов и формируют временной интервал t_c, который характеризует собой время работы на одной частоте и который содержит n информационных символов длительностью _э t_с=n _э, на каждом временном интервале t_c в передатчике подвижного объекта осуществляют манипуляцию высокочастотного колебания несущей частоты по фазе и преобразование по частоте с использованием сетки частот первого гетеродина, в приемнике подвижного объекта осуществляют преобразование принимаемого сигнала по частоте с использованием сетки частот второго гетеродина и демодуляцию по фазе, а в передатчике центра управления и контроля осуществляют манипуляцию высокочастотного колебания несущей частоты по фазе и преобразование по частоте с использованием сетки частот четвертого гетеродина, в приемнике центра управления и контроля осуществляют преобразование принимаемого сигнала по частоте с использованием сетки частот третьего гетеродина и демодуляцию по фазе.

2. Устройство для сличения шкал времени, содержащее геостационарный ИСЗ-ретранслятор, подвижный объект и центр управления и контроля, при этом аппаратура подвижного объекта и центра управления и контроля содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, генератор псевдослучайного сигнала, переключатель, элемент ИЛИ, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, второй клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство, измеритель задержек и их производных, контроллер и фазовый манипулятор, выход элемента ИЛИ, последовательно подключенные к третьему выходу стандарта частоты и времени первый клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора псевдослучайного сигнала, и первое буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом измерителя задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу усилителя второй промежуточной частоты перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого подключен к второму входу контроллера, аппаратура подвижного объекта, кроме того, снабжена датчиками, характеризующими техническое состояние подвижного объекта и подключенными к бортовому регистратору и к третьему входу бортового контроллера, и приемником GPS-сигналов, состоящим из последовательно включенных приемной антенны, усилителя мощности, смесителя, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, полосового фильтра и фазового детектора, выход которого соединен с четвертым входом бортового контроллера, отличающееся тем, что оно снабжено двумя синтезаторами несущих частот, синтезатором частот первого гетеродина, синтезатором частот второго гетеродина, синтезатором частот третьего гетеродина и синтезатором частот четвертого гетеродина, причем к выходу первого синхронизатора аппаратуры подвижного объекта последовательно подключены первый генератор псевдослучайного кода и первый синтезатор несущих частот, выход которого соединен с вторым входом первого фазового манипулятора, вторые входы первого и второго смесителей через синтезаторы частот первого и второго гетеродинов соответственно соединены с выходом первого генератора псевдослучайного кода, вторые входы синтезаторов частот первого и второго гетеродинов соединены с четвертым выходом стандарта частоты и времени, вторые выходы фазовых детекторов соединены с выходом синтезатора частоты первого гетеродина, вторые входы перемножителя и смесителя и перемножителя приемника GPS-сигналов соединены с выходом синтезатора частот второго гетеродина, к выходу второго синхронизатора аппаратуры центра управления и контроля последовательно подключены второй генератор псевдослучайного кода и второй синтезатор несущих частот, выход которого соединен с вторым входом второго фазового манипулятора, вторые входы третьего и четвертого смесителей через синтезаторы частот третьего и четвертого гетеродинов соединены с выходом второго генератора псевдослучайного кода, вторые входы перемножителя и фазового детектора соединены с выходами синтезаторов частот третьего и четвертого гетеродинов соответственно.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемые способ и устройство относятся к области средств связи и сигнализации и может быть использован для сличения шкал времени, разнесенных на большое расстояние и размещенных на транспортных средствах и наземном пункте управления и контроля, и для дистанционного контроля технического состояния транспортного средства и его местонахождения на наземном пункте управления и контроля.

Известны способы и устройства синхронизации часов (авт. свид. № № 591799, 614416, 970300, 1180835, 1244632, 1278800; патенты РФ № № 2001423, 2003157, 2040035, 2177167, 2301437; B.C.Губанов, A.M.Финкельштейн, П.А.Фридман. Введение в радиоастрономию. - М., 1983 и другие).

Из известных способов и устройств синхронизации часов наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ сличения шкал времени» (патент № 2301437, G04С 11/02, 2005) и устройство для его реализации, которые и выбраны в качестве базовых объектов.

Указанные технические решения обеспечивают сличение шкал времени, разнесенных на большие расстояния, и основаны на использовании дуплексного метода связи через геостационарный ИСЗ-ретранслятор.

Основное достоинство дуплексного метода связи состоит в том, что в нем исключается длина трассы прохождения сигнала. Поэтому его точность в основном зависит от параметров бортового ретранслятора, типа используемого сигнала и техники измерения временных интервалов.

Известные способ и устройство позволяют дистанционно наблюдать из центра управления и контроля за поведением подвижного объекта, работой его систем и действием экипажа, а также дистанционно контролировать техническое состояние подвижного объекта и его местонахождение.

При этом в качестве подвижных объектов могут быть космические, воздушные, водные и наземные транспортные средства.

Однако, в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн, надежный обмен сообщениями между подвижными объектами и центром управления и контроля вызывает определенные трудности.

В определенной мере проблема обмена сообщениями между подвижными объектами и центром управления и контроля в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн может быть решена путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).

Технической задачей изобретения является повышение надежности и достоверности обмена сообщениями между подвижными объектами и центром управления и контроля в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты.

Поставленная задача решается тем, что способ сличения шкал времени, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на одновременном приеме разнесенными пунктами шумовых СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли (ИСЗ), когерентном их преобразованием к видеочастоте, цифровой регистрации принятых сигналов и определении временной задержки прихода одного и того же сигнала в пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, при этом в начальный момент времени t₁ по часам первого пункта с помощью кодовой последовательности формируют шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют в сигнал с частотой ₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор, в тот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ₁, переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ₂ с сохранением фазовых соотношений, в произвольный момент времени t₃ по часам второго пункта аналогично формируют и ретранслируют шумовой СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют в сигнал на частоте ₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора, в тот же момент времени t₃ по часам первого пункта с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ₁ и переизлучают его на первый и второй пункты на частоте ₂ с сохранением фазовых соотношений, первый пункт размещают на подвижном объекте, в качестве которого используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство, а второй наземный пункт используют в качестве центра управления и контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, на подвижном объекте измеряют параметры, определяющие его техническое состояние, регистрируют их и преобразуют в модулирующий код, генерируют высокочастотное колебание на частоте _с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения первой промежуточной частоты _пр1= _c+ _г1, где _г1 - частота первого гетеродина, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении на ИСЗ-ретранслятор, переизлучают его в центр управления и контроля на частоте ₁= _пр1= _г2, где _г2 - частота второго гетеродина, с сохранением фазовых соотношений, принимают сложный сигнал с фазовой манипуляцией в центре управления и контроля, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты _пр2= ₁- _г1= _с, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте _г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и анализируют его, аналогично осуществляют передачу дискретной информации из центра управления и контроля на подвижный объект, при этом на подвижном объекте сложные сигналы с фазовой манипуляцией, излучают на частоте ₂, а в центре управления и контроля сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ₂, а принимают на частоте ₁, одновременно на подвижном объекте принимают GPS-сигнал на частоте ₂, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты _пр2= _г2- ₂, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют GPS-сигнал на частоте _г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием частоты _г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местонахождения подвижного объекта и передают информацию о местонахождении подвижного объекта в центр управления и контроля, в случае соответствия всех измеренных параметров условию нормальной эксплуатации подвижного объекта, а место нахождения подвижного объекта - плановому месту нахождения передачу дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля осуществляют с заданной периодичностью, при превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения места нахождения подвижного объекта от планового места нахождения период между передачами сокращают, причем при создании аварийной ситуации дискретную информацию передают с борта подвижного объекта непрерывно, при возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия места нахождения подвижного объекта плановому месту нахождения период между передачей дискретной информации снова увеличивают, отличается от ближайшего аналога тем, что на подвижном объекте и в центре управления и контроля формируют сетки несущих частот, сетки частот первого, второго, третьего и четвертого гетеродинов, которые согласовано переключают по закону псевдослучайного кода, между последовательными переключениями используют только одну несущую частоту и соответствующие частоты синтезаторов частот первого, второго, третьего и четвертого гетеродинов и формируют временной интервал t_c, который характеризует собой время работы на одной частоте и который содержит n информационных символов длительностью _э

t_c=n· _э,

на каждом временном интервале t_c в передатчике подвижного объекта осуществляют манипуляцию высокочастотного колебания несущей частоты по фазе и преобразование по частоте с использованием сетки частот первого гетеродина, в приемнике подвижного объекта осуществляют преобразование принимаемого сигнала по частоте с использованием сетки частот второго гетеродина и демодуляцию по фазе, а в передатчике центра управления и контроля осуществляют манипуляцию высокочастотного колебания несущей частоты по фазе и преобразование по частоте с использованием сетки частот четвертого гетеродина, в приемнике центра управления и контроля осуществляют преобразование принимаемого сигнала по частоте с использованием сетки третьего гетеродина и демодуляцию по фазе.

Поставленная задача решается тем, что устройство для сличения шкал времени, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, геостационарный ИСЗ-ретранслятор, подвижный объект и центр управления и контроля, при этом аппаратура подвижного объекта и центра управления и контроля содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, генератор псевдошумового сигнал, переключатель, элемент ИЛИ, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, второй клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство, измеритель задержек и их производных, контроллер и фазовый манипулятор, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, последовательно подключенные к третьему выходу стандарта частоты и времени первый клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора псевдошумового сигнала, и первое буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом измерителя задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу усилителя второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого подключен к второму входу контроллера, аппаратура подвижного объекта, кроме того, снабжена датчиками, характеризующими техническое состояние подвижного объекта и подключенными к бортовому регистратору и к третьему входу бортового контроллера, и приемником GPS-сигналов, состоящим из последовательно включенных приемной антенны, усилителя мощности, смесителя, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, полосового фильтра и фазового детектора, выход которого соединен с четвертым входом бортового контроллера, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено двумя синхронизаторами, двумя генераторами псевдослучайного кода, двумя синтезаторами несущих частот, синтезатором частот первого гетеродина, синтезатором частот второго гетеродина, синтезатором частот третьего гетеродина и синтезатором частот четвертого гетеродина, причем к выходу первого синхронизатора аппаратуры подвижного объекта последовательно подключены первый генератор псевдослучайного кода и первый синтезатор несущих частот, выход которого соединен с вторым входом первого фазового манипулятора, вторые входы первого и второго смесителей через синтезаторы частот первого и второго гетеродинов соответственно соединены с выходом первого генератора псевдослучайного кода, вторые входы синтезаторов частот первого и второго гетеродинов соединены с четвертым выходом стандарта частоты и времени, вторые входы фазовых детекторов соединены с выходом синтезатора частот первого гетеродина, вторые входы смесителя и перемножителя приемника GPS-сигналов соединены с выходом синтезатора частот второго гетеродина, к выходу второго синхронизатора аппаратуры центра управления и контроля последовательно подключен второй генератор псевдослучайного кода и второй синтезатор несущих частот, выход которого соединен с вторым входом второго фазового манипулятора, вторые входы третьего и четвертого смесителей через синтезаторы частот третьего и четвертого гетеродинов соответственно соединены с выходом второго генератора псевдослучайного кода, вторые входы перемножителя и фазового детектора соединены с выходами синтезаторов частот третьего и четвертого гетеродинов соответственно.

Геометрическая схема расположения подвижного объекта ПО, наземного центра управления и контроля ЦУК, спутников навигационной системы GPS и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d - база интерферометра; r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора, размещенного на геостационарной орбите. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов, изображена на фиг.2. Структурная схема подвижного объекта ПО представлена на фиг.3. Структурная схема наземного центра управления и контроля ЦУК представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу подвижного объекта, наземного центра управления и контроля и приемника GPS-сигналов, изображены на фиг.5, 6, 7. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов представлена на фиг.8, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкала времени ИСЗ-ретранслятора, подвижного объекта ПО и наземного центра управления и контроля ЦУК соответственно. Фрагмент частотно-временной матрицы используемых ФМн-сигналов с ППРЧ приведен на фиг.9.

Бортовая аппаратура подвижного объекта содержит последовательно включенные стандарт 1.1 частоты и времени, генератор 1.4 псевдошумового сигнала, переключатель 1.5, элемент 1.6 ИЛИ, первый смеситель 1.7, второй вход которого соединен с выходом первого синтезатора 1.2 частот первого гетеродина, усилитель 1.8 первой промежуточной частоты, первый усилитель 1.9 мощности, дуплексер 1.10, вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной 1.11, второй усилитель 1.12 мощности, второй смеситель 1.3 частот второго гетеродина, усилитель 1.14 второй промежуточной частоты, клипер 1.16, второе буферное запоминающее устройство 1.18, измеритель 1.19 задержек и их производных, бортовой контроллер 1.23 и фазовый манипулятор 1.25, выход которого соединен с вторым входом элемента 1.6 ИЛИ, последовательно подключенные к третьему выходу стандарта 1.1 частоты и времени клипер 1.15, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 1.4 псевдошумового генератора, и первое буферное запоминающее устройство 1.17, выход которого соединен с вторым входом измерителя 1.19, задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу усилителя 1.14 второй промежуточной частоты, перемножитель 1.20, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 1.3 частот второго гетеродина, полосовой фильтр 1.21 и фазовый детектор 1.22, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 1.2 частот первого гетеродина, а выход подключен к второму входу бортового контроллера 1.23, к третьему входу которого подключен выход датчиков 26, характеризующих техническое состояние подвижного объекта, к выходу датчиков 26 подключен бортовой регистратор 27, последовательно включенные первый синхронизатор 28, первый генератор 29 псевдослучайного кода, и первый синтезатор 1.24 несущих частот, выход которого подключен к второму входу фазового манипулятора 1.25, выход генератора 29 псевдослучайного кода подключен вторым входом синтезаторов 1.2 и 1.3 частот первого и второго гетеродинов, вторые входы которых соединены с четвертым выходом стандарта 1.1 частоты и времени.

Приемник GPS-сигналов содержит последовательно включенные приемную антенну 1.28, усилитель 1.29 мощности, смеситель 1.30, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 1.3 частот второго гетеродина, усилитель 1.31 второй промежуточной частоты, перемножитель 1.32, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 1.3 частот второго гетеродина, полосовой фильтр 1.33 и фазовый детектор 1.34, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 1.2 частот первого гетеродина, а выход подключен к четвертому входу бортового контроллера 1.23.

Наземный центр управления и контроля содержит последовательно включенные стандарт 2.1 частоты и времени, генератор 2.4 псевдошумового сигнала, переключатель 2.5, элемент 2.6 ИЛИ, третий смеситель 2,7, второй вход которого через синтезатор 2.2 частот третьего гетеродина соединен с четвертым выходом стандарта 2.1 частоты и времени, усилитель 2.8 первой промежуточной частоты, третий усилитель 2.9 мощности, дуплексер 2.10, вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной 2.11, четвертый усилитель 2.12 мощности, смеситель 2.13, второй вход которого через синтезатор 2.3 частот четвертого гетеродина соединен с четвертым выходом стандарта 2.2 частоты и времени, усилитель 2.14 второй промежуточной частоты, клипер 2.16, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта 2.1 частоты и времени, буферное запоминающее устройство 2.18, измеритель 2.19 задержек и их производных, наземный контроллер 2.23 и фазовый манипулятор 2.25, выход которого соединен с вторым входом элемента 2.6 ИЛИ, последовательно подключенные к третьему выходу стандарта 2.1 частоты и времени клипер 2.15, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 2.4 псевдошумового сигнала, и буферное запоминающее устройство 2.17, выход которого соединен с вторым входом измерителя 2.19 задержек и их производных, последовательно подключенных к выходу усилителя 2.14 второй промежуточной частоты перемножитель 2.20, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 2.2 частот третьего гетеродина, полосовой фильтр 2.21 и фазовый детектор 2.22, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 2.3 частот четвертого гетеродина, а выход подключен к второму входу наземного контроллера 2.23, последовательно включенные второй синхронизатор 30, второй генератор 31 псевдослучайного кода и второй синтезатор 2.24 несущих частот, выход которого соединен с вторым входом фазового манипулятора 2.25, вторые входы синтезаторов 2.2 и 2.3 частот третьего и четвертого гетеродинов соединен с выходом второго генератора 31 псевдослучайного кода.

В качестве подвижного объекта используют космическое, воздушное, водное или наземное транспортное средство.

Предлагаемый способ сличения шкал времени реализуют следующим образом. На первом шаге единичных измерений в момент времени t₁ ^A по часам подвижного объекта ПО псевдошумовой сигнал ₁ (фиг.8), созданный генератором 1.4 с помощью стандарта 1.1 частоты и времени, преобразуют с помощью синтезатора частот гетеродина 1.2, смесителя 1.7 и усилителя 1.8 первой промежуточной частоты в сигнал с частотой _1i, усиливают с помощью усилителя 1.9 мощности и излучают через дуплексер 1.10 и приемопередающую антенну 1.11 в направлении ИСЗ-ретранслятора S. Вместе с тем этот же сигнал клиппируют в клиппере 1.15 тактовой частотой того же стандарта частоты 1.1 и записывают в буферное запоминающее устройство 1.17. Регистрация синхронизируется стандартом 1.1 частоты и времени.

В тот же момент времени t₁ ^A=t₁ ^B по часам наземного центра управления и контроля ЦУК с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумовой СВЧ-сигнал (сигнал ₁), регистрируют, но не отправляют на регистрацию (переключатель 2.5 разомкнут). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте _1i (сигнал ₁), переизлучают его на подвижный объект и наземный центр управления и контроля на частоте _2i с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его в сигнал на видеочастоте, регистрируют в моменты времени t ₂ ^A и t₂ ^B соответственно (сигналы ₂, ₂).

На втором шаге (при передаче сигнала из центра управления и контроля) переключатель 1.5 должен быть разомкнут, а переключатель 2.5 замкнут и сигнал ₃ из генератора 1.4 через клиппер 1.15 поступает на то же запоминающее устройство 1.17.

В произвольный момент времени t₃ ^B=t₂ ^B+ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумовой СВЧ-сигнал (сигнал ₃). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ₁ (сигнал ₃), переизлучают его в пункты А и В на частоте _2i с сохранением фазовых составляющих, принимают ретранслированный сигнал в обоих пунктах, преобразуют его в сигналы на видеочастоте, регистрируют в моменты времени t₄ ^A и t₄ ⁸ соответственно (сигналы ₄ и ₄).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в перерыве между актами измерений в измерителях 1.19 и 2.19 определяют следующие временные задержки и их производные:

где F_i - частота интерференции (i=1, 2, 3, 4);

a_j, b_j, (j>1, 2, 3) - время распространения сигнала между ИСЗ и пунктами А и В соответственно;

- задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

- задержки сигналов в приеморегистритующей аппаратуре;

S - задержка сигналов в бортовой аппаратуре ИСЗ-ретранслятора;

t=t_B-t_A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая a_j и b_j линейными функциями с производными получим:

где

- задержки сигналов в атмосфере на частоте f₁ и f₂ соответственно;

- релятивистская поправка (эффект Саньяка);

- угловая скорость вращения Земли;

с - скорость света;

D - площадь четырехугольника О'A'S'В', образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов А, В и

ИСЗ - ретранслятора.

Поправку на подвижность ИСЗ-ретранслятора во время единичного измерения проще всего свести к нулю соответствующим выбором свободного параметра :

который следует в начале измерений рассчитывать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений.

Что касается поправки аппаратурные задержки. То ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы». Атмосферная поправка также учитывается.

В пунктах А и В аппаратура работает одинаково, только порядок шагов в них обратный. Для вычисления разности показаний часов t достаточно обменяться между пунктами полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи. Результаты сличения поступают в бортовой 1.23 и наземный 2.23 контроллеры.

В процессе движения подвижного объекта датчики 26, расположенные в различных местах транспортного средства (двигательный отсек, корпус, система управления, топливные баки и т.д.), передают информацию о состоянии контролируемых узлов транспортного средства бортовому регистратору 27, который может быть выполнен в виде средства записи на магнитную ленту, оптический носитель, бумажный носитель и т.д.

Одновременно указанная информация поступает на второй вход бортового контроллера 1.23, на третий вход которого подается информация о местоположении подвижного объекта, полученная от приемника GPS-сигналов. Последний состоит из приемной антенны 1.18, усилителя 1.29 мощности, смесителя 1.30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 1.31 второй промежуточной частоты, перемножителя 1.32, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 1.33 и и фазового детектора 1.34, второй вход которого соединен с выходом синтезатор 13 частот второго гетеродина, а выход подключен к третьему входу бортового контроллера 1.23.

В состав Глобальной навигационной системы GPS (Global Positioning System) входят космический сегмент, состоящий из 24 ИСЗ, сеть наземных станций наблюдения за их работой и пользовательский сегмент - навигационные приемники GPS-сигналов.

Каждый GPS-спутник излучает на частоте ₂=1575 МГц специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа (фиг.7а):

где _k(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с псевдослучайной последовательностью длительностью N=1023.

Данный сигнал принимается антенной 1.28 и через усилитель 1.29 мощности поступает на первый вход смесителя 1.30, на второй вход которого подается напряжение синтезатора частот

На выходе смесителя 1.30 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.31 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.7б)

где

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

_пр2i= _г2i- _2i - вторая промежуточная частота;

_пр2i= _2i- _г2i,

которое поступает на первый вход перемножителя 1.32. На второй вход последнего подается напряжение u_r2(t) синтезатора частот. На выходе перемножителя образуется напряжение (фиг.7в)

где

К₂ - коэффициент передачи перемножителя;

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте _г1 гетеродина 1.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 1.34. На второй (опорный) вход фазового детектора 1.34 в качестве опорного напряжения подается напряжение синтезатора частот

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 1.3 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7г)

где

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора,

которое поступает на третий вход бортового контроллера 1.23, где определяется местоположение подвижного объекта (широта и долгота). Для этого достаточно присутствие в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения подвижного объекта - 50 80 м.

Один из основных методов повышения точности определения местонахождения подвижного объекта и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим позволяет установить координаты транспортного средства с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в статике.

Бортовой контроллер 1.23, выполненный с возможностью программирования времени между сеансами радиосвязи в зависимости от величины измеренных датчиками 26 параметров. С обусловленной периодичностью (например, 30 мин) через бортовой сегмент спутниковой связи, ИСЗ-ретренслятор и наземный сегмент спутниковой связи передает полученную информацию (местонахождение, протокол событий, техническое состояние, суть внештатной ситуации, если она возникла, а также полную траекторию передвижения за межсеансный промежуток) в наземный центр управления и контроля.

С этой целью с помощью первого синхронизатора 28 включается первый генератор 29 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работой первого синтезатора 1.24 несущих частот, синтезатора 1.2 частот первого гетеродина и синтезатора 1.3 частот второго гетеродина.

На выходе первого синтезатора 1.24 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот:

.....................

.....................

где U_i, _i, _i, T_c - амплитуды, несущие частоты, начальные фазы и длительность сигнала;

i=1, 2, , M,

М - число используемых несущих частот (число частотных каналов);

_c - ширина полосы частот расширенного спектра с используемого сигнала (фиг.9);

₁ - ширина полосы одного частотного канала;

t_c - временной интервал между переключениями частот, характеризует собой время работы на одной несущей частоте.

В зависимости от соотношения времени работы на одной частоте t_c и длительности информационных сигналов _э псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) может быть разделена: на межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную.

При межсимвольную ППРЧ n информационных символов (n 2) передаются на одной частоте, при этом t_c=n· _э.

В качестве примера на фиг.9 показан фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМн). При этом n выбрано равным 4 (t _c=4 _э), квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы с различными фазами (0, ).

Сформированные высокочастотные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 1.25, на второй вход которого подается с выхода бортового контроллера 1.23 манипулирующий код M₁(t) (фиг.5б), содержащий информацию о техническом состоянии подвижного объекта и его местоположении. На фиг 5а показано i-oe высокочастотное колебание. На выходе фазового манипулятора 1.25 формируется сложный ФМн-сигнал (фиг.5в)

где _k1(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t) (фиг.5б), причем _k1(t)-const

при k _э<t<(k+1) _э и может изменяться скачком при t=k _э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, , N-1);

_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c (T_c=N _э),

который через элемент ИЛИ 1.6 поступает на первый вход смесителя 1.7. На второй вход смесителя 1.7 с выхода синтезатора 1.2 частот первого гетеродина последовательно во времени подаются напряжения:

..........................

..........................

которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 29 псевдослучайного кода.

На выходе смесителя 1.7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.8 выделяется напряжение только первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.5г)

где

_ПР1i= _i+ _Г1i - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.2);

_ПР1i= _i+ _Г1i,

которое после усиления в усилителе 1.9 мощности через дуплексер 1.10 поступает в приемопередающую антенну 1.11, излучается ею в эфир в направлении ИСЗ-ретранслятора, переизлучается им на этой же частоте с сохранением фазовых соотношений, принимается антенной 2.11 наземного центра управления и контроля и через дуплексер 2.10 и усилитель 2.12 мощности поступает на первый вход смесителя 2.13, на второй вход которого подается напряжение u_Г1i(t) синтезатора 2.3 частот четвертого гетеродина (i=1, 2, , М). На выходе смесителя 2.13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 2.14 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.5д)

где

_ПР2i= _ПР1i- _Г1i - вторая промежуточная (разностная) частота;

_ПР2i= _ПР1i- _Г1i

которое поступает на первый вход перемножителя 2.20. На второй вход перемножителя 2.20 подаются напряжения синтезатора 22 частот третьего гетеродина:

...........................

...........................

На выходе перемножителя 2.20 образуется напряжение (фиг.5е)

где

_Г1i= _ПРi= _Г2i- _ПР2i - промежуточная частота, которая выделяется полосовым фильтром 2.21 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 2.22. На второй (опорный) вход фазового детектора 2.22 подаются напряжения u_Г1i(t) синтезатора 23 частот четвертого гетеродина в качестве опорных напряжений, которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 31 псевдослучайного кода, управляемого синхронизатором 30. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 2.22 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5ж)

где

которое поступает на второй вход наземного контроллера 2.23.

По результатам анализа ситуации наземным контроллером 2.23 на наземном центре управления и контроля принимается соответствующее решение, например, об отключении неисправного двигателя, или формируются рекомендации экипажу по действиям при развитии нештатных ситуаций.

Для передачи указанных команд в наземном контроллере 2.23 формируется модулирующий код M₂(t) (фиг.6б), который поступает на второй вход фазового манипулятора 2.25. На первый вход последнего подается высокочастотное колебание с выхода синтезатора 2.24 несущих частот, управляемого генератором 31 псевдослучайного кода, к управляющему входу которого подключен синхронизатор 30

На выходе фазового манипулятора 2.25 формируется сложный ФМн-сигнал (фиг.6в)

где _k2(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы в соответствии с модулирующим кодом М₂(t) (фиг.6б), который через элемент ИЛИ 2.6 поступает на первый вход смесителя 2.7. На второй вход смесителя 2.7 подаются последовательно напряжения u_Г2i(t) синтезатора 2.2 частот третьего гетеродина. На выходе смесителя 2.7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 28 выделяется напряжение промежуточной частоты (фиг.6г)

где

_ПРi= _Г2- _i= _2i - промежуточная частота;

_4i= _i- _Г2i,

Которое после усиления в усилителе 2.9 мощности через дуплексер 2.10 поступает в приемопередающую антенну 2.11, излучается ею в направление ИСЗ-ретранслятора на частоте _2i, переизлучается ботовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора с сохранением фазовых соотношений, принимается антенной 1.11 подвижного объекта и через дуплексер 1.10 и усилитель 1.12 мощности поступает на первый вход смесителя 1.13, на второй вход которого подаются последовательно во времени напряжения u_Г2i (t) синтезатора 1.3 частот второго гетеродина. На выходе смесителя 1.13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 1.14 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.6д)

где

_ПР2i= _Г2i- _2i - вторая промежуточная частота;

_6i= _4i- _Г2i,

которое поступает на первый вход перемножителя 1.20. На второй вход последнего подаются напряжения u_Г2i(t) синтезатора 1.3 частот второго гетеродина. На выходе перемножителя 1.20 образуется напряжение (фиг.6е)

где

_ПРi= _Г2i- _ПР2i - промежуточная частота;

_7i= _6i- _Г2i,

которое выделяется полосовым фильтром 1.21 и поступает на первый вход фазового детектора 1.22. На второй (опорный) вход фазового детектора 1.22 подаются напряжения u_Г1i(t) синтезатора 1.2 частот первого гетеродина в качестве опорных напряжений. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 1.22 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6ж)

где

которое поступает на четвертый вход бортового контроллера 1.23, где реализуются команды и рекомендации наземного центра управления и контроля.

В случае соответствия всех измеренных датчиками 26 параметров условиям нормальной эксплуатации подвижного объекта, а места нахождения подвижного объекта - плановому места нахождения, передача дискретной информации с борта подвижного объекта в наземный центр управления и контроля происходит с заданной периодичностью (например, один раз в 30 мин).

При превышении хотя бы одного из измеренных параметров заданного уровня или отклонения места нахождения подвижного объекта от планового места нахождения, период между передачами сокращается.

При создании аварийной ситуации дискретную информацию с борта подвижного объекта передают непрерывно.

Режим передачи дискретной информации бортовым контроллером 1.23 может быть также изменен решением командного состава подвижного объекта или наземным центром управления и контроля.

При возвращении контролируемых параметров к допустимым значениям, а также соответствия места нахождения подвижного объекта плановому месту нахождения, период между передачей дискретной информации будет снова увеличен.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение надежности и достоверности обмена сообщениями между подвижным объектом и центром управления и контроля в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн. Это достигается псевдослучайной перестройкой рабочей частоты используемых сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Рабочая частота используемых ФМн-сигналов и частота гетеродинов перестраиваются в широких пределах в соответствии с псевдослучайными кодами, известными на подвижном объекте и в центре управления и контроля и неизвестными постановщику помех.

Стратегия борьбы с непреднамеренными и организованными помехами в предлагаемом способе и устройстве заключается в «уходе» сигналов дуплексной системы радиосвязи от воздействия помех путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты и в «противоборстве» с ними путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП).

Поэтому при защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте t_c. Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что сигналы системы дуплексной радиосвязи с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех.

Помехоустойчивость системы дуплексной радиосвязи зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от вида помех и их мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемников.

Используемые сложные ФМн-сигналы с ППРЧ с точки зрения обнаружения и разведки обладают энергетической, структурной, информационной, временной и пространственной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал с ППРЧ в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала. Она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов с ППРЧ обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов с ППРЧ и априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников.

Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие смысла сообщений, которыми обмениваются подвижный объект и центр управления и контроля.

Временная скрытность системы дуплексной радиосвязи определяется возможностью радиотехнической разведки вероятного противника и сбору необходимой информации о системе дуплексной радиосвязи (виде и параметрах сигналов, назначении системы дуплексной радиосвязи и т.п.) за определенное время и зависит от условий, в которых используется система дуплексной радиосвязи, ее временных режимов работы на излучение, тактико-технических характеристик станции радиотехнической разведки и характера ведения разведки.

Пространственная скрытность системы дуплексной радиосвязи характеризует способность препятствовать станции радиотехнической разведки с необходимой точностью определять направление прихода сигналов (или местопложение подвижного объекта). Пространственная скрытность системы дуплексной радиосвязи зависит от ряда параметров системы дуплексной радиосвязи, например, мощность сигнала, вида и параметров диаграмм направленности приемопередающих антенн.

Сложные ФМн-сигналы с ППРЧ позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

К числу других проблем, от решения которых в значительной мере зависит дальнейший прогресс средств дуплексной радиосвязи, следует отнести проблему установления надежной связи между подвижным объектом и центром управления и контроля при наличии многолучевого характера распространения радиоволн. Наличие многолучевого характера распространения радиоволн приводит к искажению принимаемых сигналов, что затрудняет прием и снижает достоверность передачи информации.

Попытка преодолеть вредное влияние многолучевости предпринимаются уже давно. К ним можно отнести разнесенный прием, селекцию сигналов по времени и углу прихода, корректирующее кодирование и некоторые другие методы. Однако все они не дают принципиального решения проблемы.

Сложный ФМн-сигнал с ППРЧ благодаря использованию нескольких несущих частот и своим хорошим корреляционным свойствам может быть «свернут» в узкий импульс, длительность которого обратно пропорциональна используемой ширине полосы частот. Выбирая такую полосу частот, чтобы длительность «свернутого» импульса была меньше времени запаздывания, можно осуществить раздельный прием импульсов, приходящих в точку приема различными путями, а суммируя их энергию, можно, кроме того, повысить помехоустойчивость приема ФМн-сигналов с ППРЧ. Тем самым указанная проблема получает принципиальное разрешение.

Предлагаемые технические решения могут быть использованы для контроля выполнения рейсов воздушными и морскими транспортными средствами, для контроля учений авиации дальнего действия и морского флота, при полете пилотируемых космических кораблей и искусственных спутников Земли, для обеспечения испытаний авиационной и морской техники за пределами видимости средств испытательных баз, для контроля за работой малоопытных экипажей и изношенной техники.

Использование системы дуплексной радиосвязи позволяет принимать решение по действию в нештатных ситуациях в момент их возникновения, передавать на борт подвижного объекта рекомендации по действиям при развитии нештатных ситуаций, выдавать указания службой спасения при неблагоприятном развитии нештатных ситуаций, выдавать точное целеуказание на поиск потерпевшего аварию транспортного средства.