способ синхронизации часов и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ синхронизации часов, основанный на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту ₁, усиливают его по мощности, изучают усиленный сигнал в направлении на искусственный спутник Земли-ретранслятор, в тот же момент времени t₁ по часам второго пункта с помощью такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретранслятора сигнал на частоте 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 регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ₂, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина сдвинутого по фазе на +90°, выделяют первое и второе напряжения второй промежуточной частоты, второе напряжение второй промежуточной частоты сдвигают по фазе на -90°, суммируют с первым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное первое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличающийся тем, что принимают шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте _З, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют третье и четвертое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают четвертое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с третьим напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное второе суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным напряжением, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте _З в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте _К1, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют пятое и шестое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают шестое напряжение второй промежуточной частоты на -90°, суммируют с пятым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное третье суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют третье гармоническое напряжение на частоте 2 _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте _К1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте _К2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют седьмое и восьмое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают восьмое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с седьмым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное четвертое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют четвертое гармоническое напряжение на частоте 2 _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте _К2 в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

2. Устройство синхронизации часов, содержащее геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдослучайного сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержек и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенные к второму выходу генератора псевдослучайного сигнала первый клипер, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом измерителя задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу второго гетеродина первый фазовращатель на +90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты и второй фазовращатель на -90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличающееся тем, что оно снабжено третьим фазовращателем на +90°, вторым сумматором, вторым перемножителем, вторым, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, вторым, третьим и четвертым амплитудными детекторами, вторым, третьим и четвертым ключами, третьим, четвертым и пятым клиперами, третьим, четвертым и пятым буферными запоминающими устройствами, вторым, третьим и четвертым измерителями задержек и их производных, причем к выходу второго усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены третий фазовращатель на +90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, третий клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу первого перемножителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, четвертый клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, пятый клипер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике связи и могут быть использованы с радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а также в службе единого времени и частот.

Известны способ и устройства синхронизации часов (авт. свид. СССР № № 591.799, 614.416, 970.300, 1.180.835, 1.244.632, 1.278.800; патенты РФ № № 2.001.423, 2.003.157, 2.040.035, 2.177.167, 2.292.574, 2.350.998, 2.386.159; B.C.Губанов, A.M.Финкельштейн, П.А.Фридман. Введение в радиоастрометрию. - М., 1983 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются способ синхронизации часов (патент РФ № 2.292.574, G04С 11/02, 2005) и устройство для его реализации, которые выбраны в качестве прототипов.

Указанные способ и устройство 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.

Для технической реализации известных способа и устройства используется супергетеродинный приемник, имеющий дополнительные каналы приема. В известных способе и устройстве дополнительные каналы подавляются различными техническими средствами.

Но с точки зрения расширения диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина, а также одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами, целесообразно не подавлять, а использовать дополнительные каналы приема, проведя соответствующую их маркировку.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи с несколькими наземными пунктами путем использования дополнительных каналов приема.

Поставленная задача решается тем, что способ синхронизации часов, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на одновременном приеме разнесенными наземными пунктами шумоподобных СВЧ-сигналов с борта искусственного спутника Земли, когерентном преобразовании их к видеочастоте, цифровой регистрации 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на этом же пункте, сформированный сигнал преобразуют на частоту 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 такой же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на втором пункте, принимают бортовой аппаратурой искусственного спутника Земли-ретренслятором сигнала 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 регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал, сформированный сигнал преобразуют на частоту 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 шумоподобный СВЧ-сигнал, регистрируют его на первом пункте, принимают шумоподобный сигнал по основному каналу на частоте ₂, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют первое и второе напряжение второй промежуточной частоты, второе напряжение второй промежуточной частоты сдвигают по фазе на -90°, суммируют с первым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное первое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала, отличается от ближайшего аналога тем, что принимаемый шумоподобный сигнал по зеркальному каналу на частоте _З1 преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют третье и четвертое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают четвертое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с третьим напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное второе суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют второе гармоническое напряжение на частоте _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации второго суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте _З в первый и третий пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по первому комбинационному каналу на частоте _К1, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжение второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют пятое и шестое напряжения второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают шестое напряжение второй промежуточной частоты на -90°, суммируют с пятым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное третье суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют третье гармоническое напряжение на частоте 2 _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации третьего суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте _К1 в первый и четвертый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени, принимают шумоподобный сигнал по второму комбинационному каналу на частоте _К2, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина и напряжения второго гетеродина, сдвинутого по фазе на +90°, выделяют седьмое и восьмое напряжение второй промежуточной частоты соответственно, сдвигают восьмое напряжение второй промежуточной частоты на +90°, суммируют с седьмым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают полученное четвертое суммарное напряжение с принимаемым шумоподобным сигналом, выделяют четвертое гармоническое напряжение на частоте 2 _Г2 второго гетеродина, детектируют его и используют для разрешения цифровой регистрации четвертого суммарного напряжения, определяют временную задержку прихода одного и того же сигнала на частоте _К2 в первый и пятый пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Поставленная задача решается тем, что устройство синхронизации часов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, геостационарный ИСЗ-ретренслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно включенные стандарт частоты и времени, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдошумового сигнала, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство и первый измеритель задержек и их производных, выход которого является первым выходом наземного пункта, последовательно подключенных к второму выходу генератора псевдослучайного сигнала, первый клиппер, второй вход которого соединен с вторым выходом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя задержек и их производных, последовательно подключенные к выходу второго гетеродина первый фазовращатель на +90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты и второй фазовращатель на -90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено третьим фазовращателем на +90°, вторым сумматором, вторым перемножителем, вторым, третьим и четвертым узкополосными фильтрами, вторым, третьим и четвертым амплитудными детекторами, вторым, третьим и четвертым ключами, третьим, четвертым и пятым клипперами, третьим, четвертым и пятым буферными запоминающими устройствами, вторым, третьим и четвертым измерителями задержек и их производных, причем к выходу второго усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены третий фазовращатель на +90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, третий клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является вторым выходом наземного пункта, к выходу первого перемножителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, четвертый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство и третий измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является третьим выходом наземного пункта, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, пятый клиппер, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство и четвертый измеритель задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства, а выход является четвертым выходом наземного пункта.

Геометрическая схема расположения наземных пунктов А, В, С, D, Е и ИСЗ-ретранслятора S изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения: О - центр масс Земли; d₁, d₂, d₃ , d₄ - базы интерферометра, r - радиус-вектор ИСЗ-ретранслятора. Временная диаграмма дуплексного метода сличения часов первого А и второго В пунктов представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения: S, А, В - шкалы времени ИСЗ-ретранслятора и пунктов А и В соответственно. Структурная схема аппаратуры одного из пунктов (А), реализующей предлагаемый способ синхронизации часов, представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, показана на фиг.4.

Аппаратура наземного пункта А содержит последовательно включенные стандарт 1 частоты и времени, первый гетеродин 2.1, первый смеситель 5, второй вход которого через переключатель 4 соединен с первым выходом генератора 3 псевдослучайного сигнала, усилитель 6 первой промежуточной частоты, первый усилитель 7 мощности, дуплексер 8, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 9, второй усилитель 12 мощности, второй смеситель 13, второй вход которого через второй гетеродин 2.2 соединен с первым выходом стандарта частоты и времени, первый усилитель 14 второй промежуточной частоты, первый сумматор 22, первый перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, первый узкополосный фильтр 24, первый амплитудный детектор 25, первый ключ 26, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 22, второй клиппер 15, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, второе буферное запоминающее устройство 16 и первый измеритель 17 задержек и их производных, выход которого является первым выходом I наземного пункта, к второму выходу генератора 3 псевдослучайного сигнала последовательно подключены первый клипер 10, второй вход которого соединен с вторым входом стандарта частоты и времени, и первое буферное запоминающее устройство 11, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя 17 задержек и их производных. К выходу второго гетеродина 22 последовательно подключены первый фазовращатель 18 на +90°, третий смеситель 19, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, второй усилитель 20 второй промежуточной частоты и второй фазовращатель 21 на -90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 22. К выходу второго усилителя 20 второй промежуточной частоты последовательно подключены третий фазовращатель 27 на +90°, второй сумматор 28, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 14 второй промежуточной частоты, второй перемножитель 29, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 12 мощности, второй узкополосный фильтр 30, второй амплитудный детектор 31, второй ключ 32, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 28, третий клиппер 33, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, третье буферное запоминающее устройство 34 и второй измеритель 35 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является вторым выходом II наземного пункта. К выходу первого перемножителя 23 последовательно подключены третий узкополосный фильтр 36, третий амплитудный детектор 37, третий ключ 38, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 22, четвертый клиппер 30, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, четвертое буферное запоминающее устройство 40 и третий измеритель 41 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является третьим III выходом наземного пункта. К выходу второго перемножителя 29 последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр 42, четвертый амплитудный детектор 43, четвертый ключ 44, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 28, пятый клиппер 45, второй вход которого соединен с третьим выходом стандарта 1 частоты и времени, пятое буферное запоминающее устройство 46 и четвертый измеритель 47 задержек и их производных, второй вход которого соединен с выходом первого буферного запоминающего устройства 11, а выход является четвертым IV выходом наземного пункта.

Синхронизацию часов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

В момент времени t₁ ^A по часам первого пункта А с помощью кодовой последовательности формируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал ₁) (фиг.2):

u_c(t)=U _ccos[ _ct+ _k(t)+ _c], 0 t T_c,

где U_c, _c, _c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

_k(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с кодовой последовательностью M(t), причем _k(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 Т_с (Т_с=N _э),

в генераторе 3 с помощью стандарта 1 частоты и времени.

Указанный сигнал поступает на вход клиппера 10, а затем регистрируется в буферном запоминающем устройстве 11. Регистрация синхронизуется стандартом 1 частоты и времени.

Сформированный сигнал u _c(t) поступает на первый вход первого смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2.1

u_Г1(t)=U_Г1cos( _Г1t+ _Г1).

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

u _пр1(t)=U_пр1cos[ _пр1t+ _k(t)+ _k(t)+ _пр1], 0 t T_c,

где ;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

_пр1= _с+ _Г1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

_пр1= _с+ _Г1,

которое после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 8 и приемопередающую антенну 9 излучается в направлении ИСЗ-ретранслятора на частоте ₁= _пр1.

В тот же момент времени t₁ ^A=t₁ ^B по часам второго пункта В с помощью такой же кодовой последовательности M(t) формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал ₁). Регистрируют его на втором пункте В (сигнал ₁, который, однако, не отправляют на ретрансляцию). Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора на частоте ₁ (сигнал ₁), переизлучают его на пункты А и В на частоте ₂ с сохранением фазовых соотношений на интервале t_c.

Ретранслированный сигнал (сигнал ₂) на частоте ₂

u₂(t)=U₂ cos[ ₂t+ _k(t)+ ₂], 0 t T_c,

принимается приемопередающей антенной 9 и через дуплексер 8 и усилитель 12 мощности поступает на первые входы второго 13 и третьего 19 смесителей и перемножителя 23. На вторые входы смесителей 13 и 19 подаются напряжения второго гетеродина 2.2:

u_Г2(t)=U_Г2 ( _Г2t+ _Г2),

u_Г3(t)=U _Г2cos( _Г2t+ _Г2+90°).

Причем частоты _Г1 и _Г2 первого 2.1 и второго 2.2 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

_Г2- _Г1= _пр2.

На выходах смесителей 13 и 19 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 14 и 20 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пр2(t)=U_пр2 cos[ _пр2(t)- _К1(t)+ _пр2],

u_пр3(t)=U _пр2 cos[ _пр2(t)- _К1(t)+ _пр2+90°], 0 t T_с,

где

_пp2= _Г2- ₂ - вторая промежуточная (разностная) частота;

_пр2= _Г2- ₂.

Напряжение u_пр3 (t) с входа усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 21 на -90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр4(t)=U_пр2cos[ _пр2t- _k(t)+ _пр2+90°-90°]=

=U _пр2cos[ _пр2t- _k(t)+ _пр2], 0 t T_с.

Напряжения U_пр2 (t) и U_пр4(t) с выхода усилителя 14 и фазовращателя 21 на -90° поступают на два входа первого сумматора 22, на выходе которого образуется первое суммарное напряжение

u ₁(t)=U ₁сos[ _пр2t- _k1(t)+ _пр2], 0 t T_c,

где U ₁=2U_пр2,

которое поступает на второй вход перемножителя 23. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u₁(t)=U ₁cos( _Г2t+ _Г2), 0 t T_с,

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 24 (частота настройки _н которого выбирается равной частоте второго гетеродина 2.2 _н= _Г2), детектируется амплитудным детектором 25 и поступает на управляющий вход ключа 26, открывая его. В исходном состоянии ключ 26 всегда закрыт.

Напряжение u (t) с выхода сумматора 22 через открытый ключ 26 поступает на вход клиппера 15, где оно клиппируется и записывается в буферное запоминающее устройство 16. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени.

На втором шаге (при передаче сигнала из пункта В) переключатель 4 должен быть разомкнут и сигнал ₃ из генератора 3 через клиппер 10 поступает в то же запоминающее устройство 11. Ретранслированный сигнал ₄ записывается, как и ₂, в запоминающее устройство 16.

В произвольный момент времени t₃ ^B=t₂ ^B+ по часам второго пункта аналогично формируют и регистрируют шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал ₃). Сформированный сигнал преобразуют на частоту ₁, усиливают его по мощности, излучают усиленный сигнал в направлении того же ИСЗ-ретранслятора.

В тот же момент времени t₃ ^B=t₃ ^A по часам первого пункта А с помощью той же кодовой последовательности формируют такой же шумоподобный СВЧ-сигнал (сигнал ₃). Регистрируют его на первом пункте А. Принимают бортовой аппаратурой ИСЗ-ретранслятора сигнал на частоте ₁ (сигнал ₃), переизлучают его на пункты А и В на частоте ₂ с сохранением фазовых соотношений, принимают ретранслированный сигнал на обоих пунктах, преобразуют его на видеочастоту, регистрируют в моменты времени t₄ ^A и t₄ ^B соответственно (сигнал ₄, ₄).

Корреляционной обработкой двух пар зарегистрированных сигналов в измерителе 17 определяют на каждом пункте следующие временные задержки:

₁= _{1 2}=t₂ ^В-t₁ ^В=a₁+b₁+( _В ^И+ _В ^П+ S)+ t,

₂= _{3 4}=t₄ ^A-t₃ ^A=a₃+b₂+( _B ^И+ _А ^П+ S)- t,

₃= _{1 2}=t₂ ^A -t₁ ^A=a₁+a₂+( _A ^И+ _А ^П+ S),

₄= _{3 4}=t₃ ^B-t₃ ^B=b₂+b₃+( _В ^И+ _В ^П+ S),

и соответствующие им частоты интерференции F_i(i=1, 2, 3, 4), которые определяют производные этих задержек:

,

где ,

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

_А ^И, _В ^И - задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;

_А ^П, _В ^П - задержки сигналов в приемно-регистрирующей аппаратуре;

S - задержка сигналов в бортовом ИСЗ-ретрансляторе;

t=t₁ ^В-t₁ ^A - искомая разность показаний часов в один и тот же физический момент.

Полагая a_j и b_j линейными функциями с производными , , получаем:

где

,

_А,В', _А,В - задержки сигнала в атмосфере на частотах ₁ и ₂ соответственно;

- релятивистская поправка (эффект Саньяка);

- угловая скорость вращения Земли;

с - скорость света;

D - площадь четырехугольника OA'S'B', образуемого в экваториальной плоскости центром масс Земли, проекциями пунктов А,В и ИСЗ-ретранслятора S.

Поправки на подвижность ИСЗ-ретренслятора 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 на аппаратурные задержки, то ее можно найти путем калибровки по методу «нулевой базы».

Атмосферная поправка также учитывается.

На пункте В аппаратура работает аналогично, только порядок шагов там обратный. Для вычисления разности показаний часов t теперь достаточно обменяться между пунктами полученными цифровыми данными, что можно делать по обычным телефонным или телеграфным каналам связи.

Описанная выше работа устройства, реализующего предлагаемый способ, соответствует приему полезных сигналов по основному каналу на частоте ₂ (фиг.4).

Если шумоподобный сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте _З

u_З(t)=U_З cos[ _Зt+ _K2(t)+ _З], 0 t T_З,

то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр5(t)=U_пр5cos[ _пр2t+ _K2(t)+ _пр5],

u_пр6(t)=U _пр5cos[ _пр2t+ _K2(t)+ _пр5-90°], 0 t T_З,

где

_пр2= _З- _Г2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

_пр5= _З- _Г2.

Напряжение u_ПP6 (t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

u_ПР7(t)=U_ПР5cos[ _ПР2t+ _К2(t)+ _ПР5-90°-90°]=

=-U _ПР5cos[ _ПР2t+ _К2(t)+ _ПР5],

u_ПР8(t)=U _ПР5cos[ _ПР2t+ _K2(t)+ _ПР5-90°+90°]=

=U _ПР5cos[ _ПР2t+ _К2(t)+ _K2(t)+ _ПР5], 0 t T_З.

Напряжения u_ПР5 (t) и u_ПР7(t), поступающие на два входа сумматора 22, на его выходе компенсируются.

Напряжения u_ПР5(t) и u_ПР8(t) поступают на два входа сумматора 28, на выходе которого образуется второе суммарное напряжение

u ₂(t)=U cos[ _пp2t+ _К2(t)+ _ПР5], 0 t Т_З,

где U ₂=2U_ПР5,

которое поступает на второй вход второго перемножителя 29, на первый вход которого подается принимаемый шумоподобный сигнал u_З(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 29 образуется гармоническое напряжение

u₂(t)=U ₂cos( _Г2t+ _Г2), 0 t T_З,

где ,

которое выделяется вторым узкополосным фильтром 30, детектируется вторым амплитудным детектором 31 и поступает на управляющий вход второго ключа 32, открывая его. В исходном состоянии ключи 32, 38 и 44 всегда закрыты.

Следует отметить, что частота _Н1 настройки узкополосного фильтра 30 выбирается равной частоте второго гетеродина 22 _Н1= _Г2, а частота _Н2 настройки узкополосных фильтров 36 и 42 выбирается равной второй гармонике частоты второго гетеродина 22 _Н2=2 _Г2.

Второе суммарное напряжение u ₂(t) с выхода второго сумматора 28 через открытый второй ключ 32 поступает на вход второго клипера 33, где оно клиппируется и записывается во второе буферное запоминающее устройство 34. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте _З в первый А и третий С пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Если шумоподобный сигнал

u_К1(t)=U _К1cos[ _К1t+ _K3(t)+ _К1], 0 t T_K1,

принимается по первому комбинационному каналу на частоте _K1, то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u _ПР9(t)=U_ПР9cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _ПР9],

u_ПР10(t)=U _ПР9cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _ПР10+90°], 0 t T_К1,

где ;

_ПР2=2 _Г2- _К1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

_ПР9= _Г2- _К1.

Напряжение U_ПР10 (t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

u_ПР11(t)=U_ПР9 cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _пр9+90°-90°]=

=U _ПР9 cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _пр9],

u_ПР12(t)=U _ПР9 cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _ПР9-90°+90°]=

=-U _ПР9 cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _ПР9], 0 t T_К1,

Напряжения u_ПР9 (t) и u_ПР12(t), поступающие на два входа сумматора 28, на его выходе компенсируются.

Напряжения u_ПР9(t) и u_ПР11(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется третье суммарное напряжение

u ₃(t)=U ₃cos[ _ПР2t- _К3(t)+ _пр9], 0 t T_К1,

где U ₃=2U_ПР9,

которое поступает на второй вход первого перемножителя 23, на второй вход которого подается принимаемый шумоподобный сигнал u_К1(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 23 образуется гармоническое напряжение

u _З(t)=U_Зcos(2 _Г2t+ _г2), 0 t Т_к1,

где ;

которое выделяется третьим узкополосным фильтром 36, детектируется третьим амплитудным детектором 31 и поступает на управляющий вход третьего ключа 38, открывая его. При этом суммарное напряжение u ₃(t) с выхода сумматора 22 через открытый ключ 38 поступает на вход клипера 39, где оно клиппируется и записывается в третье буферное запоминающее устройство 40. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временные задержки прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте _К1 в первый А и четвертый D пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Если шумоподобный сигнал

u_К2(t)=U _К2cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _К2], 0 t T_К2,

принимается по второму комбинационному каналу на частоте _К2 (фиг.4), то усилителями 14 и 20 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u _ПР13(t)=U_ПР13cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13],

u_ПР14(t)=U _ПР13cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13-90°], 0 t Т_К2,

где ;

_ПР2= _К2-2 _Г2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

_пр13= _К2- _Г2.

Напряжение U_ПР14 (t) с выхода усилителя 20 второй промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 21 на -90° и 27 на +90°, на выходе которых образуются следующие напряжения:

u_ПР15(t)=U_ПР13cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13-90°-90°]=

=-U _ПР13cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13],

u_ПР16(t)=U _ПР13cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13-90°+90°]=

=U _ПР13cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13].

Напряжения u_ПР13 (t) и u_ПР15(t), поступающие на два входа сумматора 22, на выходе компенсируются.

Напряжения u _ПР13 и u_ПР16(t) поступают на два входа сумматора 28, на выходе которого образуется четвертое суммарное напряжение

u ₄(t)=U ₄cos[ _ПР2t+ _К4(t)+ _ПР13], 0 t Т_К2,

где U ₄=2U_ПР13,

которое поступает на второй вход второго перемножителя 29, на первый вход которого подается принимаемый шумоподобный сигнал u_К2(t) с выхода второго усилителя 12 мощности. На выходе перемножителя 29 образуется гармоническое напряжение

u ₄(t)=U₄cos(2 _Г2t+ _Г2), 0 t T_К2,

где

которое выделяется четвертым узкополосным фильтром 42, детектируется четвертым амплитудным детектором 43 и поступает на управляющий вход ключа 44, открывая его. При этом суммарное напряжение u ₄(t) с выхода сумматора 28 через открытый ключ 44 поступает на вход клипера 45, где оно клиппируется и записывается в четвертое буферное запоминающее устройство 46. Регистрация синхронизируется стандартом 1 частоты и времени. Затем определяют временную задержку прихода одного и того же шумоподобного сигнала на частоте _К2 в первый А и пятый Е пункты синхронизации методом корреляционной обработки зарегистрированных сигналов, по величине которой производят сличение шкал времени.

Способ синхронизации часов позволяет:

- достичь предельной точности измерений (около ±0,1 нс) с помощью РСДБ техники и техники ретрансляции, которая уже широко используется на практике;

- формировать необходимые для проведения измерения СВЧ-сигналы на наземных пунктах, что дает возможность постепенно наращивать точность измерений за счет оптимизации структуры сигнала и усовершенствования наземной техники регистрации без вмешательства в бортовую аппаратуру ИСЗ;

- повысить оперативность измерений, т.е. довести интервал времени от начала измерений до получения результатов вплоть до нескольких десятков секунд (практически до времени корреляционной обработки сигналов);

- избежать установки на борту ИСЗ высокостабильных хранителей времени и измерителей временных интервалов, ограничить бортовую аппаратуру только системой фазостабильной ретрансляции СВЧ-сигналов.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки второго гетеродина и одновременной дуплексной радиосвязи каждого наземного пункта с четырьмя другими наземными пунктами с помощью одного геостационарного ИСЗ-ретранслятора. Это достигается использованием дополнительных каналов приема: зеркального, первого и второго комбинационных каналов.