Способ привязки шкалы времени

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к авт, сеид(22) Заявлено 13,12,76 (21)с присоединением аалакн М 2428263 18 осуддрствемнмЯ комнте СССР о делам изобретениЯ и открнтиЯ(088.8) нковано 0510.79, Бюллетень МЗ опубликования описании 05.10.79 Да 2) Автор изобре А.П.Земля Р 1) Зайвител 54) СПОСОБ ПРИВЯЗ РЕИЕНИ несущей, в квадратуре к нулям фанесущей, и на сравнении знаков н ленных бинарно-квантованных сигнапо точкам квантования с заданными для искомого периода несущей частоты знаками 21,Недостаток спосо тельноевремя привязки.Бель изобретения - сокращение времени привязки при высоком уровне помех.Поставленная цель достигается тем, что в способе привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с известной Фазой, основанном на фик" сации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного квантования преобразованного входного сигнала в двух основных точках, находящихся одна относительно другой на временном интервале, равном периоду несущей, в квадратуре к нулям фазы несущей, и сравнении знаков накопленных бинарно-квантованных сигналов по точкам квантования с заданными для искомого периода несущей частоты знаками, дополнительно квантуют преобразованный входной сигнал в двух ба - значи Изобретение относится к области синхронизации часов с независимым приводом с помощью радиотехнических средств и может быть использовано для привязки местной (бортовой) шкалы времени к импульсному периодическому сигналу, а также при измерении интервалов времени в различного рода измерительной аппаратуре.Известны способы привязки шкалы времени, основаннйе на привязке к; моменту пересечения фронтом импульса заданных уровней с последующим усреднением зафиксированных отсчетов времени (11 .Недостаток известных способов низкая точность привязки при изменении уровня импульсного сигнала.Наиболее 1 близким по технической сущности является способ привязки шкалы. времени к иМпульсному радиосигналу с известной фазой, основанный на фиксации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем бинарного кванто вания преобразованного входного сиг" нала в двух основных точках, находящихся одна относительно другой на временном интервале, равном периоду щбЯО 433 =точках, смещенных симметрично относительно двух основных точек ка половину периода несущей частоты, сра.якивают знаки сигналов, накопленных н дополнительных точках, с требуемыми и абсолютное значение величин сигкалон, накопленных в каждой дополнительной и соответствующей ей основной точке, при уровне сигнала н кажцой дополнительной точке, большем уровня сигнала в соответствующей основной точке, принимают пеРиод несущей, отмеченный основными точками квантования, эа искомый, а момент перехода через нуль сигнала иа этом периоде принимают за момент привязки (синхронизации) местной шкалы времени.На фиг. 1 приведена временная диаграмма, на которой представлены эпюры сигналов, используемых на различных ступенях преобразованияа - входной радиоимпульскый сигнал;Ь - преобразованный сигналс - огра нкченный преобразованныйсиг нал;д - квантующие импульсы а, а,Ь 1 и. Ьг иа искомом (заданном)периоде несущей сигнала;е - квантующие импульсы а, агЬи Ь 2 правее (поздкее) заданного участка (периода) сигнала;й - квантукщие импульсы а, аг,Ь 1 и Ьг левее (раньше) заданного участка (периода) сигнала;д " преобразованный сигнал сосмещенной относительно идеального поглощения особой точкой; на Фиг2 - блок-схема устройства, реалиэущего предлагаемый способ. Устройство содержит Формирователь 1, преобразующий Форму входного импульсного сигнала; бииарный квантователь 2, накопители 3 для двух основных точек квантования, накопители 4 для двух дополнительных точек квантования, логическую схему 5 анализа знаков результатов накопления, логическую схему 6 анализа знаков и соотношения результатов накопления, блок 7 управления и Формирователь 8 местной шкалы времени.Предлагаемый способ состоит н следующем.Принимаемый радиоимпульсный сигнал с известной Фазой (см.фиг.1,а) преобразуют, например, путем дифференцирования так, чтобы на заданном участ" ке переднего Фронта, т.е. на заданном периоде высококачественного заполнения от начала импульса, фаза нысокоч-стотного заполнения изменилась на 180 ф . Момент скачкообразного изменения фазы на 180 является особой точкой преобразованного сигнала, В этой точке мгновенное значение сиг нала падает до нуля, но по обе стороны н ближайшей окрестности особойточки Уровень сигнала (по огибающей)возрастает (см,фиг.1,н) примернопроПорционального времени. Производятбинарное квантование преобразованногосигнала в четырех точках: н двух точках аг и Ь , расположенных н кнацратуре к нулям фазы высокочастотногозаполнения с интервалом, равным периоду заполнения (назовем точки аи Ь, основными), и н двух дополнительных точках аг и Ъ, расположенных симметрично относительно основных точек аг и Ь 1. Интервал междуточками аг и Ьг равен двум периодамзаполнения,т.е. каждая дополнительная точка квантования аг к Ьг отстоит от соответствующей ей основнойточки аг и Ъ, на половину периода заполнекия (см.фиг.1,с,д).Производят накопление бинарноквактонанных выборок смеси сигналаи помех по каждой из четырех точекквантования а Ь, и аг, Ьг .При превышении заданного пороганакопления и основных или дополнительных точках знаки накопленныхсигналов сравниваются с требуемыми,например -+ф для точек а, Ъ иф+,- для точек аг, Ь в рассматЗО риваемам примере на Фиг. 1,а,Ь,с,с 1.Сравниваются также уровни сигналов(Иа Иаг, И, И ), накопленныхи соответствующих одна основной а(Ь) и дополнительной а (Ьг) точ 35 ках, т.е, сравниваются абсолютныезначения Уровней сигналов (Иа,/ с ИИ с /И) ) . Коли знаки сигналов, накопленных в дополнительных точкахаг, Ьг, соответствуют требуеьъэя4 О ( +,"в примере иа Фиг,1,сс 1), ауровни сигналов в дополнительныхточках больше,чем н соотнетстнукщихосновных, т.е,/И 8 / / / , ( )то заданный участок Фронта импульса найден, т.е. стробирукщиеимпульсы, соответствующие точкамквантовании а, Ь 1, аг, Ьг (см.фиг. 1,Ь,с,б), расположены симметррично относительно особой точки преобразованного сигнала. Период нысокочастотного заполнения импульса,отмеченный точками квантования аг иЬг, является искомым (заданкым), нэ 5 нуль Фазы (например, переход черезнулевой уровень от отрицательной- 1 полунолны к положительной +)этого периода принимается за точкупривязки (момент точной привязки)Щ местной шкалы времени к радиосигналу.Если указанные условия не выполняются (см.фиг. 1,Ь,е,й), то стробирующие импульсы (точки квантованияаг, Ьг ф агЬг ) смещены относительноискомого участка импульса н ту или690433 другую сторону, точки квантования смещаются на период заполнения в требуемом направлении и снова производится анализ. Процесс повторяется аналогично до тех пор, пока оговоренные(требуемые) условия не будут выполиены. Направление сдвига определяется по знакам сигналов, накопленных в основных точках а 1 и Ь 1, например в рассмотренном на фиг. 1 примере при знаках +:+ необходим )Осдвиг влево (см, фиг. 1,Ь,с,е), априв , внеобходим сдвиг вправо(см фиг 1 рЬ(ср)Импульсный сигнал (см.фиг.1,а),несущая частота и фаза высокочастотного заполнения которого известны,поступает на формирователь 1, преобразующий форму импульса к виду, представленному на фиг. 1,Ь. Преобразованный сигнал идет на бинарный квантователь 2, в котором происходитквантование сигнала по четырем точкам а, Ь, а, Ъ 1. Выборки квантованного сигнала поступают с квантователя 2 на накопители 3 и 4, предназначенные соответственно для25накопления сигналов по основным(а 1, Ь ) и дополнительным (а, Ь )точкам. Выходы накопителей 3 соединены с логической схемой 5 анализазнаков, накопленных в точках а 1 и 30Ь сигналов выходы накопителей 3 и4 - с логической схемой 6 анализа знаков сигналов, накопленных в дополнительных точках а, Ь и анализа соотнощения величин сигналов, накопленных 35в дополнительных а, Ь и основныха Ъ точках. Выходы схем 5 и 6 связаны с блоком управления 7, соединенным с формирователем 8 местнойшкалы времени, с которого на кванто Ователь 2 подаются квантукшие импульсы, жестко связанные с сигналом местной шкалы времени.Все узлы устройства могут бытьвыполнены на известных элементах.Например, бинарный квантователь 2 может быть выполнен на основе симметричного предельного ограничителя ипоследующих за ним схем стробирования ограниченного сигнала, т.е. бинарное квантование может быть выполненопутем предельного симметричногоограничения преобразованного сигнала (см.фиг. 1,с), последующего стробирования ограниченного сигнала вточках квантования и анализа полярности стробированных выборок сигнала.Две основ ные (а, Ъ ) точки кв антования в предлагаемом способе аналогичны двум точкам аЬ 1 в иэвестном способе. Как следует иэ формыпреобразованного сигнала (см.фиг,1,Ь)уровень полезного сигнала уменьшается с приближением к особой точке,В процессе анализа точки а, и Ьквантования переме аются до сигналуГдискретно с шагом, равньм периоду(Т) заполнения импульса, до тех пор,пока они попадают на заданный периоди располагаются по обе стороны ото"обой точки, т.е. в искомом полавении они расположены ближе всего(справа и слева) от особой точки, ноименно здесь уровень сигнала наименьший (см.фиг. 1, Ь). Следовательно, при наличии помехнаихудщее соотношение сигнал/помехаимеет место именно для искомогоучастка сигнала на заданном периодеПри соотношениях сигнал/помеха, меньших единицы, скорость накопления,уровень накопленного сигнала, уменьшае:ся по мере уменьшения соотношениясигнал/помеха,а при соотношениях меньших 0,5 скорость накопления,т.е, иуровень накопленного сигнала, практически, пропорциональны соотношениюсигнал/помеха. Следовательно, приснижении соотношения сигнал/помехавремя, требуемое для превыаениянакопленным сигналом (Б) заданногопорогового уровня, возрастает и прималых соотношениях (меньших 0,5)время растет пропорционально ухудше"нию соотношения сигнал/помеха,т.е.при снижении соотношения сигнал/помеха в и раэ время, требуемое для ана,лиза, возрастает в и раз,При идеальной (расчетной) формепринимаемого импульса точка а Ь 1располагаются на заданном участкепреобразованного сигнала (см,фиг,1,Ь,д) строго симметрично о.носительноособой точки, т.е. кащпая из них остоит от особой точки на время 1 =у(половина периода заполнения), т.е,уровень преобразованного (квантуемого)сигнала записываетсяфГПа == К д= Ою 5 КТДополнительные точки а, Ь распо"ложатся тоже симметрично, но а- Т, т. е. у ро ве н ь преоб(раэованного сигнала запишется Ба -Ба = 08 = КТ, следовательно,- 2, т.е, уровень сигналов и соотшение сигнал/помеха по уровню в до 1полнительных точках выше, чем восновных, в два раза (соотношениесигнал/помеха по мощности лучше вчетыре раза), Следовательно, время,требуемое для превышения заданногоуровня накопления (при малых соотношениях сигнал/помеха) в дополнительных точках меньше примерно в двараза, чем в основных, при идеальнойформе принятого сигнала.В реальных условиях форма обраба"тываемого сигнала искажается эа счетвозмущающих факторов (изменяютсяусловия распространения радиоволн,изменяются параметры передакщей иприемной аппаратуры при изменении температуры окружающей среды и ти). В результате положение особой точки преобразованного сигнала относительно идеального положения и относительно нулей фазы частоты заполнения (несущей) сигнала смещается. Это ведет к некоторому увеличению уровня сигнала в точках квантования, чапример в точках а, а, с одной стороны от особой точки, и к уменьшению в точках Ь, Ь - с другой, Причем уменьш 6 ние тем значительнее, чем больше смещение в сторону данных точек. Смещение не должно превышать 10,5 Т. Например, при несущей частоте заполнения сигнала й = 100 кГц (период Т=10 мкс) смещение особой точки на- 0,25 Т = 2,5 мкс " = 0,4 Т = 4 мкс; 1"= 0,45 Т = 45 мкс, например, в сторс)ну точек Ь, Ь, вызывает снижение уровня преобразованного сигнала (сютннление сигнал/помеха) в точках квантования по отношению к идеальному случаю: в точке Ь Ьд (5(10) раэ, в точ- кЕ ЬВ, в. 1, 3 (1, 7," 1, 8) раза.Это определяется оговоренной зависимостью 1)КТ в районе особой точки и объясняется следующими простыми расчетами, временной интервал от особой точки до основной точки Ь( квантования в этих случаях равен ЗО0,5 Т. - 0,25 Т = 0,25 тр Г 9 = = 0 5 Т - 0 4 Т = 0,1 Т 2 Щ= 0 5 Т -- 0,45 Т = 0,05 Т, для дополиительной точки (Ь) интервал равен,т - 0,25 Т =0,75 т= т - . 350,4 Т = О,бт) Ц = Т - 0,45 Т 0,55 Т т.епроигрыш в уровне в этом случае по отношению к идеальному для точки Ь 1 равен- 2; ( - =- - ф= 5) ф П 0 5 Оф 005 Т ф4Для точки Ь равен. Ют Щ 0,75 КТПф 0,6 КТ /- :1,з; д-: вт = 1 4у,1 . кт ц о,5 кт = 1 81Иэ приведенных соотношений сле; ет, что выигрыш в уровне сигналаи в соотношении сигнал/помеха для дополнительной точки Ь по отношению к соответствующей ей основной примерно равен соответственно 3 (6,11) разЭто может быть пояснено расчетныии соотношениями55Ц 0 75 Кт ц 0 бкт Гв, 0,25 КТЦф 0,1 КТО 55 КТ ибУ о,оькт а выигрыш по мощности соответственно, Щ равен 9 (36,121) раз.Следовательно, при указанных искажениях время, требуемое для превышения заданного уровня при малых соотношениях сигнал/помеха в дополнительной точке, меньше примерно в 3 (6,11) раэ.увеличение до 2 Т интервала между точками квантования (а 1, Ь) в известном способе и получение выигрыаа за счет повышения соотношения сигнал/ /помеха в 2 (3; б; 11) раза не может быть реализовано, так как увеличение интервала между точками а, Ь, дс 2 Т ведет к появлению неоднозначности определения заданного периода заполнения, т.е, к ошибке на период в ту или другую сторону, Это хорошо видно на вариантах расположения точек а, Ьв (на фиг.1, й,е, Г), во всех трех случаях знаки накопленных сигналов могут соответствовать требуемым (+, -). Но ошибка на период Т ведет к ухудшению точности привязкив 100 и более раз.По предлагаемому способу неоднозначность в опознавании заданного периода заполнения устраняется за счет введения дополнительной операции сравнения уровней накопленных в основных а, (Ь) и дополнительных точках сигналов. При расположении точек квантования на заданном участке преобразованного сигнала особаяточка сигчала расположена между точками а, Ь, квантования (см.фиг.1,Й), В таком случае справедливо утверждение, что каждая дополнительная точка квантования а (Ь,) расположена по времени дальше от особой точки, чем соответствующая ей основная а,(Ь) точка квантования, т.е.ав-, а, Ввно тогда справедливо и утверждение, что уровень (И) сигнала, накопленного в точке а, (Ь,), выше, чем вточке а (Ь), т,е./ИБ //Ив,/. При смещении точек квантования хотябы на период Т в любую сторону одно иэ этих соотнюаений (неравенств)не выполняется, Таким образом, введение дополнительных точек квантования и дополнительных операций обработки сигнала - сравнения уровней сигналов,накопленных в основных и дополнительии точках квантования,обеспечивает однозначное определение эаданного участка импульса,заданного периода,высокочастотного заполнения сигнала.При этом время опознавания этого периода сокращается в два и более(до 10) раэ нри малых соотношенияхсигнал/помеха за счет того, чтомомент окончания .анализа - при превышении заданного порога накопленияФиксируется по дополнительным точкамквантования, в которых обеспечивается выигрыш в соотношении сигнал/помеха по уровню в два и более (до 10)раз. Это сокращает общее время при10. 690433 вязки в неблагоприятных условиях внесколько раз. Формула изобретения Способ привязки шкалы временик импульсному радиосигналу с известной Фазой, основанный на Фиксацииперехода через нуль заданного периода несущей частоты, опознаваемогопутем бинарного квантования преоб-разованного входного сигнала в двухосновных точках, находящихся одна относительно другОЙ на временном интервале, равном периоду несущей, вквадратуре к нулям Фазы несущей, исравнении знаков накопленных бинар":ноквантованных сигналов по точкамквантования с заданными для искомогопериода несущей частоты знакавя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,С" целью сокращения времени привязки 20при высоком уровне помех, дополнительно квантуют преобразованный входнойсигнал в двух точках, смещенных ".симметрично относительно двух основСоставитель А, ИвановТехред Л,Алферова Коррект ешет едактор О.Филиппова Подписноекомитета СССРи открытийя наб.,д.4/5 Тираж 502осударственногоелам изобретенийа, Ж, Раушск город, ул.Проектная,4 ффПат аказ 5963/44ЦНИИПИпо113035, Мос ных точек на полови:су периода несущей частоты, сравнивают знаки сигналов, накопленных в дополнительныхточках, с требуемыми и абсолютноезначение величин сигналов, накопленных в каждой дополнительной и соответствующей ей основной точке, приуровне сигнала в каждой дополнительной точке, большем уровня сигнала всоответствующей основной точке, принимают период несущей, отмеченныйосновными точками квантования, заискомый, а момент перехода черезнуль сигнала на этом периоде принимают эа момент привязки (синхронизации) местной шкалы времени,Источники информации, принятыево внимание при экспертизе. 1. Митяшев В.Н. Определение рременного положения импульсов при наличии помех. М., фСов.Радиофон, 1962.2. Патент СИ М 3325810, кл. 343-103 - система выбора периода Лоран-С.