Устройство синхронизации часов
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, в службе единого времени и частоты. Устройство содержит геостационарный ИСЗ-ретранслятор и первый и второй наземные пункты. Каждый наземный пункт содержит эталон времени и частоты, генератор псевдошумового сигнала и аналоговый и цифровой дескремблеры. Генератор псевдошумового сигнала каждого пункта содержит аналоговый и цифровой скремблеры. Раскрываемая изобретением схема устройства обеспечивает сличение шкал времени наземных пунктов, а также позволяет осуществлять обмен конфиденциальной аналоговой и дискретной информацией с защитой от несанкционированного доступа. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, в службе единого времени и частоты, а также для обмена конфиденциальной дискретной и аналоговой информацией между наземными пунктами, разнесенными на большие расстояния, с использованием геостационарного ИСЗ-ретранслятора и защитой указанной информации от несанкционированного доступа.
Известны 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; B.C.Губанов, А.М.Финкельштейн, П.А.Фридман. Введение в радиоастрономию. - М., 1983 и другие). Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство синхронизации часов" (патент РФ 2.001.423, G 04 С 11/02, 1992), которое и выбрано в качестве прототипа. Указанное устройство обеспечивает сличение шкал времени, разнесенных на большие расстояния, и основано 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. Однако известное устройство не обеспечивает возможности для обмена конфиденциальной дискретной и аналоговой информацией между наземными пунктами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства синхронизации путем обмена конфиденциальной дискретной и аналоговой информацией между наземными пунктами и ее защиты от несанкционированного доступа. Поставленная цель достигается тем, что в устройство синхронизации часов, содержащее геостационарный ИСЗ-ретранслятор, первый и второй наземные пункты, каждый из которых содержит последовательно соединенные эталон времени и частоты, первый гетеродин, первый смеситель, второй вход которого через последовательно включенные дуплексер и первый усилитель мощности соединен с приемопередающей антенной, усилитель первой промежуточной частоты, первый клиппер, второй вход которого соединен со вторым выходом эталона времени и частоты, первый блок памяти и коррелятор, выход которого является первым выходом устройства, последовательно подключенные к первому выходу эталона времени и частоты второй гетеродин, второй смеситель, второй вход которого через переключатель соединен с первым выходом генератора псевдошумового сигнала, усилитель второй промежуточной частоты и второй усилитель мощности, выход которого соединен с входом дуплексера, последовательно подключенные к третьему выходу эталона времени и частоты генератор псевдошумового сигнала, второй клиппер, второй вход которого соединен со вторым выходом эталона времени и частоты, и второй блок памяти, выход которого соединен со вторым входом коррелятора, введены первый и второй амплитудные ограничители, селектор, синхронный детектор, перемножитель, полосовой фильтр, фазовый детектор, аналоговый и цифровой дескремблеры, причем между выходом усилителя первой промежуточной частоты и входом первого клиппера последовательно включены селектор и первый амплитудный ограничитель, между вторым выходом генератора псевдошумового сигнала и входом второго клиппера включен второй амплитудный ограничитель, к выходу первого амплитудного ограничителя последовательно подключены синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом селектора, и аналоговый дескремблер, выход которого является вторым выходом устройства, к выходу первого амплитудного ограничителя последовательно подключены перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосовой фильтр, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и цифровой дескремблер, выход которого является третьим выходом устройства. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства синхронизации; на фиг.2 - геометрическая схема расположения ИСЗ-ретранслятора S и двух наземных пунктов А и В; на фиг.3 - временная диаграмма дуплексного метода сличения часов; на фиг.4 - частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования частоты синхронизирующего сигнала; на фиг.5 - структурная схема генератора псевдошумового сигнала; на фиг.6 - структурная схема селектора; на фиг.7 - структурная схема аналогового скремблера, использующего метод частотной инверсии; на фиг.8 - представлены спектры входного (а) и преобразованного (б) сигналов; на фиг.9 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого устройства синхронизации часов. Устройство синхронизации часов содержит геостационарный ИСЗ-ретранслятор S, первый А и второй В наземные пункты, каждый из которых содержит эталон 1 времени и частоты, первый 2 и второй гетеродины, приемопередающую антенну 4, дуплексер 5, первый усилитель мощности 6, первый смеситель 7, усилитель 8 первой промежуточной частоты, первый клиппер 9, первый блок 10 памяти, коррелятор 11, генератор 12 псевдошумового сигнала, переключатель 13, второй смеситель 14, усилитель 15 второй промежуточной частоты, второй усилитель мощности 16, второй клиппер 17, второй блок 18 памяти, селектор 19, первый 20 и второй 21 амплитудные ограничители, синхронный детектор 22, аналоговый дескремблер 23, перемножитель 24, полосовой фильтр 25, фазовый детектор 26 и цифровой дескремблер 27. Генератор 12 псевдошумового сигнала содержит задающий генератор 28 высокой частоты, источник 29 дискретного сообщения, цифровой скремблер 30, фазовый манипулятор 31, источник 32 аналогового сообщения, аналоговый скремблер 33, амплитудный модулятор 34 и полосовой усилитель 35. Селектор 19 содержит удвоитель фазы 36, первый 37 и второй 38 измерители ширины спектра, блок сравнения 39, пороговый блок 40 и ключ 41. Аналоговый скремблер 33, использующий метод частотной инверсии, содержит тактовый генератор 42, делитель-формирователь 43, полосовой фильтр 44, балансный модулятор 45, аналоговый коммутатор 46, сумматор 47 и фильтр 48 низкой частоты. Устройство работает следующим образом. На пункте А с помощью генератора 12 формируется псевдошумовой сигнал СВЧ а1 (фиг. 3) с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ). С этой целью напряжение высокой частоты (фиг.9, а) uc(t) = Uccos(2





















3) аналитическое преобразование - шифруемое сообщение преобразуется по некоторому аналитическому правилу;
4) комбинированное преобразование - исходное дискретное сообщение шифруется двумя или большим числом способов шифрования. При аналоговом скремблировании сигнал подвергается следующим преобразованиям:
1) частотная инверсия;
2) частотная перестановка;
3) временная перестановка. В качестве примера на фиг. 7 представлена структурная схема аналогового скремблера, использующего метод частотной инверсии. Устройство состоит из тактового генератора 42, вырабатывающего сигнал частотой 7 кГц, делителя-формирователя несущей 3,5 кГц, аналогового коммутатора 46, балансного модулятора 45, входного полосового фильтра с полосой пропускания fmin=300-fmax= 3000 Гц, сумматора 47, балансного модулятора 45 и фильтр 48 низкой частоты. На фиг.8 представлены спектры входного (а) и преобразованного (б) сигналов, где fo=3500 Гц. Сформированный сигнал U2(t) поступает на первый вход смесителя 14, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина, стабилизированного эталоном 1 частоты и времени
uг2(t) = Uг2cos(2


При этом переключатель 13 замкнут, а аналогичный переключатель на пункте В разомкнут. На выходе смесителя 14 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 15 выделяется напряжение суммарной частоты

где

К1 - коэффициент передачи смесителя;
fпр2=f1=fc+fr2 - вторая промежуточная частота;



которое усиливается в усилителе мощности 16 и излучается через дуплексер 5 и антенну 4 в направлении ИСЗ-ретранслятор на частоте f1. Вместе с тем этот же сигнал ограничивается по амплитуде в ограничителе амплитуды 21
u3(t) = Uocos[2





где Uо - порог ограничения;
клиппируется во втором клиппере 17 и записывается в буферный блок 18 памяти. Работа клиппера 17 синхронизуется эталоном 1 частоты и времени. Принятый бортовым приемником геостационарного ИСЗ-ретранслятора сигнал переизлучается обратно на пункты А и В на частоте f2 с сохранением фазовых соотношений во всей полосе частот сигнала. Диаграмма направленности бортовой антенны геостационарного ИСЗ-ретранслятора выбирается так, чтобы этот сигнал мог быть принят в обоих пунктах А и В. Принятый в пункте А антенной 4 ретранслированный геостационарным ИСЗ-ретранслятором сигнал (сигнал

u4(t) = U4[1+m(t)]cos[2



усиливается первым усилителем 6 мощности и поступает на первый вход первого смесителя 7, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 2, стабилизированного эталоном 1 частоты и времени
uг1(t) = Uг1cos(2


На выходе смесителя 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 8 выделяется напряжение первой промежуточной частоты (разностной частоты)

где

fпр1=fr1-f2 - первая промежуточная частота;



Это напряжение поступает на вход селектора 19, состоящего из удвоителя 36 фазы, измерителей 37 и 38 ширины спектра, блока 39 сравнения, порогового блока 40 и ключа 41. При этом на выходе удвоителя 36 фазы, в качестве которого может использоваться перемножитель, на два входа которого подается одно и то же напряжение uпр1(t) образуется следующее напряжение
u5(t) = U5(t)cos(4




где U5(t)=Uпр1 2[1+m(t)]2. Так как 2















u6(t) = Uocos[2





которое представляет собой ФМн-АМ-сигнал и поступает на опорный вход синхронного детектора в качестве опорного напряжения, на управляющий вход клиппера 9 и на первый вход перемножителя 24. Работа клиппера 9 также синхронизируется тактовой частотой эталона 1 частоты и времени. Затем указанное напряжение регистрируется блоком 18 памяти. На выходе синхронного детектора 22 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 9, з)
uн1(t)=Uн1[1+m(t)],
где

К2 - коэффициент передачи синхронного детектора;
пропорциональное модулирующей функции m(t). Это напряжение поступает на вход аналового дескремблера 23, принцип работы которого соответствует принципу работы аналогового скремблера 33, но имеет противоположный характер. На выходе дескремблера 23 (второй выход II устройства) образуется исходная информация источника 32 аналового сообщения. На второй вход перемножителя 24 подается напряжение ur2(t) гетеродина 2, на его выходе образуется напряжение (фиг.9, и)
u7(t) = U7cos[2





где U7=0,5K3UoUr1;
К3 - коэффициент передачи перемножителя;
которое представляет собой ФМн-сигнал на стабильной частоте второго гетеродина. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 25 и поступает на информационный вход фазового детектора 26, па опорный вход которого подается напряжение ur2(t) второго гетеродина 3. На выходе фазового детектора 26 образуется низкочастотное напряжение (фиг.9, к)
uн2(t) = Uн2cos

где Uн2=0,5K4U7Ur2;
К4 - коэффициент передачи фазового детектора;
пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг. 9, б). Это напряжение поступает на вход цифрового дескремблера 27, принцип работы которого соответствует принципу работы цифрового скремблера 30, но имеет противоположный характер. На выходе дескремблера 27 (третий выход III устройства) образуется исходная информация источника 29 дискретного сообщения. Аналогичные операции осуществляются на пункте В. На втором шаге измерений (при передаче сигнала из пункта В), спустя какое-то время Т после окончания регистрации сигнала, переключатель 13 на пункте А размыкается, а на пункте В замыкается. В этот момент времени t3 B=t2 B+T генератор начинает формировать новый СВЧ-сигнал (сигнал












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

где

aj, bj (j=1, 2, 3) - время распространения сигнала между геостационарным ИСЗ-ретранслятором и пунктами А и В соответственно (фиг.2);
tA, tB - время задержки сигналов в излучающей аппаратуре обоих пунктов;






где







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


который следует в начале измерений рассчитать по приближенным эфемеридным данным, а затем уточнить по результатам текущих измерений. Что касается поправки




Радиоинтерферометрическое отношение сигнал/шум определяется выражением

а ошибки измерения временной задержки


где

Рc, Рш - мощность сигнала и шума на входе приемника;
tc - интервал когерентности сигнала при его ретрансляции. Тогда для получения ошибки, например,













Для вычисления разности показаний часов

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9