Menu English Ukrainian Russian Home

Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов Бесплатная техническая библиотека


Эталонные сигналы частоты и времени. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

Комментарии к статье Комментарии к статье

В различных отраслях экономики, в частности в электросвязи, существует широкий круг потребителей, требующих "привязки" (синхронизации) шкал времени с точностью от долей секунды до тысячных долей микросекунды, синхронизации частот генераторов, средств измерений времени и частоты с погрешностью от 10 до 10'13. Руководит системой передачи соответствующих сигналов Государственная служба времени и частоты России, научным центром которой является Институт метрологии времени и пространства, расположенный в п. Менделеево Московской обл. В статье описываются эталонные сигналы времени и частоты, передаваемые по различным каналам электросвязи, рассказывается, какими техническими средствами это осуществляется и как они используются для синхронизации шкал времени и частот генераторов.

Эталонные сигналы частоты и времени (ЭСЧВ) широко применяют в различных структурах телекоммуникаций. Так, при частотном уплотнении каналов связи передача сообщений ведется на одной боковой полосе частот спектра амплитудно-модулированного сигнала с подавлением несущей. Ее независимое восстановление на приемном конце линии требует, чтобы частоты генераторов были синхронизированы с погрешностью не хуже 10-9. Временное уплотнение, как правило, используется при передаче сообщений методом импульсно-кодовой модуляции и позволяет увеличить информационную емкость линии связи в десятки раз. Для предотвращения потерь информации в таких системах нужна точная привязка по времени тактового сигнала, генерируемого на приемной станции, относительно принимаемой импульсной последовательности. Для эффективной работы высокоскоростных систем дальней цифровой связи необходимо, чтобы частоты задающих генераторов в территориальных узлах связи поддерживались с точностью 10 -11.

В телевидении качественное выполнение режиссерского монтажа и микширования зависит от обеспечения синхронности и синфазности сигналов от студийных и внестудийных источников. Чтобы повысить качество телевизионного изображения, требуется формирование высокостабильных сигналов централизованной синхронизации, опорных сигналов цветовых поднесущих, поддержание высокой стабильности частоты возбудителей ТВ передатчиков.

Одно из возможных направлений использования ЭСЧВ - синхронизация таймеров отдельных компьютеров и компьютерных сетей.

Здесь приведено лишь несколько примеров направлений, где необходимо применение эталонных сигналов частоты и времени. Они, в частности, очень важны также для безопасности работы транспорта, особенно авиационного.

Промышленность выпускает широкий ассортимент средств измерений времени и частоты различной точности - от бытовых реле времени и часов до квантовых стандартов частоты. Настройка этих средств в процессе производства, проведение контрольных измерений и оценка их метрологических характеристик требуют использования эталонных средств, в том числе и ЭСЧВ, передаваемых по различным каналам связи.

В настоящее время единство измерений времени и частоты во всем мире обеспечивается в основном с помощью ЭСЧВ, передаваемых через различные средства информации, включающие в себя радиостанции, работающие в диапазонах СДВ, ДВ и KB, - как специализированные, предназначенные только для передачи эталонных сигналов, так и другого назначения (радионавигационные, связные, звукового вещания, телевизионные), передающие ЭСЧВ на вторичной основе, а также глобальные навигационные спутниковые системы ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США).

Для многих потребителей, в том числе и радиолюбителей, могут представлять интерес сигналы проверки времени - СПВ ("6 точек"), передаваемые по сети звукового вещания, а также передачи ЭСЧВ через специализированную ДВ радиостанцию РБУ Государственной службы времени и частоты России, работающую с мощностью излучения 10 кВт на частоте 66,(6) кГц, и по первой программе телевидения, содержащие кодированную информацию о текущих значениях времени.

Передаваемые через сеть звукового вещания СПВ несут повышенную информативность за счет сообщений о часе суток. Эти сигналы предназначены для проверки показаний и автоматической синхронизации часов технического и бытового назначения. Они представляют собой группу из шести радиоимпульсов с частотой заполнений 1000 Гц. Первые пять импульсов имеют длительность 100 мс каждый. Длительность шестого импульса изменяется в зависимости от значения часа суток московского времени от 100 мс до 560 мс через 20 мс в соответствии с выражением т=( 100+20h) мс, где h - текущее значение часа. Начало шестого импульса соответствует началу часа. Во втором, третьем, четвертом и пятом радиоимпульсах СПВ дополнительно могут передаваться сигналы в виде синусоидальных колебаний с уровнем на 21 дБ ниже максимального уровня СПВ, предназначенные для автоматического контроля каналов и трактов звукового вещания. Погрешность СПВ по времени не превышает 0,3 с при приеме их на европейской части России и 0,5 с - на остальной части страны.

Радиостанция РБУ для передачи времени и частоты, а также кодированной информации использует сигналы типа DXXXW (рис. 1).

Эталонные сигналы частоты и времени

Эти сигналы представляют собой несущие колебания синусоидальной формы с частотой 66,(6) кГц, прерываемые в течение каждых 100 мс на 5 мс. Через каждые 10 мс после прерывания несущие колебания в течение 80 мс подвергаются узкополосной фазовой модуляции синусоидальными сигналами с поднесущими частотами 100 или 312,5 Гц и индексом модуляции 0,698. Фазовая модуляция сигнала осуществляется цифровым способом и таким образом, что среднее значение фазы фазомодулированного сигнала равно фазе несущих колебаний в отсутствие модуляции. Сигналы с поднесущей частотой 312,5 Гц используются для маркирования секундных и минутных меток, а также для маркирования единиц в двоично-десятичном коде при передаче информации о шкалах времени в первом и втором 100 мс интервалах, отсчитываемой от секундной метки (см. ниже). Сигналы с поднесущей частотой 100 Гц используются для маркирования нулей в двоично-десятичном коде при передаче информации и заполнения всех 80 мс интервалов, свободных от передачи какой-либо информации.

Эталонными сигналами частоты (ЭСЧ) являются непосредственно несущие колебания излучаемого сигнала, среднесуточное значение частоты которых согласуется с размером единицы частоты, воспроизводимым Государственным эталоном времени и частоты с погрешностью не более 2 х 10-12. Как видно из рисунка, огибающая сигнала представляет собой врезки длительностью 5 мс, следующие с частотой 10 Гц. Эти врезки и являются эталонными сигналами времени (ЭСВ). Характерные точки ЭСВ радиостанции РБУ, которыми являются точки перегиба возрастающих фронтов врезок, согласуются с координированной шкалой атомного времени России UTS(SU) с погрешностью, не превышающей 10 мкс. При этом секундной меткой в сигнале является та врезка, которой предшествует интервал длительностью 80 мс, маркированный поднесущей 312,5 Гц (рис. 1). Минутные метки идентифицируются дополнительным маркированием поднесущей 312,5 Гц двух 80 мс интервалов, предшествующих секундному маркеру Информационная структура сигнала представлена на рис. 2.

Эталонные сигналы частоты и времени

Временной код, передаваемый в составе ЭСЧВ, построен на базе двух типов кодов: позиционно-единичного - для передачи значений разности шкал всемирного и всемирного координированного времени UT1-UTC и двоичнодесятичного с проверкой на четность - для передачи остальной информации. Элементы кода передаются каждую секунду с помощью модуляции несущих колебаний в первом и втором 100 мс интервалах, отсчитываемых от секундной метки.

Полный формат временного кода содержит 120 элементов (60 элементов в первом 100 мс интервале и 60 элементов во втором) и передается с циклом 1 мин. Начало минутного цикла (минутная метка) идентифицируется дополнительным маркированием восьмого и девятого 100 мс интервалов. Формат временного кода и содержание передаваемой информации представлены графически на рис. 3.

Эталонные сигналы частоты и времени
(нажмите для увеличения)

Информация о текущих значениях времени суток представлена в часах (h) и минутах (m), передаваемых в шкале московского времени с поправкой UT относительно всемирного времени, которая равна 3 ч в период действия "зимнего" времени и 4 ч - в период действия "летнего" времени. Информация о календарных датах включает: значение года текущего столетия (Y), значение месяца текущего года (М), значение дня месяца (dm) и значение порядкового номера дня недели (dm). Информация о дате по юлианскому календарю включает укороченную дату (TJD), представляющую собой четыре младших разряда числового значения модифицированной юлианской даты (юлианская дата - это число суток, непрерывно отсчитываемое от 12 ч всемирного времени 1 января 4713 г. до н. э.).

ЭСЧВ, излучаемые радиостанцией РБУ, обеспечивают сличение высокостабильных генераторов (квантовых стандартов частоты, кварцевых генераторов) на расстояниях до 3000 км с погрешностью (1...50)x10-12 за сутки и синхронизацию часов на расстояниях до 1000 км с погрешностью до 0,03...2 мс в зависимости от условий приема ЭСЧВ и используемой приемокомларирующей аппаратуры.

Для обеспечения более точных измерений времени и частоты используются ЭСЧВ, передаваемые по наземным и спутниковым каналам телевидения в составе телевизионных сигналов. ЭСЧВ содержат ЭСЧ, ЭСВ и кодовые сигналы текущих значений времени. Эти сигналы передаются в шестой строке каждого нечетного поля. Форма сигналов и их расположение в шестой строке показаны на рис. 4.

Эталонные сигналы частоты и времени

Размах вводимых сигналов составляет G,35±0,05 от размаха полного видеосигнала. Шестая строка разделена на три интервала, и в каждом передается свой вид сигналов. Для передачи ЭСЧ используется I интервал длительностью 15 мкс. ЭСЧ передаются в виде пакетов, состоящих из 15 периодов колебаний с частотой 1 МГц, которые в пакете всегда начинаются с положительной полуволны. Относительная суточная погрешность ЭСЧ в г. Москве не превышает 2 · 10-12.

Для передачи ЭСВ предназначен II интервал длительностью 12 мкс. Информацию о шкале времени несет характерная точка, соответствующая середине фронта ЭСВ. временное положение которой согласуется со шкалой UTC(SU) с погрешностью не более 0,5 мкс. Частота повторения ЭСВ - 1 Гц, длительность возрастающего фронта -20 нс.

Для передачи кодированной информации о текущих значениях времени - ТЗВ (ч, мин, с) предназначен III интервал длительностью 15 мкс. Информация о ТЗВ передается с помощью двоично-десятичного кода (рис. 5) в течение 24 кадров (полный цикл - 25 кадров за 1 с) с помощью радиоимпульсов различной частоты. Частота сигнала, соответствующего лог. 1 кода, равна 1,66 МГц, лог. 0 соответствует частота 2,5 МГц, а в качестве маркера сигнала конца цикла используется радиоимпульс с частотой 1 МГц в 25-м кадре. Для повышения помехоустойчивости в код ТЗВ введены проверочные разряды на четность Рс, Рмин и Рч. Код ТЗВ передается с циклом 1 с непрерывно в течение всего времени передач.

Эталонные сигналы частоты и времени

Центральный пункт формирования и ввода ЭСЧВ в шестую строку телевизионных сигналов первого канала ОРТ и его дублей, передаваемых по спутниковым каналам "Орбита 2, 3, 4", находится на техническом телевизионном центре (Москва, Останкино). В зависимости от используемых методов и средств погрешность синхронизации часов от телевизионных ЭСЧВ составляет от 0,02 до 10 мкс, погрешность сличений по частоте - (1...10)х10-12 за сутки.

Для информирования потребителей ЭСЧВ Государственной службой времени и частоты России (ГСВЧ) выпускается и рассылается по запросам ряд специальных бюллетеней.

Как видно из вышеизложенного, ЭСЧВ того или иного типа, содержащие кодированную информацию о времени и дате, доступны практически на всей территории России. Это открывает перед потребителями широкое поле деятельности в разработке бытовых радиочасов, а также устройств, позволяющих осуществить часофикацию предприятий и городов, синхронизацию таймеров компьютерных сетей, автоматизацию измерений с высокой точностью и надежностью. Это тем более актуально, так как промышленность в настоящее время выпускает очень небольшой спектр аппаратуры, использующей ЭСЧВ, а потребность в ней велика.

Промышленность освоила выпуск двух типов электронных часов, в которых текущие значения времени корректируются по СПВ "6 точек", передаваемым по сетям проводного вещания (радиотрансляции), и радиостанциями радиовещательных программ "Маяк" и "Радио-1": 1 - приемник сигналов проверки времени (ПСПВ-1); 2 - измеритель текущих значений времени и частоты электросети (ИВЧ-1).

Приемник ПСПВ-1 выполнен в виде платы, вставляемой в свободный слот персонального компьютера PC/AT. и применяется для синхронизации или "временной привязки" таймеров компьютеров и регистрации в нем времени и даты того или иного события.

ПСПВ-1 рассчитан на прием сигналов УКВ радиостанций, хранение и выдачу информации о текущих значениях времени суток (ч, мин, с) и дате (год, месяц, день), выделение СПВ, автоматическую коррекцию (установку) ТЗВ, вывод информации о времени и дате от таймера приемника на монитор и на шину персонального компьютера ISA, ввод информации о времени и дате от таймера приемника в системный таймер компьютера (ручной или автоматический по СПВ "6 точек"), вывод на экран монитора информации о времени на таймере приемника и системного таймера компьютера и разности между ними. Погрешность установки времени в таймере компьютера относительно середины фронта шестого сигнала СПВ "6 точек" при коррекции не превышает 0,1 с.

Измеритель ИВЧ-1 выполнен в виде микропроцессорного модуля и предназначен для измерения (хранения) и выдачи информации о текущих значениях времени, дате и частоте промышленной электросети с последующей передачей данных измерения через порт RS-232 в персональный компьютер. Этот прибор обеспечивает измерение частоты электросети, установку, хранение, индикацию на табло и выдачу информации о текущих значениях времени суток (ч, мин, с) и дате (год. месяц, день), выделение СПВ, автоматическую коррекцию текущих значений времени суток в таймере ИВЧ-1. вывод информации о времени, дате и частоте сети через порт RS-232. В ИВЧ-1 индицируются исправность цепей питания, аварийная ситуация, правильность приема СПВ. Погрешность хранения времени при ежечасной коррекции по СПВ - ±20 мс, при отсутствии коррекции - ±2 с/сутки.

Промышленностью выпускается также СИНХРОНОМЕТР ЧК7-50, предназначенный для синхронизации или "временной привязки" шкал времени, определения текущих значений времени суток (ч, мин. с) и даты (год. месяц, день), фиксации моментов совершения событий по эталонным сигналам частоты и времени, передаваемым радиостанцией РБУ, передачи информации через интерфейс IEC 625.

СИНХРОНОМЕТР ЧК7-50 может использоваться в метрологии, астрономии, геофизике, энергетике и т. д. Погрешность автоматической синхронизации шкалы времени - не более 20 мкс. чувствительность приемника - не хуже 2 мкВ.

Авторы: В.Борисочкин, С.Каган, Г.Черенков, п.Менделеева Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Использование Apple Vision Pro во время операций 16.03.2024

Медицинская команда больницы Кромвеля в Лондоне впервые применила Apple Vision Pro в ходе двух операций на позвоночнике. Это событие подтверждает потенциал гарнитуры в качестве медицинского инструмента, изменяющего подход к хирургической практике. Хотя сами врачи не использовали Vision Pro, операционная медсестра работала с виртуальной реальностью, используя очки во время подготовки и выполнения процедур. Гарнитура позволила просматривать виртуальные экраны в операционной, выбирать инструменты и следить за ходом операции. Программное обеспечение, разработанное компанией eXeX, специализирующейся на создании приложений на основе искусственного интеллекта для хирургии, существенно улучшило процесс оказания медицинской помощи пациентам. Использование Apple Vision Pro открывает новые возможности для разработки приложений в сфере здравоохранения, таких как клиническое образование, планирование операций, обучение и медицинская визуализация. Внедрение Apple Vision Pro в медицинскую пр ...>>

Хранение углерода в Северное море 16.03.2024

Министр энергетики Норвегии Терье Осланд объявил о запуске проекта Longship, нацеленного на создание центрального хранилища углекислого газа в Северном море. Этот амбициозный проект оценивается в $2,6 млрд и направлен на применение технологии CCS (углеродного захвата и хранения) для смягчения воздействия климатических изменений. Норвегия уже имеет опыт в области CCS благодаря успешным проектам Sleipner и Snohvit, и сейчас стремится увеличить объем углерода, запечатываемого под морским дном. План Longship предусматривает создание мощности по захвату и хранению 1,5 млн. тонн углерода ежегодно в течение 25 лет. Несмотря на позитивные перспективы, существуют опасения по поводу долгосрочных последствий такого хранения. Однако сторонники проекта утверждают, что морское хранение углерода имеет ряд преимуществ, включая минимальное воздействие на окружающую среду. Проект Longship осуществляется при участии компаний Equinor, Shell и TotalEnergies через совместное предприятие Northern Li ...>>

Выращены мини-органы из амниотической жидкости человека 15.03.2024

Международная команда ученых под руководством профессора Фань Сюлиня из Университета Чжэцзян разработала уникальный способ выращивания мини-органов из клеток, обнаруженных в амниотической жидкости человека. Этот значительный прорыв в медицине может привести к улучшению диагностики и лечения врожденных заболеваний. Органоиды, представляющие собой трехмерные клеточные структуры, имитирующие органы в меньшем масштабе, были выращены из клеток легких, почек и тонкого кишечника, найденных в амниотической жидкости. Этот метод открывает новые возможности для изучения различных состояний плода и может стать ключом к ранней диагностике и лечению врожденных дефектов. Хотя пока не проводились попытки использования этого метода в лечении, ученые надеются, что их исследования в будущем помогут бороться с серьезными врожденными заболеваниями, которые затрагивают миллионы новорожденных ежегодно. Этот прорыв может изменить практику медицинских вмешательств, позволяя диагностировать и лечить врожд ...>>

Случайная новость из Архива

Высотомеры MS5611 и MS5607 28.08.2019

Компания TE Connectivity выпускает прецизионные датчики атмосферного давления, которые могут использоваться в качестве высотомеров с разрешающей способностью до 10 сантиметров.

MS5611-01BA03, MS5607-02BA - представители линейки датчиков с повышенным разрешением разработки MEAS (Швейцария). Эти барометрические датчики давления оснащены интерфейсами SPI и I2C и оптимизированы для применения в вариометрах и высотомерах с разрешением по высоте 10...20 сантиметров.

В сборку входят датчик давления повышенной линейности и 24-разрядный АЦП со сверхнизким энергопотреблением и внутренней заводской калибровкой. Высокая разрешающая способность внутреннего температурного сенсора позволяет реализовать функцию альтиметра/термометра без использования внешнего датчика температуры.

MS5611/MS5607 могут работать совместно с микроконтроллерами различных типов. Нет необходимости программировать внутренние регистры устройства благодаря простому коммуникационному протоколу.

Миниатюрный корпус 5x3x1 мм позволяет интегрировать этот датчик в устройства портативной мобильной электроники.

Сенсорные модули нового поколения интегрируют десятилетний передовой опыт компании MEAS в области MEMS-технологий и крупносерийного производства альтиметрических модулей.

Результатом применения этих технологий стали очень малое значение гистерезиса и высочайшая стабильность выходных сигналов - как давления, так и температуры.

Особенности MS560702BA03-50 и MS561101BA03-50:

Высотомер высокого разрешения:
MS561101BA03-50 до 10 см;
MS560702BA03-50 до 20 см;
Быстрые измерения - до 1 мс;
Низкое потребление, 1 мкA (standby < 0,15 мкA);
Корпус QFN 5,0 x 3,0 x 1,0 мм;
Напряжение питания 1,8...3,6 В;
Интегрированный датчик атмосферного давления (24 бит АЦП);
Диапазон измерения: от 10 до 1200 мбар, -40...85°C;
Интерфейсы I2C и SPI со скоростью до 20 МГц;
Нет необходимости во внешнем осцилляторе;
Превосходные показатели стабильности.

Другие интересные новости:

▪ Обнаружен белок, предотвращающий преждевременные роды

▪ HTC One X+

▪ Глобальная система позиционирования и навигации GNSS

▪ Стресс одного партнера приводит к лишнему весу у другого

▪ Silicon Power выпускает карточки microSDHC 32 ГБ Class 6

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

 

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки. Подборка статей

▪ статья Нервные болезни. Конспект лекций

▪ статья Почему президент США никак не поздравил четырехкратного олимпийского чемпиона? Подробный ответ

▪ статья Частуха обыкновенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Бесконтактные датчики приближения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме MC34165P. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:





All languages of this page

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua

www.diagram.com.ua
2000-2024