Способ передачи сигнала времени и способ приема сигнала времени

Номер патента: 2029

Опубликовано: 24.12.2001

Авторы: Шефер Вольфганг, Хубер Феликс, Мессершмид Эрнст

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ передачи сигнала времени, причем

- для достижения глобального приема сигнала времени производят передачу сигнала на определенной частоте или нескольких частотах перемещающимся относительно одной точки на земной поверхности летательным аппаратом (2), который движется по траектории (19) с большим наклоном траектории,

- сигнал времени в виде лепестка диаграммы направленности вращают по предварительно задаваемой траектории на передатчике (6) и

- вращающийся передающий лепесток включает в себя угловую информацию, которая служит для определения направления передатчика (6).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сигнала времени передают действующее для пролетаемого места местное время.

3. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сигнал (14) времени излучают статически или динамически.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что лепесток диаграммы направленности вращают дискретно или непрерывно по времени.

5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что передатчик (6) использует вспомогательные частоты.

6. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что применяют отдельные антенны с фазовым управлением или поворотные антенны для передачи сигнала (14) времени.

7. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что земную поверхность разделяют на подходящие, пронумерованные зоны (17).

8. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно к сигналу (14) времени передают дополнительную информацию.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительная информация включает в себя эфемериды передатчика, направление полета, координаты и/или время следующего пролета передатчика (6).

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что передатчик (6) автономно проводит поправку на ионосферу или получает передаваемую контрольной станцией (10.2).

11. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сигнал передатчика (6) растягивают за счет частотной и/или фазовой модуляции.

12. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что раздельно проводят модуляцию и кодирование сигнала (14) времени передатчика (6).

13. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кодирование и передачу производят синхронно.

14. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что осуществляют синхронное смещение частот передачи.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что из частоты смещения получают повышение временного разрешения.

16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что из фазового положения смещения получают дополнительное временное разрешение сигнала (14) времени.

17. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что переданные пакеты данных содержат введенные сигналы синхронизации.

18. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при прохождении над национальным передатчиком времени на Земле осуществляют автоматическую установку часов на борту летательного аппарата (2).

19. Способ приема сигнала времени, причем

- приемник по принятому сигналу времени автономно определяет свое географическое положение на Земле и по нему определяет действующее местное время, причем приемник определяет свое географическое положение по излученному передатчиком на одной частоте или нескольких частотах сигналу времени, доплеровское смещение и/или по дисперсии времени прохождения сигнала времени расстояние до передатчика и

- приемник по излученному в виде вращающегося лепестка сигналу времени определяет угол излучения.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что для определения положения приемника (8) оценивают доплеровский скачок частоты приема.

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что часы (9), предпочтительно наручные часы, принимают сигнал времени.

22. Способ по п.19, отличающийся тем, что приемник (8) автономно определяет свое географическое положение и этим осуществляет согласование с определенной географической, предпочтительно пронумерованной зоной (17).

23. Способ по п.19, отличающийся тем, что при помощи разности времени прохождения передаваемых на разных частотах сигналов через ионосферу приемником определяют расстояние между передатчиком (6) и приемником (8).

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Изобретение касается способа передачи сигнала времени в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения, а также способа приема сигнала времени в соответствии с ограничительной частью п.21 формулы изобретения. Наземный передатчик сигнала времени,такой как, например, передатчик DCF-77 физико-технического федерального учреждения(РТВ) во Франкфурте-на-Майне, передает свой сигнал времени в частотном диапазоне длинных волн для достижения большой дальности действия. Однако, несмотря на большую излучаемую мощность, достигается дальность действия только 1200-2000 км. Этот сигнал времени,кроме того, рассчитан только на национальное время и использует далее специальную частоту передачи и собственную кодировку, так что при нахождении за рубежом приемник должен быть пригоден для приема нескольких различных сигналов времени или же больше не сможет принять ничего поддающегося обработке. При нахождении на море далеко от побережья прием вообще больше не является возможным. Правда,возможно определение времени с помощью спутниковой навигационной системы (GPS),однако, здесь отсутствует дополнительная информация, такая как летнее время, коммутационная секунда и так далее, так что становится необходимой трудоемкая, наполовину ручная установка, чтобы получить действующее местное время. Известны также так называемые многофункциональные радиочасы, которые позволяют принимать или обрабатывать сигналы времени в различных странах. Однако при этом необходимо, чтобы часы устанавливались пользователем так, что часам известно место, в котором они находятся. Эти многофункциональные радиочасы все же не могут функционировать во всех странах. Из US-A-5 408 444 известен способ определения положения приемника. Чтобы иметь возможность установить правильное время на этом приемнике, его положение должно определяться с помощью, по меньшей мере, трех спутников спутниковой навигационной системыGPS. Если положение определено, установка времени происходит с помощью предварительно заданного для этого положения значения поправки, которое заложено в банке данных приемника. Из US-A-5 547 660 также известно определение местоположения находящегося на земле приемника при помощи системы GPS. Сверх того, у находящегося на земле приемника предусмотрена антенна для слежения за соответствующей траекторией полета. Из DE 43 13 945 A1 также известны несколько спутников, объединенные в одну спутниковую систему. Для определения положения приемника, который должен принимать сигнал 2 времени, используется лишь доплеровская характеристика по времени. Такого рода определения местоположения все же являются очень неточными. Задачей изобретения поэтому является предоставление соответственно способа передачи и приема сигнала времени, при котором лишь передатчик должен подготавливаться для определения местоположения приемника, чтобы иметь возможность установить действующее местное время. Эта задача решается способом с отличительными признаками п.1 формулы изобретения. Способ в соответствии с изобретением по п.1 предусматривает, что для достижения глобального приема сигнала времени производится излучение от движущегося относительно одной точки на земной поверхности летательного аппарата. Сигнал времени в соответствии с изобретением передается на одной определенной частоте или на нескольких частотах летательным аппаратом, который движется по траектории с большим наклоном, причем сигнал времени может излучаться статически или динамически. Далее предусмотрено, что сигнал в форме лепестка диаграммы направленности вращается по предварительно задаваемой траектории у передатчика, причем лепесток диаграммы направленности может вращаться дискретно или непрерывно по времени, и вращающийся передающий лепесток включает в себя угловую информацию, которая служит для определения направления передатчика. Если сигнал времени передается на одной частоте, с помощью доплеровской характеристики может определяться дальность между передатчиком и приемником. Если применяются несколько частот, дальность между передатчиком и приемником определяется по дисперсии времени прохождения. Кроме того, местоположение приемника определяется за счет того, что из вращающегося лепестка приемником извлекается угловая информация,чтобы иметь возможность установить, находится ли приемник слева или справа от наземного следа летательного аппарата. Таким образом,является возможным точное определение места нахождения приемника, так что на приемнике может устанавливаться фактически правильное действующее местное время. Для определения местонахождения приемника, таким образом,подлежащий излучению сигнал излучается вниз не равномерно, а вращается при помощи вращающегося лепестка. Это вращение может производиться либо механически перемещающимися антеннами, либо подходящим электронным средством, например, могут применять отдельные антенны с фазовым управлением или поворотные антенны для передачи сигнала времени. Вращающийся лепесток изменяется надлежащим образом в зависимости от излученного углового положения, так что по принимаемому 3 сигналу может определяться действующий в данный момент времени угол излучения. Это может производиться, например, посредством вспомогательной частоты, так что каждое угловое положение или же каждая зона углового положения от 0 до 360 имеет определенную вспомогательную частоту. Угол от 90 до 270 к моменту времени наибольшего сближения определяет тогда сторону пролета. Приемник по принимаемым сигналам передатчика сигнала времени автономно определяет свое собственное географическое положение на Земле и по нему определяет действующее местное время без необходимости привлечения к этому пользователя. Стандартный спутник не принимает во внимание такой сигнал времени, так как либо высота полета слишком высока для необходимой продолжительности жизни и за счет этого не достигаются необходимые напряженности поля приема, либо слишком мало наклонение орбиты, так что не может облучаться вся поверхность Земли. С помощью низколетящего (на высоте, например, 200-400 км) спутника или космической станции с большим наклонением орбиты все же можно покрыть земную поверхность в интервале 70-80 по широте. За счет большого наклонения орбиты в течение определенного времени спутником или же космической станцией облетается вся земная поверхность. За счет специальной геометрии антенны устройства в соответствии с изобретением область покрытия земной поверхности может простираться настолько, что не могут обеспечиваться только полярные области. Земные радиочасы синхронизируются обычно только один раз в день, чтобы щадить батарею. Это обычно происходит ночью, так как в это время также проводится переключение с летнего на зимнее время и наоборот. У поддерживаемых из космоса радиочасов это не возможно без проблем, так как передатчик к предварительно заданному моменту времени должен находиться в зоне приема. Поэтому передатчик сигнала времени в соответствии с изобретением дополнительно к собственно временной информации передает еще дополнительные данные о следующих пролетных временах для определенной области, так что приемник уже заранее знает контактные времена приема. При первом включении часов или при пропуске контактных моментов времени приемник всегда включается только на короткое время, чтобы установить,должен ли приниматься сигнал времени. Затем закладывается перерыв, который короче временного окна приема, так что возможный контакт не может быть пропущен. Как только был произведен первый контакт приема, часы переходят к нормальному циклу включения. Зона приема для определенного наземного пункта передатчика может простираться на несколько временных поясов. Поэтому приемник 4 должен установить, как далеко мгновенный наземный пункт, для которого рассчитаны передаваемые данные, удален от собственного географического положения. Для этого предусмотрены две возможности: 1. При пролете спутника или космической станции относительно близко к приемнику вызываемое высокой скоростью передатчика доплеровское смещение принимаемой частоты настолько сильное, что по скачку частоты и форме скачка могут определяться момент времени прохождения и, тем самым, расстояние. 2. При относительно далеко удаленном пролете передатчика оценивается дисперсия времени прохождения, следовательно, зависимость скорости распространения волнового движения от длины волны или частоты, различных частот при прохождении через ионосферу Земли. Электропроводящие, верхние воздушные слои атмосферы (ионосфера) по-разному препятствуют распространению радиоволн в зависимости от частоты излучаемого сигнала. Это является причиной того, что одновременно излученные сигналы различной частоты приходят на приемник в различные моменты времени. Если электрическая проводимость ионосферы известна, по этому временному смещению может быть определена дальность передатчика от приемника. Действующие параметры ионосферы могут определяться наземной станцией или передатчик сигнала времени постоянно сам измеряет ионосферу, тем что обрабатывается эхо тестового сигнала. В другом предпочтительном варианте исполнения изобретения земная поверхность подразделяется на нумерованные зоны для экономии памяти и затрат на вычисление внутри приемника. Передатчик тогда дополнительно к сигналу времени передает номер действующей зоны и ранее упомянутую дополнительную информацию. Эти данные запоминаются в приемнике. Передатчик, таким образом, уже заранее может рассчитать орбитальные поправки и временные переключения, и передать их приемнику. За счет разделения Земли на соответствующие зоны, которые не должны быть идентичными международным временным поясам, таким образом, приемник в состоянии за счет простого прибавления смещения к передаваемой временной информации передатчика сигнала времени или же вычитания его может рассчитать действующее время, в котором находится приемник. Передатчик передает, непрерывно повторяя, действующее время и дополнительную информацию. Чтобы приемнику не нужно было ждать все время уже начавшегося пакета данных, прежде чем может начаться прием полного пакета, в поток данных введены легко распознаваемые сигналы синхронизации, так что обработка может также начинаться среди пакета. Это сводит до минимума время, на которое 5 должен активироваться приемник и за счет этого уменьшает потребление тока часов. По международным предписаниям передатчики на спутниках или космических станциях не должны превышать определенной мощности передачи (power flux density = плотности потока энергии), чтобы не нарушать работу других систем. Чтобы выполнить это граничное условие, в способе в соответствии с изобретением применяется так называемая техника связи с расширенным спектром (spread spectrum technics), и притом так, что может производиться раздельное кодирование и модуляция. Сигнал передачи затем с определенной частотой и с определенным качанием частоты периодически смещается по частоте передачи (sweeping = качание по частоте). Это качание и все другие изменения сигнала передачи происходят синхронно и жестко связано по фазе со стандартами времени бортового передатчика сигнала времени, так что по мгновенной частоте качания и положению фазы качания принимаемое время может определяться с разрешением до микросекунд. Для установки времени бортового передатчика сигнала времени используются, вопервых, сигналы управления от наземной или контрольной станции, во-вторых, передатчик сигнала времени сам может декодировать сигналы времени национальных передатчиков времени при пролете, чтобы тем самым синхронизировать себя самого. Изобретение теперь подробнее описывается с помощью примера исполнения со ссылкой на чертежи. При этом показывают фиг. 1 - схематическое изображение поддерживаемой из космоса глобальной системы сигнала времени,фиг. 2 - схематическое представление Земли,фиг. 3 - типичную зону приема на Земле и фиг. 4 - график доплеровского смещения частоты. На фиг. 1 показана поддерживаемая из космоса глобальная система сигнала времени 1,которая применяется для распределения почти глобально подлежащую приему сигнала времени 14, чтобы этим вызывать автоматическую установку часов на соответствующее местное время, в котором находятся часы. Система 1 сигнала времени имеет летательный аппарат 2 в виде спутника 3, приемный блок 4, генератор 5 сигнала времени и наземную станцию 10.2 вместе с антенной 10.1. Спутник 3 имеет передатчик 6 сигнала времени, который служит для распределения или же для рассылки сигнала 14 времени, а также другой дополнительной информации. Сигнал 14 времени в представлении на фиг.1 символически обозначен полукруглыми волновыми пакетами и не позволяет судить о фактическом направлении распространения сигнала 14 вре 002029 6 мени, а также дополнительной информации. Необходимые для функционирования спутника 3 устройства, такие, как например, энергоснабжение или управление полетом ради наглядности не снабжены условными обозначениями. Приемный блок 4, который находится на Земле 7, имеет приемник 8 сигнала времени и часы 9. Часы 9, которые предпочтительно могут быть выполнены также как наручные часы, и приемник 8 сигнала времени соединены друг с другом линией 12 связи, так что информация о синхронизации от приемника 8 сигнала времени может передаваться к часам 9. Генератор 5 сигнала времени служит для формирования временной развертки, например,при помощи атомных часов. Линией 11 передачи генератор 5 сигнала времени соединен с обозначенной также как контрольная станция наземной станцией 10.2. Наземная станция 10.2 вместе с ее антенной 10.1 служит для передачи сигнала, который обозначен на фиг. 1 стрелкой 15 и служит для синхронизации бортового времени спутника 3. Траектория движения спутника 3 на фиг. 1 обозначена стрелкой 13. Другая стрелка 16 обозначает направление потока сигнала 14 времени от передатчика 6 сигнала времени к приемнику 8 сигнала времени. На фиг. 2 в схематическом представлении показана Земля 7, которая разделена на несколько сегментов или зон 17. Две соседние зоны 17 отделяются друг от друга одной зональной границей 18, которые проходят параллельно меридианам или же параллелям Земли 7,так что зоны 17 выполнены квазиквадратными или прямоугольными. Зоны 17, по возможности,следует выбирать так, чтобы они примерно совпадали с существующими на Земле 7 временными поясами; это возможно все же только приблизительно, так как на Земле 7 имеется немного прямолинейных границ временных поясов. На фиг. 2 зоны 17 нанесены только схематически и не позволяют судить об их фактическом размере; на практике размер зоны 17 следует выбирать таким, чтобы она была меньше зоны приема. Спутник 3 вместе с его траекторией 19 движения ради наглядности на фиг. 2 указан только схематически. Правильный ход траектории полета или же правильную орбиту 19 можно увидеть из фиг. 3, которая подробнее описывается ниже. На фиг. 3 на развертке Земли 7 показана зона 20 приема спутника 3 на Земле 7. За счет высокого наклонения или же большого наклона траектории спутника 3 получается орбита 19,которая имеет синусоподобную форму. За счет многократного обращения спутника 3 вокруг Земли 7 получается тем самым покрывающая поверхность или почти глобальная зона 20 приема. На фиг. 3 зона 20 приема спутника 3 нанесена так, что спроецированный на Землю 7 конус 21 приема в данный момент времени на 7 ходится над Европой. На фиг. 3 хорошо видно,что спроецированный на Землю 7 конус 21 приема, который за счет развертки Земли 7 выполнен на изображении эллиптическим, охватывает всю Европу и, таким образом, покрывает несколько реально существующих временных поясов. На фиг. 4 показан график 22 с примерной частотой характеристикой 25 доплеровского смещения, такой, какой она может приниматься с точки зрения приемника 8 сигнала времени. На графике 22 фиг. 4 на абсциссе 23 нанесено время и на ординате 24 нанесена частота. Штриховая вертикальная линия 26 обозначает точку пролета to, в которой приемник 8 сигнала времени имеет минимальное расстояние до передатчика 6 сигнала времени. Область слева от штриховой линии 26 обозначает приближение передатчика 6 сигнала времени к приемнику 8 сигнала времени и, соответственно, область справа от линии 26 обозначает область, в которой передатчик 6 сигнала времени удаляется от приемника 8 сигнала времени. Чем больше составляющая скорости передатчика 6 сигнала времени в направлении приемника 8 сигнала времени, то есть чем ближе спутник 3 пролетает к приемнику 8 сигнала времени, тем более выражен, то есть тем больше скачок частоты в области времени пролета to. По частотной характеристике 25, таким образом, приемник 8 сигнала времени может определять расстояние до передатчика 6 сигнала времени. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ передачи сигнала времени, причем для достижения глобального приема сигнала времени производят передачу сигнала на определенной частоте или нескольких частотах перемещающимся относительно одной точки на земной поверхности летательным аппаратом (2),который движется по траектории (19) с большим наклоном траектории,сигнал времени в виде лепестка диаграммы направленности вращают по предварительно задаваемой траектории на передатчике (6) и вращающийся передающий лепесток включает в себя угловую информацию, которая служит для определения направления передатчика (6). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сигнала времени передают действующее для пролетаемого места местное время. 3. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сигнал (14) времени излучают статически или динамически. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что лепесток диаграммы направленности вращают дискретно или непрерывно по времени. 8 5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что передатчик (6) использует вспомогательные частоты. 6. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что применяют отдельные антенны с фазовым управлением или поворотные антенны для передачи сигнала (14) времени. 7. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что земную поверхность разделяют на подходящие, пронумерованные зоны (17). 8. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно к сигналу (14) времени передают дополнительную информацию. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительная информация включает в себя эфемериды передатчика, направление полета,координаты и/или время следующего пролета передатчика (6). 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что передатчик (6) автономно проводит поправку на ионосферу или получает передаваемую контрольной станцией (10.2). 11. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сигнал передатчика (6) растягивают за счет частотной и/или фазовой модуляции. 12. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что раздельно проводят модуляцию и кодирование сигнала (14) времени передатчика (6). 13. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кодирование и передачу производят синхронно. 14. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что осуществляют синхронное смещение частот передачи. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что из частоты смещения получают повышение временного разрешения. 16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что из фазового положения смещения получают дополнительное временное разрешение сигнала (14) времени. 17. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что переданные пакеты данных содержат введенные сигналы синхронизации. 18. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при прохождении над национальным передатчиком времени на Земле осуществляют автоматическую установку часов на борту летательного аппарата (2). 19. Способ приема сигнала времени, причем приемник по принятому сигналу времени автономно определяет свое географическое положение на Земле и по нему определяет действующее местное время, причем приемник определяет свое географическое положение по излу 9 ченному передатчиком на одной частоте или нескольких частотах сигналу времени, доплеровское смещение и/или по дисперсии времени прохождения сигнала времени расстояние до передатчика и приемник по излученному в виде вращающегося лепестка сигналу времени определяет угол излучения. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что для определения положения приемника (8) оценивают доплеровский скачок частоты приема. 21. Способ по п.19, отличающийся тем, что часы (9), предпочтительно наручные часы, принимают сигнал времени. 10 22. Способ по п.19, отличающийся тем, что приемник (8) автономно определяет свое географическое положение и этим осуществляет согласование с определенной географической,предпочтительно пронумерованной зоной (17). 23. Способ по п.19, отличающийся тем, что при помощи разности времени прохождения передаваемых на разных частотах сигналов через ионосферу приемником определяют расстояние между передатчиком (6) и приемником

МПК / Метки

МПК: G04G 5/00

Метки: времени, передачи, сигнала, способ, приема

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/6-2029-sposob-peredachi-signala-vremeni-i-sposob-priema-signala-vremeni.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ передачи сигнала времени и способ приема сигнала времени</a>

Похожие патенты