Signaux de référence de fréquence et de temps. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Dans divers secteurs de l'économie, en particulier dans les télécommunications, il existe un large éventail de consommateurs qui ont besoin de "lier" (synchronisation) des échelles de temps avec une précision de la fraction de seconde au millième de microseconde, de la synchronisation des fréquences du générateur, des instruments de mesure du temps et de la fréquence avec une erreur de 10 à 10'13. Le système de transmission des signaux correspondants est géré par le Service d'État du temps et des fréquences de Russie, dont le centre scientifique est l'Institut de métrologie du temps et de l'espace, situé dans le village de Mendeleevo, région de Moscou. L'article décrit les signaux de référence de temps et de fréquence transmis sur différents canaux de télécommunication, indique quels moyens techniques cela est réalisé et comment ils sont utilisés pour synchroniser les échelles de temps et les fréquences des générateurs.

Les signaux de référence de fréquence et de temps (ESChV) sont largement utilisés dans diverses structures de télécommunications. Ainsi, avec le multiplexage en fréquence des canaux de communication, les messages sont transmis sur une bande latérale du spectre d'un signal modulé en amplitude avec suppression de porteuse. Sa récupération indépendante à l'extrémité réceptrice de la ligne nécessite que les fréquences de l'oscillateur soient synchronisées avec une erreur non pire que 10-9. Le multiplexage temporel, en règle générale, est utilisé lors de la transmission de messages à l'aide de la méthode de modulation par impulsions codées et permet d'augmenter la capacité d'information d'une ligne de communication de dizaines de fois. Pour empêcher la perte d'informations dans de tels systèmes, une synchronisation exacte du signal d'horloge généré au niveau de la station de réception par rapport à la séquence d'impulsions reçues est requise. Pour le fonctionnement efficace des systèmes de communication numérique à grande vitesse et longue portée, il est nécessaire que les fréquences des générateurs maîtres dans les centres de communication territoriaux soient maintenues avec une précision de 10 -11.

À la télévision, la qualité du montage et du mixage des réalisateurs dépend de la garantie du synchronisme et des signaux en phase des sources studio et hors studio. Pour améliorer la qualité d'une image de télévision, il est nécessaire de former des signaux de synchronisation centralisés hautement stables, des signaux de référence de sous-porteuses de couleur et de maintenir une stabilité à haute fréquence des excitateurs de l'émetteur de télévision.

L'une des directions possibles de l'utilisation d'ESChV est la synchronisation des minuteries d'ordinateurs individuels et de réseaux informatiques.

Voici quelques exemples de directions où des signaux de référence de fréquence et de temps sont nécessaires. En particulier, ils sont également très importants pour la sécurité des transports, en particulier de l'aviation.

L'industrie produit une large gamme d'instruments de mesure du temps et de la fréquence de différentes précisions - des relais et horloges domestiques aux étalons de fréquence quantiques. La mise en place de ces outils dans le processus de production, la réalisation de mesures de contrôle et l'évaluation de leurs caractéristiques métrologiques nécessitent l'utilisation d'outils de référence, dont l'ESChV, transmis via différents canaux de communication.

À l'heure actuelle, l'uniformité des mesures de temps et de fréquence à travers le monde est assurée principalement au moyen d'ESHF transmis par divers moyens d'information, y compris les stations radio opérant dans les bandes VLF, LW et HF, toutes deux spécialisées, destinées uniquement à la transmission de signaux de référence, et à d'autres fins (radionavigation, communications, radiodiffusion sonore, télévision), transmettant ESHF à titre secondaire, ainsi que les systèmes mondiaux de navigation par satellite GLONASS (Russie) et GPS (États-Unis).

Pour de nombreux consommateurs, y compris les radioamateurs, les signaux de vérification de l'heure - SPV ("6 points"), transmis sur le réseau de diffusion sonore, ainsi que les transmissions ESCHV via une station de radio LW spécialisée du Service national russe de l'heure et des fréquences, fonctionnant avec une puissance de rayonnement de 10 kW à une fréquence de 66, (6) kHz, et sur le premier programme télévisé contenant des informations codées sur les valeurs horaires actuelles, peuvent être intéressants.

Les SPV transmis par le réseau de diffusion sonore transportent un contenu d'information accru en raison de messages sur l'heure de la journée. Ces signaux sont conçus pour vérifier les lectures et synchroniser automatiquement les horloges à des fins techniques et domestiques. Ils représentent un groupe de six impulsions radio avec une fréquence de remplissage de 1000 Hz. Les cinq premières impulsions ont une durée de 100 ms chacune. La durée de la sixième impulsion varie selon la valeur de l'heure du jour Moscou de 100 ms à 560 ms après 20 ms selon l'expression t=(100+20h) ms, où h est la valeur courante de l'heure. Le début de la sixième impulsion correspond au début de l'heure. Dans les deuxième, troisième, quatrième et cinquième impulsions radio SPW, des signaux peuvent en outre être transmis sous forme d'oscillations sinusoïdales avec un niveau inférieur de 21 dB au niveau SPW maximal, destiné au contrôle automatique des canaux et des chemins de diffusion audio. L'erreur de SST dans le temps ne dépasse pas 0,3 s lorsqu'ils sont reçus dans la partie européenne de la Russie et 0,5 s dans le reste du pays.

La station radio RBU utilise des signaux de type DXXXW pour transmettre l'heure et la fréquence, ainsi que des informations codées (Fig. 1).

Ces signaux sont des oscillations porteuses de forme sinusoïdale de fréquence 66.(6) kHz, interrompues toutes les 100 ms par 5 ms. Toutes les 10 ms après interruption, les oscillations de la porteuse sont modulées en phase bande étroite pendant 80 ms par des signaux sinusoïdaux avec des fréquences de sous-porteuse de 100 ou 312,5 Hz et un indice de modulation de 0,698. La modulation de phase du signal est réalisée numériquement et de manière à ce que la valeur moyenne de la phase du signal modulé en phase soit égale à la phase des oscillations de la porteuse en l'absence de modulation. Les signaux avec une fréquence de sous-porteuse de 312,5 Hz sont utilisés pour marquer les secondes et les minutes, ainsi que pour marquer les unités en code décimal codé binaire lors de la transmission d'informations sur les échelles de temps dans les premier et deuxième intervalles de 100 ms, comptés à partir de la deuxième marque (voir ci-dessous). Des signaux avec une fréquence de sous-porteuse de 100 Hz sont utilisés pour marquer des zéros dans le code BCD lors de la transmission d'informations et remplir tous les intervalles de 80 ms libres de toute transmission d'informations.

Les signaux de référence de fréquence (EFS) sont directement des oscillations porteuses du signal émis, dont la valeur de fréquence quotidienne moyenne est cohérente avec la taille de l'unité de fréquence, reproduites par l'étalon de temps et de fréquence de l'État avec une erreur ne dépassant pas 2 x 10-12. Comme on peut le voir sur la figure, l'enveloppe du signal est une coupure de 5 ms, suivie à une fréquence de 10 Hz. Ces inserts sont les signaux temporels de référence (ESV). Les points caractéristiques de l'ESP de la station de radio RBU, qui sont les points d'inflexion des fronts montants des raccordements, sont cohérents avec l'échelle de temps atomique russe coordonnée UTS (SU) avec une erreur ne dépassant pas 10 μs. Dans ce cas, la deuxième marque du signal est l'insert, qui est précédé d'un intervalle de 80 ms, marqué d'une sous-porteuse de 312,5 Hz (Fig. 1). Les marques minuscules sont identifiées par un marquage supplémentaire de la sous-porteuse à 312,5 Hz de deux intervalles de 80 ms précédant le deuxième marqueur.La structure d'information du signal est illustrée à la fig. 2.

Le code horaire transmis dans le cadre de l'ESChV est construit sur la base de deux types de codes : positional-unit - pour transmettre les valeurs de la différence entre les échelles UTC et UTC UT1-UTC, et binaire décimal avec parité - pour transmettre d'autres informations. Les éléments de code sont transmis toutes les secondes en utilisant la modulation de porteuse dans les premier et second intervalles de 100 ms comptés à partir de la seconde marque.

Le format de code à temps plein contient 120 éléments (60 éléments dans le premier intervalle de 100 ms et 60 éléments dans le second) et est transmis avec un cycle de 1 min. Le début du cycle des minutes (marque des minutes) est identifié par un marquage supplémentaire des huitième et neuvième intervalles de 100 ms. Le format du code temporel et le contenu des informations transmises sont présentés graphiquement à la fig. 3.

(cliquez pour agrandir)

Les informations sur les valeurs actuelles de l'heure du jour sont présentées en heures (h) et minutes (m) transmises dans l'échelle de temps de Moscou avec correction UT par rapport au temps universel, qui est égale à 3 heures pendant la période "hiver" et 4 heures - pendant la période "été". Les informations de date calendaire comprennent : la valeur de l'année du siècle en cours (Y), la valeur du mois de l'année en cours (M), la valeur du jour du mois (dm) et la valeur du numéro de série du jour de la semaine (dm). Les informations sur la date julienne incluent la date abrégée (TJD), qui correspond aux quatre chiffres les moins significatifs de la valeur numérique de la date julienne modifiée (la date julienne est le nombre de jours comptés en continu à partir de 12h1 UT le 4713er janvier XNUMX av. J.-C.).

ESChV, émis par la station radio RBU, fournit une comparaison de générateurs très stables (étalons de fréquence quantiques, générateurs à quartz) à des distances allant jusqu'à 3000 km avec une erreur de (1 ... 50)x10-12 par jour et une synchronisation d'horloge à des distances jusqu'à 1000 km avec une erreur allant jusqu'à 0,03 ...

Pour fournir des mesures plus précises du temps et de la fréquence, ESHF est utilisé, transmis sur les chaînes de télévision terrestres et par satellite dans le cadre des signaux de télévision. ESChV contient ESCH, ESV et les signaux de code des valeurs actuelles du temps. Ces signaux sont transmis sur la sixième ligne de chaque champ impair. La forme des signaux et leur emplacement dans la sixième ligne sont illustrés à la fig. 4.

La plage des signaux d'entrée est de G.35 ± 0,05 de la plage complète du signal vidéo. La sixième ligne est divisée en trois intervalles, et chacun a son propre type de signaux. Pour la transmission de l'ECH, un intervalle I d'une durée de 15 µs est utilisé. Les ESC sont transmis en rafales composées de 15 périodes oscillatoires à une fréquence de 1 MHz, qui commencent toujours par une demi-onde positive dans la rafale. L'erreur quotidienne relative de l'ESP à Moscou ne dépasse pas 2 · 10-12.

Pour la transmission d'ESP, le deuxième intervalle est prévu avec une durée de 12 μs. L'information sur l'échelle de temps est portée par un point caractéristique correspondant au milieu du front ESP. dont la position temporelle est cohérente avec l'échelle UTC(SU) avec une erreur ne dépassant pas 0,5 µs. La fréquence de répétition ESP est de 1 Hz, la durée du front montant est de 20 ns.

Pour la transmission d'informations codées sur les valeurs actuelles du temps - TZV (h, min, s), l'intervalle III d'une durée de 15 μs est prévu. Les informations sur le TVT sont transmises à l'aide d'un code binaire-décimal (Fig. 5) pour 24 trames (cycle complet - 25 trames par 1 s) à l'aide d'impulsions radio de différentes fréquences. La fréquence du signal correspondant au log. 1 code, égal à 1,66 MHz, log. 0 correspond à une fréquence de 2,5 MHz, et une impulsion radio de fréquence 1 MHz dans la 25ème trame sert de repère au signal de fin de cycle. Pour améliorer l'immunité au bruit, des bits de contrôle de parité Rs, Rmin et Rch ont été introduits dans le code TZV. Le code TZV est transmis avec un cycle de 1 s en continu pendant toute la durée de transmission.

Le point central pour la formation et l'entrée d'ESCHV dans la sixième ligne de signaux de télévision du premier canal ORT et ses doublons transmis via les canaux satellites "Orbit 2, 3, 4" est situé au centre technique de télévision (Moscou, Ostankino). Selon les méthodes et moyens utilisés, l'erreur de synchronisation d'horloge de la télévision ESChV varie de 0,02 à 10 μs, l'erreur de comparaison de fréquence est de (1 ... 10) x 10-12 par jour.

Pour informer les consommateurs de l'ESChV, le Service national de l'heure et des fréquences de Russie (GSVCh) publie et distribue un certain nombre de bulletins spéciaux sur demande.

Comme on peut le voir ci-dessus, les ESChV d'un type ou d'un autre, contenant des informations codées sur l'heure et la date, sont disponibles presque dans toute la Russie. Cela ouvre un large champ aux consommateurs dans le développement d'horloges radio domestiques, ainsi que d'appareils permettant de chronométrer les entreprises et les villes, de synchroniser les minuteries des réseaux informatiques et d'automatiser les mesures avec une précision et une fiabilité élevées. Ceci est d'autant plus pertinent que l'industrie produit actuellement une très petite gamme d'équipements utilisant l'ESChV et que le besoin en est grand.

L'industrie a maîtrisé la production de deux types d'horloges électroniques, dans lesquelles les valeurs de l'heure actuelle sont corrigées par le FPV "6 points" transmis sur les réseaux de diffusion filaires (émissions de radio) et par les stations de radio des programmes de diffusion Mayak et Radio-1 : 1 - récepteur de signal de contrôle de l'heure (PSPV-1) ; 2 - compteur de valeurs actuelles de temps et de fréquence du secteur (IVCh-1).

Le récepteur PSPV-1 se présente sous la forme d'une carte insérée dans un emplacement libre d'un ordinateur personnel PC/AT. et est utilisé pour synchroniser ou "référencer le temps" les minuteries d'ordinateur et y enregistrer l'heure et la date d'un événement.

Le PSPV-1 est conçu pour recevoir les signaux des stations de radio VHF, stocker et émettre des informations sur les valeurs actuelles de l'heure (h, min, s) et de la date (année, mois, jour), sélection du FPV, correction automatique (réglage) du TRT, sortie d'informations sur l'heure et la date de la minuterie du récepteur vers le moniteur et vers le bus d'ordinateur personnel ISA, entrée d'informations sur l'heure et la date de la minuterie du récepteur dans la minuterie système de l'ordinateur (manuelle ou automatique à l'aide du FPV "6 points"), afficher sur l'écran du moniteur des informations sur l'heure de la minuterie du récepteur et de la minuterie du système informatique et la différence entre eux. L'erreur de réglage de l'heure dans la minuterie de l'ordinateur par rapport au milieu du front du sixième signal FPV "6 points" lors de la correction ne dépasse pas 0,1 s.

Le compteur IVCh-1 se présente sous la forme d'un module à microprocesseur et est destiné à mesurer (stocker) et à émettre des informations sur les valeurs actuelles d'heure, de date et de fréquence d'un réseau électrique industriel avec transmission ultérieure des données de mesure via le port RS-232 à un ordinateur personnel. Cet appareil fournit la mesure de la fréquence du secteur, l'installation, le stockage, l'indication sur le tableau de bord et la sortie d'informations sur les valeurs actuelles de l'heure (h, min, s) et de la date (année, mois, jour), l'attribution du temps libre, la correction automatique des valeurs actuelles de l'heure dans la minuterie IVCh-1. sortie d'informations sur l'heure, la date et la fréquence du réseau via le port RS-232. Dans IVCH-1, l'état de fonctionnement des circuits d'alimentation, la situation d'urgence, l'exactitude de la réception du SPV sont affichés. Précision de la mémorisation de l'heure avec correction horaire selon SST - ±20 ms, en l'absence de correction - ±2 s/jour.

L'industrie produit également le SYNCHRONOMÈTRE ChK7-50, conçu pour synchroniser ou "référence temporelle" les échelles de temps, déterminer les valeurs actuelles de l'heure du jour (h, min. s) et de la date (année. mois, jour), fixer les moments des événements en fonction de la fréquence de référence et des signaux horaires transmis par la station de radio RBU et transmettre des informations via l'interface CEI 625.

Le SYNCHRONOMÈTRE ChK7-50 peut être utilisé en métrologie, astronomie, géophysique, énergie, etc. L'erreur de synchronisation automatique de l'échelle de temps ne dépasse pas 20 µs. sensibilité du récepteur - pas pire que 2 μV.

Auteurs : V.Borisochkin, S.Kagan, G.Cherenkov, village de Mendeleïev, région de Moscou.

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