[其他]中点检测技术及短波时号定时仪

说明书

本发明属于无线电授时和定时技术领域。

无线电短波授时可为各类工程的远动系统提供标准时间，广泛应用于电力、铁道、航运、地震、地质勘探、大地测量、钟表工业和国防、科研等部门。

对于短波无线电授时信号（如我国的BPM时号由陕西天文台发播）接收处理的现有技术，多为无线电领域内的经典技术，如窄带滤波技术、脉冲门限技术、宽度鉴别技术、时间选通技术、过零检测加峰值检测技术、相关检测技术等;对本地钟的控制，则采用一次同步式、比对时差记录式、连续跟踪式。以这些技术为基础研制的有代表性的时间用户对时设备有以下几种：

1.BPM自动对时钟    河南省地震局

2.XH3501自校数字钟    四川青神709信箱

3.天文测量计时仪    陕西省测绘所

4.自动校时报时钟    中科院武汉物理所

5.STL-1型短波时号识别器    中科院测量与地球物理所

在国外，由日本电波研究所研制，用于电离层斜向同步观测，接收JJY短波授时台时号的同步设备也属于这一类。参见“电波研仕第5814号电波研究实验用品仕样书、斜め观测简易受信机”（邮政省电波研究所，昭和58年12月）。

由于短波信道属于低质量的变参信道，电离层效应导致的信号衰落，多径传输，突然扰动中断以及各类干扰和噪声十分严重，如邻道干扰、镜象干扰、同频干扰、交互调干扰;各种随机和脉冲噪声，如大气噪声、天电噪声和工业噪声等;另外，短波经典时号的格式过于简单，时号程序又不连续，其统计特性难以利用，从而限制了相关检测技术的应用。所以，用现有技术制做的设备来检测提取短波时号的精度较低（一般误差为±10～±30毫秒），可靠性较差（一次同步方式，常因信号衰落或强干扰迭加而不能同步或同步错误），而只有用经典的示波器法，依靠人工进行信号的识别、提取和比对才有可能达到±1毫秒的精度。现有的仪器设备，也没有实现所提供标准时间的实时性。对电波传播时延，设备时延和比对时差只能进行事后处理。

本发明的目的在于提供一种中点检测技术及短波时号定时仪，能较好地解决上述问题。以中点检测技术为基础综合运用现有技术而制成的短波时号定时仪，实质上是一个能连续跟踪短波授时信号的实时钟，它可为各类远动系统提供毫秒级精度的标准时间。

中点检测技术的原理可扼要归纳如下：

通常，提取单脉冲定时信号的时间信息，是依赖于对波形前沿起点的检测。按照波形选择的经典理论，认为要提高精度，就必须选择信号带宽大的波形，因为信号带宽越大，意味着波形的前后沿越陡峭，从而其检测精度越高。而对于窄频谱，前后沿缓变的信号仍未找到一个有效地提高定时精度的途径。

图一为中点检测示意图。假设一个窄带信号，其前后沿斜率很低，但以中点为对称（如三角波、钟形波、指数对称形波、正弦函数波等），它的波形中心所对应的时刻点是确定的，即中点是确定的。在一定的触发电平（V_O）下，当信号幅度变化时（从A₁变到A₂），检测前沿带来的时刻变化很大（从t_O′变到t_O″），并跟实际的波形起点（t₀）有很大误差。然而，无论幅度如何变化，其波形的中点（t_c）是不变的。只要波形函数是确定的、对称的，则t_O与t_c的关系是确定的，检测中点t_c便等于检测起点t_O。这就是中点检测技术的理论依据。

简言之，中点检测技术主要用于对窄带、缓变、对称的定时信号波形的检测。在图一中，波形的实际宽度为δ，而在一定的触发电平V_O、不同的信号幅度A₁、A₂时，得到的伪宽度是δ′、δ″，波形的中点时刻为t_c。取时间常数T_O＞δ/2，将t_c延迟后得到t_p，很显然，下面的恒等式是成立的：

T_O＝δ/2+（T_O-δ/2）＝δ′/2+（T_O-δ′/2）

-δ″/2+（T_O-δ″/2）

只要设计一个电路，能满足上面的恒等式，就能实现中点检测。