中点检测技术及短波时号定时仪
专利汇可以提供中点检测技术及短波时号定时仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且中点检测技术主要用于窄带、缓变、对称的定时 信号 波形 的检测。与过零检测和峰值检测不同，不依赖于波形前沿的陡度，而依赖于前后沿的对称度。并使其与窄带滤波技术、 门 限技术、宽度 鉴别 技术等配合运用而不损害其检测 精度 ，可广泛应用于低 信噪比 的低频段窄带宽信道的定时系统中。以中点检测技术与 现有技术 综合运用为 基础 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。它可为各类工程的远动系统提供毫秒级标准时间。，下面是中点检测技术及短波时号定时仪专利的具体信息内容。
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（VO）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tO′变到tO″），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（tc）是不变的。只要波形函数是确定的、对称的，则tO与tc的关系是确定的，检测中点tc便等于检测起点tO。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VO、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tc。取时间常数TO＞δ/2，将tc延迟后得到tp，很显然，下面的恒等式是成立的：
TO＝δ/2+（TO-δ/2）＝δ′/2+（TO-δ′/2）
-δ″/2+（TO-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。
图二为中点检测法实现框图。取一周期为TR的脉冲序列作为时标，设计一NO计数器，令 TR×NO＝TO让计数器在脉冲伪宽度δ′、δ″期间以TR的半速率计数，然后以全速率计满，输出一个脉冲，此脉冲tD便表征了中点tc值，也表征了波形起点to值。这里的方法延迟为一常数： td＝tD-tO＝δ/2+TO图中的门控C和门控d是为防止干扰的辅助电路。
图三给出了中点检测的电原理图，这里只需要两块双D触发器，一块四与非门，二个与门，几个计数分频器和相应的译码门电路就够了。TR的速率和计数器的位数，视实际波形的宽度和检测精度要求而定。（当然，检测精度也与波形对称度有关）。
中点检测技术的优点是显而易见的。由于缓度对称波形的中点对应于峰值点，而信号峰值点的信噪比远大于起点信噪比;允 许采用门限技术而对中点不产生影响;由于随机干扰落在前后沿的概率相同，可以用多次平均的方法提高检测精度;也可方便地与现有技术配合，运用于低频窄带信道而得到良好的效果。
以中点检测技术与现有技术综合运用为基础的短波时号定时仪，其信号处理波形图如图四所示。图中a为BPM短波授时台发播的UTC标准时间信号的秒脉冲为1KHz正弦的十个周波，用户接收到的原始信号已迭加了大量的干扰和噪声;b为利用上限幅进行强干扰抑制;c为用窄带滤波器（△f≈43Hz）滤出信号并大大衰减了干扰和噪声，经窄带滤波后的时号产生了时间延迟和变形-前后沿变缓并显著拉长，变成了包络缓变的准对称信号（并不严格的对称），只要网络参数是确定的，则变缓后的包络中点与原信号的波形起点的关系便是确定的;d为用适当的门限阻断了部分噪声，进一步改善了信噪比;e为将信号整形到逻辑电平;f为将1毫秒脉冲串归展为宽脉冲;g为用宽度鉴别电路从干扰和其它时号中选出BPM信号-鉴宽输出脉冲PB。PB因信号衰落导致宽度变化而有较大的时刻波动（约12db～5ms）;h为取宽脉冲前沿PA信号和PB一起进行中点检测，PA和PB一样也有较大的时刻波动;i表示中点检测电路的输出脉冲PD，表征了波形中点tc 的值，因tD-tC-To为一常数（参见图一），而tc-to值也是常数，所以经时间均衡后，便可修正掉设备延迟而得到对准时号前沿的输出脉冲UTCBPM。
这里，中点检测输出PD的时刻波动大大减少（幅度变化12db对应时刻变化小于1ms），这个波动主要由滤波后的实际信号包络的不对称引起的。
在短波时号定时仪中，中点检测的输出信号经时间选通比对，控制本地频标产生的秒脉冲，修正了设备时延和传播时延后，便得到实时的标准时间。
图五是短波时号定时仪时间关系图。由短波时号接收机提供的UTC或UT1时号经信号处理电路得到干净的秒脉冲，这部分设备总延迟（包括通道延迟和方法延迟）对UTC为35ms，对UT1为125ms。这个秒脉冲便做为设备校频和定时的参考标准BPMR。1MHz频标分得10KHz信号，从而可提供0.1ms的移相分辨率，随后的分频链导出各种时标，并得到1PPSO输出。为配合粗同步，需要适当的均衡，1PPSO同时驱动机内的时钟，它经固定的设备延迟和可变的传播延迟、时间均衡电路后，送到比相/选通电路，与时号参考进行比较。
当误差大于±0.2ms时产生移相指令，使得1PPSR向相反方向移动。在自动跟踪以前，需先靠人工手动移相，将1PPSR移动到接近BPMR的±10ms以内，这个功能由操作移相控制器和时标速率来完成。
BPMR相对于1PPSR的位置由比对显示器直观地显示出来，并可随时监视同步和跟踪的状态。
由于UTCBPM的发射时间UTCT提前20ms，能抵消设备延迟35ms中的大部分，余下的15ms由1PPSR的10ms固定延迟和5ms公共延迟抵消。所以时号的传播延迟，就只要0.1-9.9ms的可变移相器便可以扣除了。
对于UT1并无发射提前，因设备延迟为125ms，所以还要再扣除出110ms固定延迟。
图六为短波时号定时仪原理框图。
与几种已有的短波定时设备相比，短波时号定时仪的精度提高了一个数量级，并能自动修正各项时延而得到实时的标准时间。其技术特点在于：①中点检测和时间平滑、统计平均等技术相结合，优于前沿检测;②时标扫描比对显示技术用于时号搜索;③四维选通（频域、时域、宽度、幅度）技术和时间均衡技术综合运 用;④锁相技术用于连续自动跟综。
目前面对卫星授时等现代技术的普及，而短波授时仍具有不衰的生命力，主要原因在于毫秒级的中等精度已能满足绝大多数时间用户的需要（以本发明为基础的短波时号定时仪便可获得），而较廉价的用户投资是其它任何高精度授时手段不能相比的。
中点检测技术还有其普遍意义，由于中点检测的基础是利用波形前后沿的对称度，所以使很多窄带信号都可以用于定时，如三角波、钟形波、正弦及尖顶、平顶、梯形波等等。这样，在低频段窄带信道（如有线、长波、中短波）的运用中，又找到一个提高定时精度的途径。
中点检测技术也可以用于差拍信号的长周期测量。
实施例：以中点检测技术为基础的短波时号定时仪已于1986年研制成功，并在中国科学院陕西天文台和西安卫星测控中心等单位投入使用。主要技术数据为：
自动跟踪精度：±1.5ms;
定时灵敏度：5μV;
内频标稳定度：±5×10-6（-40℃～+70℃）;
标称频率：1MHz;
时标范围：100ms、20ms、5ms、2ms、1ms、0.1ms;
时延修正范围：0.1～9.9ms;
自动跟踪范围：±10ms;
移相速率：单次0.1ms/步，连续20ms/s;
1PPS输出幅度不小于8VP-P，宽度5ms;
时码输出：（时、分、秒、百毫秒、十毫秒、毫秒）并行8421码，幅度不小于8VP-P（可改接成TTL电平）;
外频标输入：1MHz正弦或方波，幅度不小于1VP-P;
外接BPM时号不小于1VP-P;
外接1PPS/BPL不小于1VP-P;
应急直流电源：12.5V、80mA;
连续工作能力：24小时以上。
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