Навигационные комплексы Гланасс и Новстар (стр. 4 из 17)
1.3.2. Способы синхронизации удалённых пунктов
Наиболее простой способ синхронизации заключается в независимой работе пунктов по НИСЗ ССРНС (рис. 2). При этом каждый из синхронизируемых пунктов (i-й, j -й) независимо сверяет свою ШВ(tЭЧ)с ШВ сети НИСЗ определяет поправку (Dt =t НИСЗ – tЭЧ) и корректирует свою ШВ на размер этой поправки. Как видно из рис.1, после проведения сеансов сверки в i-м и j -м пунктах ШВ каждого из пунктов оказываются привязанными к шкале времени tНИСЗ. Типичным примером подобного способа синхронизации сети пунктов является использование для этого аппаратуры потребителей ССРНС.
 Рисунок 2Структурная схема синхронизации ШВ сети спутников по сигналам ССРНС. |
 Рисунок 3 Структурная схема сверки ШВ первичного и вторичного ЭЧ |
Нередко возникает необходимость привязать ШВ некоторого i-го пункта не к ШВ НИСЗ, а к ШВ некоторого другого j-го пункта.В качестве примера можно привести сверку вторичного эталоначастоты (ВЭЧ) и первичного эталона частоты (ПЭЧ). В этомслучае сведение ШВ с помощью НИСЗ может быть осуществленов соответствии со структурной схемой, изображенной на рис. 2.Каждый из пунктов определяет рассогласование своей ШВ относительно ШВ системы НИСЗ. Затем j-й пункт, где расположенПЭЧ, передает информацию о рассогласовании
(Dt j =t НИСЗ – tПЭЧ)на i-й пункт, где расположен ВЭЧ. На этом последнем пункте ваппаратуре обработки сравниваются размеры рассогласования(t НИСЗ – tПЭЧ)и
(t НИСЗ – tВЭЧ)и расхождение ШВ ПЭЧ и ВЭЧ определяется как их разность. При необходимости ШВ ВЭЧ корректируется. Для передачи информации о рассогласовании(Dt j =t НИСЗ – tПЭЧ)на пункт, где расположен ВЭЧ, допустимо использовать любую связную радиолинию, которая может быть узкополосной, поскольку данная информация медленно изменяется и легко преобразуется в цифровую форму. Если информация о ШВ ПЭЧ необходима широкому кругу потребителей, то она может быть передана им через НИСЗ.
1.4. МЕТОДЫ СВЕРКИ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ССРНС ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ БХВ ИСЗ С НХВ.
Сверка времени в СРНС проводится для выявления ухода шкалы времени относительно эталонной шкалы НХВ. По размеру ухода можно судить о функционировании хранителя времени (ХВ) и о необходимости коррекции шкалы.
В общем случае, ведя прием радионавигационного сигнала на пункте сверки, определяют значение времени в бортовой шкале на момент излучения сигнала НИСЗ. К моменту приема сигнала значение времени в бортовой шкале td ШВизменится и будет определяться выражением
tdШВ= tИЗМ + Dtр + Dtрэ + Dtпр, (1.2)
где:
Dtр - время распространения сигнала на трассе НИСЗ -Земля;
Dtрэ - «отставание» бортового времени, вызванное релятивистскими эффектами,
Dtпр - прочие аппаратурные и методические погрешности.
Время распространения сигнала Dtропределяется расстоянием между НИСЗ и пунктом сверки и скоростью распространения радиоволн. При этом необходимо учитывать, что в фазу радионавигационного сигнала, являющуюся носителем информации о бортовом времени, вносятся дополнительные фазовые сдвиги за счет рефракционных явлений в ионосфере и тропосфере.
Существенный вклад в погрешность определения времени распространения могут вносить задержки сигнала в наземной и бортовой аппаратуре радиоканала. Поэтому наземная аппаратура периодически калибруется и задержка учитывается при сверке шкал.
Релятивистские эффекты порождают различное течение времени на НИСЗ и на наземном пункте. Это вызвано, с одной стороны, относительным движением систем отсчета и, с другой, изменением течения времени под влиянием гравитационного потенциала. Знание с высокой точностью параметров взаимного движения НИСЗ и наземного пункта на моменты сверки позволяют рассчитать величину Dtpэс точностью до единиц наносекунд.
В зависимости от процедуры определения времени распространения сигнала от НИСЗ до наземного пункта различают пассивный и активный методы сверки времени.
При пассивном методе сверки времени на наземном пункте принимают радионавигационный сигнал и фиксируют значение времени бортовой шкалы. На основе данных траекторных измерений вычисляют дальность до НИСЗ и определяют время распространения сигнала. При этом учитывают параметры, характеризующие состояние ионосферы и тропосферы на трассе НИСЗ - Земля. Для проведения высокоточной сверки необходимо рассчитывать дальность до НИСЗ с погрешностью до 1 м, что требует использования измерительных систем высокой точности. С другой стороны, для учета рефракционных погрешностей необходимо иметь надежную модель распространения радиоволн.
После проведения серии измерений, используя известные методы статистической обработки информации, определяют значения расхождения бортовой и наземной шкал времени. Метод сверки временных шкал, подобный описанному, используется в СРНС «Глонасс» и «Навстар».
При активном методе сверки для определения времени распространения привлекаются измерительные каналы Земля - НИСЗ и НИСЗ - Земля. Время между посылкой запросного и приемом ретранслированного навигационным искусственным спутником Земли сигнала составляет удвоенное значение времени распространения Dtp.
Рефракционные и прочие погрешности учитываются расчетным путем так же, как и при пассивном методе, с помощью поправок.
Выбор метода сверки временных шкал зависит от требуемой точности сверки, знания модели распространения радиоволн с целью расчета рефракционных поправок, точности расчета положения НИСЗ на моменты сверки и т. д.
Ясно, что активный метод более прост в методическом обеспечении и прочих равных условиях позволяет реализовать более высокие точности, но требует дополнительной аппаратуры как на наземном пункте, так и на борту НИСЗ.
Значение бортового времени, полученное одним из описанных методов, сравнивается с временем НХВ, в результате чего и определяется расхождение шкал и его знак. Поправка к бортовой шкале времени, формируемая в виде кода коррекции, поступает в пункт управления для передачи на НИСЗ. Полезной оказывается также оценка относительного ухода частоты БХВ.
По результатам сверки можно установить закономерность ухода шкалы времени БХВ и прогнозировать его на определенные интервалы времени. Параметры модели ухода БХВ (например, в виде коэффициентов аппроксимирующего полинома) включаются в состав информационного кадра навигационного сигнала и используются потребителем для повышения точности местоопределения.
При недостаточной инструментальной точности коррекции бортовой шкалы может рассчитываться значение дополнительной поправки к бортовой шкале, которая также вносится в кадр навигационного сигнала.
1.5. МЕТОДЫ КОРРЕКЦИИ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ НА ПРИМЕРЕ НИСЗ.
1.5.1. Необходимость коррекции
Необходимость в коррекции бортовых шкал времени НИСЗ возникает в нескольких случаях, при первоначальном включении БХВ после вывода НИСЗ на орбиту, при уходе шкалы БХВ относительно шкалы НХВ, превышающем допустимое значение, при переключении резервных блоков БХВ.
Коррекция может выражаться в совмещении временных интервалов бортовой и наземной шкал или в приведении в соответствие их оцифровки. В первом случае операция носит название фазирования БШВ, во втором - коррекции кода БШВ. При фазировании управляющие команды воздействуют на блок делителей БХВ, а при коррекции кода - на блок кодирования (оцифровки) меток времени.
1.5.2. Коррекция методом фазирования
Управление бортовой шкалой времени при фазировании осуществляется двумя способами: установкой в нулевое состояние блока делителей и сдвигом шкалы бортового времени на значение, необходимое для совмещения с наземной шкалой.
При установке БШВ в исходное состояние с наземного пункта управления подается команда, привязанная к «нулевой» меткевремени НХВ. При этом подача команды производится с упреждением на время распространения радиоволн от наземного пункта до НИСЗ. Шкала времени БХВ устанавливается в нулевое состояние независимо от того, какое значение времени было до фазирования. Обычно бортовая шкала переводится в нулевое состояние после вывода НИСЗ на орбиту, включения резервных блоков БХВ или грубых сбоев в отсчете бортового времени.
Точность такого способа фазирования определяется аппаратурными погрешностями, точностью расчета времени распространения радиоволн и флуктуационными задержками приемопередающего тракта Земля - НИСЗ.
При фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда изменяет коэффициент деления в блоке делителей БХВ. Время воздействия команды зависит от величины необходимой коррекции, которая закладывается в код этой команды, и таким образом к бортовому времени прибавляется или из него вычитается некоторое значение, определенное по результатам сверки. Этот способ фазирования более точен, так как не зависит от параметров радиолинии и наземной аппаратуры.
Сочетание обоих способов фазирования позволяет оперативно и рационально управлять бортовой шкалой времени НИСЗ и добиваться точности совмещения временных интервалов со шкалой НХВ до десятков наносекунд.