Построение спутниковой системы передачи данных для радиоинтерферометров со сверхдлинными базами тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ АСТРОНОМИИ

На правах рукописи

Кайдановский Михаил Наумович

ПОСТРОЕНИЕ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТРОВ СО СВЕРХДЛИННЫМИ БАЗАМИ

Специальность 01.03.02 -Астрофизика, радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Институте прикладной астрономии РАН.

Научный консультант - доктор физико-математических наук А.М.Фипкельштейн

доктор физико-математических наук, член-корреспондент НАНУ доктор технических наук, член-корреспондент РАН доктор технических наук, профессор

Коноваленко А. А.

Чернявский Г.М. Кольцов Н.Е.

Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН

Защита состоится 9 июня 1998 г. в 11 час. на заседании Диссертационного совета Д-200.06.01 при Институте прикладной астрономии РАН (197110, С.-Петербург, Ждановская ул., д. 8)

Отзывы на диссертацию и автореферат направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной астрономии РАН.

Автореферат разослан " 7 " мая 1998 г.

Ученый секретарь доктор физ.-мат. наук

А.Т.Байкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКОТЫ

Актуальность темы диссертации

Современный уровень фундаментальных исследований п области астрометрии, геодинамики, геофизики и астрофизики предъявляет все более высокие требования к точности и оперативности определения земной и небесной систем координат и параметров связи между ними - параметров вращения Земли (ПВЗ). Требования высокой точности и оперативности предъявляются также к синхронизации часов. Современные практические приложения в таких областях как навигация, геодезия, космонавтика, предупреждение о природных катастрофических явлениях, а также ряда оборонных задач, выдвигают такие же требования по точности и еще более жесткие требования по оперативности получения данных. Указанные задачи относятся к области коордниатно-временного обеспечения (КВО).

Для решения задач КВО используется координатная система, опирающаяся на наблюдения компактных внегалактических радноисточников -квазаров и ядер галактик. Наблюдения ведутся с помощью радноинтерфе-рометров со сверхдлниными базами (РСДБ). Метод РСДБ обладает наиболее высоким угловым разрешением, универсальностью и всепогодностью. Общая тенденция развития наблюдательных средств КВО в мире состоит в создании специализированных постоянно действующих радиоинтерферо-метрических сетей, работающих ежедневно и круглосуточно. Й настоящее время процесс формирования таких сетей, в основном, заканчивается. Постоянно действуют сети США ' POLAREIS", "IRIS", "TEMPO", японская сеть "KSP", европейская сеть "EVN", завершается строительство сети РАН "Квазар". Научными задачами этих сетей прежде всего является построение инерциальных систем координат на небе и земной поверхности, определение параметров вращения Земли, синхронизация шкал времени и картографирование космических объектов.

Главным недостатком большинства современных РСДБ сетей является невозможность получения результата в "реальном времени", а также ограниченное время когерентного накопления сигнала. Эти недостатки связаны с использованием метода независимой интерферометрии, при котором сигналы с выходов радиотелескопов записываются на магнитные ленты, ленты пересылаются в центр корреляционной обработки, а результат появляется после совместной обработки лент. Однако существует целый класс фунда-

ментальных и прикладных задач. требующих получения результата в течение нескольких часом.

При изучении Земли как сложно!] динамической сгстемы, в настоящее время невозможно по.чучть качественно новую информацию без раулярпого определения глобальных параметров ее зращепия по отношению к гшерцнадыюц системе координат и постоянного мониторинга положении опорных пункт», разнесенных на глобальные расстояния, с оперативной ыо в- несколько часов. Требования оперативности обусловлены амплитудно-частотной характеристикой возмущений вращательного движения Земли и деформации земной коры под действием таких геофизических факторов, как динамическое взаимодействие жидкого ядра н упругой мантии, внутренняя конвекция вещества, резонапсы между свободными и вынужденными колебаниями, приливные деформации тела Зсмлн и подпои поверхности, влияние атмосферных течении и т. д.

Прикладная задача предсказания землетрясении по измерениям деформации-земной коры требует точности измерений проекций баз порядка 1 см и оперативности до трех часов.

Режим реального времени необходим при сопровождении космических аппаратов в Солнечной системе на конечных этапах рабочей траектории, например, при посадке аппарата па Марс. Он также необходим при работе космических радиопнтерферометров.

Дш решения этих задач методами РСДБ необходимо создать специальные каналы связи между пунктами РСДБ наблюдений, разнесенными на тысячи километров, и центром корреляционной обработки. Основным требованием к таким каналам является высокая скорость передачи данных, так как полоса интерферометра определяет его чувствительность и, в конечном счете, точность измерения. Интерферометр, снабженный широкополосными кшалами связи, приобретает ряд новых положительных качеств: результат первичной обработки получается практически в реальном времени, появляется возможность контроля качества каждою наблюдения и полной автоматизации эксперимента. Кроме того, широкополосный капал может быть использован для независимой синхронизации шкал времени и атомнмх стандартов наблюдательных пунктов.

Задача синхронизации шкал времени удаленных атомных часов имеет самостоятельное значение. Достигнутая точность синхронизации событии являек'я одним из параметров, характеризующих развитость цивилизации. Последнее подтверждается высокими требованиями к синхронизации часов.

выдвигаемыми при создании современных наземных н космических систем в самых разных областях деятельности человека.

Канал, который связывает центральный компьютер сети с управляющими машинами наблюдательных пунктов, обеспечивает возможность дистанционного контроля и управления сетью, что повышает надежность работы всего РСДБ комплекса и облачает доступ к нему наблюдателей.

Таким образом, исследования, направленные на создание специализированной сети передачи данных РСДБ и разработки методов синхронизации удаленных атомных часов, являются актуальной научной задачей.

Цели работы

Целыо исследования является повышение точности и оперативпостч измерения угловых координат космических объектов и координат земных объектов, благодаря созданию широкополосных каналов связи между пунктами РСДБ и центром корреляционной обработки сигналов и разработке новых методов синхронизации часов.

Основной проблемой, которая ставится и решается в диссертации, является разработка и исследование сети широкополосных каналов переда-' чи радисинтерферометрических данных и разработка новых методов синхронизации удаленных атомных стандартов времени и частоты.

В рамках выполнения диссертации решались следующие вопросы:

- обоснование основных требовании к канатам передачи данных на основе анализа задач РСДБ и существующих систем передачи данных,

- разработка и обоснование оптимальной структуры сети передачи данных;

- разработка и исследование методов анализа потенциальной точности сиихронпзаичи и помехоустойчивости каналов передачи радиоастрономических данных;

- исследование путей повышения пропускной способности каналов передачи данных;

- разработка и исследование методов достижения максимально возможной точности синхронизации удаленных атомных часов.

Научная новизна работы

1. Научно обоснованы требования к системам передачи радиоастрономических данных (СПРАД) для РСДБ реального времени при координатных измерениях. Разработаны принципы построения СПРАД на базе использования спутниковых каналов связи. Показано, что многостанционный доступ к спутниковому ретранслятору с частотным разделением каналов имеет преимущества по сравнению с другими методами.

2. Разработана единая методика расчетов потенциальной точности синхронизации атомных часов через спутниковый канал связи и помехоустойчивости СПРАД. Разработана и создана СПРАД, обеспечивающая передачу шести потоков радионнтерферометрических данных и шести каналов контроля и управления с суммарной скоростью передачи данных 30 Мбит/с.

3. Предложена и обоснована структура перспективной СПРАД, построенной на базе проектируемого ретранслятора, позволяющей увеличить пропускную способность до 650 Мбнт/с.

4. Разработан новый метод и устройство для синхронизации удаленных атомных часов через спупшковый канал связи. Метод экспериментально исследован на базе 2100 км, получена точность синхронизации лучше 1 не. Разработана методика расчетов г измерений погрешностей синхронизации через спутниковый канал, позволившая определить систематическую ошибку синхронизации, вызванную задержками в аппаратуре с точностью ±13 не. задержку в атмосфере с точностью ±0,3 не, релятивистскую поправку с точностью 0,1 не.

Практическая и научная значимость работы

1. Разработанная единая методика анализа потенциальной точности синхронизации часов через спутниковый канал связи и помехоустойчивости СПРАД служит основой для расчетов и анализа аналогичных систем. Методика была применена при проектировании специализированной системы передачи данных по спутниковому каналу для целей проекта "Спектр-УФ", сети астрономических организации России "Астронет", сети синхронизации удачепных атомных стандартов - проект "Дуплекс-С".

2. Разработанные технические требования, принципы построения элементов системы, предложенные новые технические решения и созданные макеты аппаратуры легли в основу опытно-конструкторских работ по

созданию нового поколения передатчиков "Квазар-СП2", приемников "Квазар-ПМ2" дня земных спутниковых станций комплекса аппаратуры передачи данных "Квазар-СД"

3. Разработана система передачи радиоастрономических данных, позволяющая передавать данные в центр обработки от шести наблюдательных РСДБ пунктов со скоростью 5 Мбит/с от каждого пункта, либо от трех РСДБ пунктов со скоростью 10 Мбит/с от каждого н образующая каналы контроля и управления между центром и шестью пунктами, что обеспечивает возможность реализации РСДБ сети реального времени.

4. Разработаны и экспериментально исследованы методы и аппаратура синхронизации удаленных атомных стандартов через спутниковый канал связи, которые позволили синхронизовать агомпые часы на расстоянии в 2100 кнлометрои с точностью лучше 1 не.

На защиту выносятся

1. Принципы построения системы передачи рациоинтерферометрнчес-ких данных, структура такой системы и методы анализа потенциальной точности синхронизации и помехоустойчивости, позволившие создать спутниковую систему передачи данных с суммарной скоростью 30 Мбит/с.

2. Обоснование структуры и параметров перспективной спутниковой системы передачи данных, позволяющей увеличить пропускную способность СПРАД до 650 Мбит/с.

3. Новый метод синхронизации удаленных атомных часов через спутниковый капал связи, позволяющий синхронизовать часы на расстояниях в десятки тысяч километров с точностью порядка 0,1 не и оперативностью десятки секунд.

4. Мк одика расчетов и измерений погрешностей синхронизации через спутниковый канал связи, позволяющая определить: систематические погрешности, связанные с задержками в аппаратуре с точностью ±13 не; пофешность, связанную с распространением сигнала с точностью ±0,3 не; релятивистскую погрешность с точностью 0,1 не.

5. Результаты экспериментальных исследований системы передачи данных и методов синхронизации, подтвердившие правильность принципов построения, методов расчетов и основных технических решений СПРАД.

Апробация работы

Результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на научных, семинарах и научно-технических советах ИПА РАН, CAO РАН, ИКИ РАН, Крымской астрофизической обсерватории ГКНТ Украины, Государственного университета им. М'.А.Бонч-Бруевича, НТО АН СССР, НИИ Радио МС РФ. ВНИИ Телевидения МПСС СССР; на XXI (Ереван, 19X9 год), XXV (Пущнно, 1993 год) и XXVI (Санкт-Петербург, 1995 год) Всесоюзных радиоастрономических конференциях; на XXII конференции YERAC (Харьков, 1989г.); на международном симпозиуме Soviet-West Germany workshop "ГЛОНАСС-GPS" (Санкт-Петербург, 1990 г.); на международном симпозиуме "Спутниковая связь. Реальность и перспективы" (Одесса, 1990 г.); на международной конференции "Метрологическое обеспечение частотно-временных измерений при испытаниях и эксплуатации техники" (Москва, 1991 г.); 'на международном симпозиуме Spetialists Meeting on Microwawe Radiometry and Remote Sensing-. (Mjlland, Швеция, 1992 г.); на международной конференции I International Russian Conference on Satellite Communications "RUSSAT-93" (Санкт-Петербург, 1993 г.); на международной конференции "Спутниковые системы связи и вещания" (Одесса, 1993 г.); на конференции "Современные проблемы астрометрии и геодинамики" (Санкт-Петербург, 1996 г.); на международном симпозиуме Technical Workshop for APT and APSG (Катима, Япония, 1996 г.).

Реализация результатов диссертации

Результаты проведенных автором научных исследований внедрены при проведении следующих работ:

1. В Институте прикладной астрономии РАН при разработке и реализации проекта сети Квазар, при проведение исследований по проектам "Дуплекс-С" и "Астронет".

2. В в/ч 08340 при разработке оперативных средств КВО и оперативных методов синхронизации шкал времени для нужд Министерства обороны России - НИР "Риастра", ОКР "Сигма".

3. В научно исследовательском институте Радио Министерства связи России при разработке и производстве передатчиков и приемников - ОКР "Квазар-СП2" и "Квазар-ПМ2".

4. В ИКИ РАН при разработке проекта "Спектр-УФ" Акты по реализации результатов диссерташ.п приведены в Приложении 1.

Публикации и вклад автора

Материалы диссертации опубликованы в 46 работах, из которых 36 работ опубликованы совместно с другими авторами. В совместных работах автору принадлежат: [1] - постановка задачи исследования, разработка требований к системе передачи данных, участие в разработке принципов построения системы, организация экспериментальных исследований, обсуждение результатов; [2,3] - разработка концепции фундаментального КВО в части, касающейся задач, требующих оперативного решения; [4] - постановка задачи исследования, разработка принципов построения и структуры макета для сличения фаз удаленных генераторов по спутниковым линиям связи; [6-11] - разработка проекта Квазар в части, касающейся системы передачи радиоинтерферометрических данных и системы измерения электрических характеристик тропосферы; [12] - постановка задачи, разработка структуры сети и функциональных схем взаимодействия аппаратуры; [15] -постановка задачи исследования, проведение расчетов, анализ результатов экспериментов; [16] - получение экспериментальных данных о флуктуациях радиоизлучения тропосферы, разработка метода подавления флуктуации при многоволновых радиоастрономических наблюдениях; [17] - разработка методики экспериментальных исследований флуктуации яркости тропосферы, обработка измерений; [18] - разработка аппаратуры, проведение цикла измерений на двух волнах миллиметрового диапазона на ралчотелескопе РТ-25*2, участие в интерпретации результатов; [19] - разработка радиометра на волну 1,35 см, проведение цикла измерении на шести волнах сантиметрового диапазона на РАТАН-600, обработка экспериментальных данных, анализ результатов; [20,21] - постановка и проведение эксперимента на радиотелескопе РАТАН-600, интерпретация результатов наблюдений; [22] -разработка 1етодики проведения экспериментальных исследований СПРАД на линиях спутниковой связи; [23] - расчеты характеристик помехоустойчивости системы, организация и проведение экспериментальных исследований макета СПРАД на спутниковых линиях связи; [24] - разработка структуры приемников и передатчиков, и основных технических решений; [25-26] -разработка метода синхронизации удаленных атомных часов по спутниковому каналу связи, в части проведения энергетических расчетов, расчетов фазовой стабильности аппаратуры и задержек в атмосфере; [27] - разработка способа синхронизации шкал времени через спутниковый канал с использованием фазоманипулиро.заннэго сигнала, разработка методики

экспериментальном проверки метода, разработка структуры макета аппаратуры, постановка эксперимента; [28] - разработка методики эксперимента по синхронизации шкал времени, анализ результатов первых экспериментов; |29] - предложения по структуре и схеме построения системы сличения, разработка схемы сличений; [30] - метод прямых измерении и калибровки задержек в аппаратуре сличения и радиотехническом оборудовании спутникового капала, разработка методики прямых измерений задержек в СВЧ блоках спутниковых станций, анализ полученных результатов измерений; [31.32] - разработка системных вопросов построения комплексов для сличения шкал времени по спутниковому каналу связи, анализ всех возникающих пофешностен, участие в экспериментах ио передаче шкал времени и измерениям псевдодальиости до геостационарного ИСЗ, анализ результатов экспериментов; [33] - разработка схемы измерений и алгоритма накопления результатов, анализ экспериментальных данных; [34] - постановка эксперимента, анализ результатов; [35] - предложение использовать для синхронизации фазоманипулированпыи, псевдошумовой сигнал, обоснование способа синхронизации; [36] - разработка способа синхронизации, проведение расчетов, подтверждающих его реализуемость; [37] - предложение использовать сети малых спутниковых станций для синхронизации шкал времени; [38] - постановка и проведение комплексных экспериментальных исследований созданной системы синхронизации на линиях спутниковой связи, анализ результатов; [39] - разработка принципа действия и функциональной схемы устройства синхронизации; [40] - разработка проекта Квазар, в части создания системы передачи данных; [41] - разработка • структуры малогабаритной станции и ее технического облика; [44,45] -разработка спутникового сегмента сеги "Астронет", проведение энергетических расчетов; [46] - разработка принципов построения системы, постановка экспериментов, анализ и интерпретация данных, полученных в экспериментах на больших базах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации 298 страниц. Диссертация содержит 53 рисунка. 39 таблиц, 2 фото и список литературы из 139 названий.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во писдснпн обосновывается актуальность поставленной проблемы. Определяется и обосновывается круг научных задач, требующих получения информации о положениях космических объектов, координатах точек земной поверхности, параметрах вращения Земли и параметрах сиихроннзаии.1 на высоком уровне точности и при высокой оперативности. Приводился краткий обзор последних работ по РСДБ реального времени. Обзор работ в этой области показывает-, что во всех странах, активно ведущих РСДБ исследования, существует твердое мнение, что следующим этапом развития техники радионнтерферометрин будет РСДБ реального времени. Наиболее активно практические работы в этом направлении ведутся в России и Японии.

Проделан анализ преимуществ и дополнительных возможностей РСДБ, снабженной широкополосным каналом связи между антеннами и центром обработки данных. Выделены четыре основные задачи, которые могут быть решены благодаря наличию такого канала:

- реализация интерферометра с получением результата в режиме, близком к режиму реального времени;

- независимая от техники РСДБ синхронизация шкал атомного времени наблюдательных пунктов интерферометра;

- независимая от техники РСДБ синхронизация гетеродинов наблюдательных пунктов;

- организация каналов контроля и управления, превращающих интерферометр в глобальную антенную решетку, оперативно управляемую из единого центра.

В первой главе диссертации дается описание методики координатных РСДБ измерений и проводится анализ требований к системе передачи радиоинтерферометрических данных. Основное требование к системе передачи радиоастрономических данных (СПРАД) связано с получением необходимой угловой точности интерферометра. Дисперсия угловой ошибки наземного интерферометра, работающего в режиме дифференциальных измерений (метод опорного объекта), зависит от полосы регистрации и углового расстояния между наблюдаемым и опорным источниками. Дисперсию угловой ошибки можно выразить следующим образом:

7 (С А'3) 2

4 = +

где X - длина волны наблюдений, Ь- длина базы интерферометра, () - отношение сигнал/шум, О, - структурный коэффициент электрической толщи тропосферы. ¿2 - внешний масштаб двумерной турбулентности тропосферы, у - угловое расстояние между наблюдаемым и опорным источниками.

Величина у/ определяется статистикой радиоисточипков малых угловых размеров

ЫП Л'п0

Используя последнее соотношение, выражение для дисперсии угловой ошибки можно представить в виде

+ (1)

2Л2

где а = ■, -, 4л Ь

_ сШп [ктш) р = -------------

3/2

2Ь2п0830'г ¿3лш(2Т)3/4 (А/)

3/4 '

Из выражения (1) видно, что ст^ как функция (2 имеет экстремум и принимает минимальное значение а¥„ при оптимальном значении

О™. =

зр) ■

На Рис.1, представлена зависимость от А/, рассчитанная для двухэлементного интерферометра со следующими параметрами: (I =32 м, Тш =35 К, Ь =2-10"6 м, 7Ы00 с, С^1,3'10"2 см"2/\ =3-104 м, но =150 на стерадиан, 5 =0,1 е.п., .38-10 23 Цж/К.

Из рисунка видно, что даже при полосе А[= 2 МГц достигается высокая угловая точность, а по мере увеличения полосы дисперсия угловой

ошибки быстро издает. Таким образом, создание многоэлеменшого РСДБ реального времени, в котором передается один канал в стандарте Магк-З от каждого наблюдательного пункта, приведет к достижению значимого результата.

О 5 10 20 50 100

Ы, №

Рис.1.

Важно отметить, что полоса регистрации РСДБ может быть увеличена за счет применения режима квазиреального времени (за счет увеличения времени передачи), когда выходной сигнал радиотелескопа буфернзи-руется на наблюдательном пункте и затем передается по линии связи. Поскольку создание каналов передачи данных со скоростями порядка сотен мегабит в секунду связано с большими техническими и экономическими трудностями, автором было принято решение наращивать систему поэтапно. Так, чтобы на первом экспериментальном этапе иметь систему передачи данных, которая легко реализуется при скромных параметрах и может наращиваться в дальнейшем.

При передаче цифровой информации существует вероятность ошибочного приема бита информации Рош. Требования к величине Рош Для радиоастрономической информации и служебной информации не одинаковы.

Основная радиоастрономическая информация - это шумовой сигнал, принятый из космоса радиотелескопом и прошедший ряд преобразований в приемной аппаратуре. Последнее преобразование - это ограничение по нулевому уровню (клиппнрование) и временное квантование. В результате вместо исходного процесса х(1) получается его знаковая функция Sgl;[.\(t)|,

5цп1х(1)]=1 при х(1)>0 и $8п[х(!)1=0 при х(1)<0. Сигнал передается

по каналу связи в центр корреляционной обработки. В случае двухэлементного интерферометра на коррелятор подаются знаковые функции Sgn[x(t)l и 5$п[у(г)1 и вычисляется взаимно корреляционная функция рху(т). Для стационарных эргодических процессов х(1) и у(1)

р„(т) = 1 /

о

При малых значениях рху(т) для случайных процессов с нормальным распределением и нулевым средним

' Р,у(г)=2рлу(т)-1, (2)

где рху( т) - вероятность совпадений значений знаксзых функций Бцп(х) и Бв^у).

Таким образом, вычисление корреляции сводится к подсчету вероятности совпадении знаков функций х(г) и у(г). Следовательно, если канал передачи знаковых функций построен так, что не возникает аномаль-

ных ошибок тина выпадения блоков, размножения ошибок и т. п., то, согласно (2), снижение корреляции будет прямо пропорционально числу ошибочно принятых символов. Если считать, что снижение рху(т) на 0,1% допустимо, то допустимая вероятность ошибки в канале передачи радиоастрономических данных Р0,ц= 10"3. Для канала передачи служебной информации и телефона требуется обеспечить вероятность ошибки Р,ш = 1 (Т'\ скорость передачи служебной информации составляет 64 кбит/с.

Принципиальные требования к СПРАД сводятся к следующему:

- суммарная скорость передачи радионнтерферометрпческих данных от пунктов наблюдения в центр обработки должна составлять от 13,5 Мбит/с до 20 ООО Мбит/с, с вероятностью ошибки не более Ю"3,

- скорость передачи служебной информации в обеих направлениях 64 кбит/с с вероятностью ошибки 10'6.

Основное требование по максимальному расширению полосы передаваемого сигнала соотносится с реальными техническими и экономическими возможностями, а также с требуемой достоверностью передачи информации. Делается вывод о целесообразности использования при проектировании принципа наращиваемости системы. Использование этого принципа

позволяет добиться значимого результата на первом этапе развития систем!/, когда в качестве ретранслятора используется один ствол стандартною спутника связи. А затем можно существенно увеличить полосу регистрации за счет использования специализированного ретранслятора, не изменяя наземную аппаратуру

Специальные требования к параметрам сети передачи данных в целом и особенно к параметрам наземной аппаратуры предъявляют задачи синхронизации часов и гетеродинов с помощью спутниковых каналов связи. Такие требования проанализированы и послужили основой при технической разработке приемо-передающей аппаратуры. В основном они сводятся к требованиям высокой спектральной чистоты и высокой стабильности гетеродинов (выше 10"°) наземных станций.

Особенностью СПРАД является то, что это система сбора информации с большим числом (до 10) передающих станции и с одной приемной станцией. Традиционные спутниковые системы - это системы распределения информации (телевидение, радиовещание), в которых работают мощные передающие центры и сети приемных станций. На оснорании проделанного анализа был сформулирован критерий оптимальности СПРАД: достижение требуемой скорости и достоверности передачи данных при минимальном энергетическом потенциале земных станций. Этот критерии последовательно используется в работе. Отдельный раздел посвящен анализу этапов развития СПРАД и перспективам по увеличению пропускной способности сети.

Проведен анализ методов многостанционного доступа в канал спутниковой связи и обоснован выбор доступа с частотным разделением каналов. Проделан выбор и обоснование методов модуляции сигналов. Разработана и обоснована структурная схема СПРАД первого этапа.

Вторьч глава посвящена выбору и анализу основных параметров сигналов и расчетам помехоустойчивости СПРАД. Предложен способ организации служебных каналов контроля и управления РСДБ комплексом, для реачпз.-.ичш которого требуются минимальные энергетические затраты борто" го ретранслятора и наземных станций. Служебная информация от наблюдательных пунктов замешивается в общий информационный поток, при этом незначительно (2,5%) возрастает скорость передачи, но не происходит деления мощности передатчиков. Служебная информация от центра управления передается в отдельном ужополосн'-м канале всем наблюдательным пунктам.

Проделаны расчеты необходимых полос каналов и защитных промежутков и разработаны планы частот. План частот шестисташшонной СПРЛД представлен на рисунке 2.

Подканалы передачи данных

, т ггп т гп т т т,

52 56 61,6 67,2 72,8 78,4 84 87,6 МГц Рис.2. Частотный план шестиканалыюй системы.

Помехоустойчивость системы передачи цифровой информации, с одной стороны, зависит от параметров сигнала и методов его обработки, а с другой стороны - от статистических характеристик сигнала и помех в канале связи. Характеристики канала связи определяются суммарным отношением мощности сишата к мощности шума на конце линии (тгН • Для

двухнролетной линии спутниковой связи суммарное отношение сигнал/шум определяется:

где: (Р,1РШ) входа борта есть отношение сигнал/шум на конце линии "вверх", а (Р(1Р,„) входа земли определяет отношение сигнал/шум на конце линии "вниз". Система должна быть рассчитана так, чтобы требуемая надежность связи была обеспечена при минимальных отношениях сигнат/шум на всех участгах линии связи. Отсутствие излишних энергетических запасов определяется соотношением (Рс/Рш)«хГ> ® (^УР,„)„.,. Основной принцип, положенным в основу методики энергетических расчетов, состоял в полном учете всех факторов, влияющих па поглощение сигнала и возрастания шумов, и возможно точной оценке соответствующих параметров.

Помехоустойчивость системы определяется параметром И2 -(Р^Ри^уДР-Т(ъ 'Де полоса занимаемых частот ДР и длительность элемента стнпапа То определяются параметрами сигнала. Вероятность ошибки рассчитывалась по известной формуле:

1 гп т т т

'••"¿Х^-т

Программа расчетов, построенных по такой методике, позволила с помощью ЭВМ строить зависимости Рш, от параметров сигнала и параметров приемного и передающего оборудования. В результате анализа полученных зависимостей, из числа выпускаемого и проектируемого промышленностью оборудования, для первого этапа СПРАД были выбраны передающие антенны диаметром 4,3 м, передатчики мощностью до 250 Вт и приемная антенна в центре обработки с диаметром 12 м.

Для выбранного оборудования и параметров сигнала проделаны детальные расчеты помехоустойчивости системы. На первом этапе расчета был произведен выбор космического ретранслятора, наилучшим образом облучающий полигон станции РСДБ сети Квазар. Для этого по заявочным зонам ретрансляторов были отобраны три ретранслятора "Горизонт" с точками стояния 80° в.д., 90° в.д. и 96,5° в.д.. Для каждого ретранслятора были рассчитаны плотности потока мощности V/ в местах установки спутниковых станций сети Квазар. Расчеты производились с учетом эффектов, связанных с нестабильностью космического ретранслятора на орбите. Для каждой точки рассчитывалось три значения номинальное, максимальное и минимальное. В результате анализа полученных данных был сделан вывод, что только ретранслятор с точкой стояния 90° в.д. может быть использован в сети Квазар. На следующем этапе расчетов определялось результирующее отношение сигнал/помеха, равное

" 1 ы вх.б ш вх.1 " иигп А.1-ФУ

е-'

где ^^ - отношение сигназ/помеха. вызванное нелинейными преобразо-

п ин т

ваниямн многочастотного сипг&та; —-1 - отношение сигнал/помеха,

^ п'лм-ФМ

вызванное амплитудно-фазовой конверсией в бортовом ретрансляторе.

При расчете мощности шума учитывались шумы, определяемые приемниками, антеннами, волноводными трактами, излучением атмосферы, космического пространства и Земли.

Пшерп условно подразделялись па основные. к которым ошаеш

потери в волноводных трактах, геометрические потери, и дополнительные потери: потери в атмосфере; потери из-за несогласованности поляризаций; потери из-за неточности наведения антенн.

Основное влияние на надежность связи оказывает собственное излучение и поглощение в тропосфере, поэтому учету этого влияния посвящено особое внимание. Поглощение в атмосфере зависит от поглощения в газах свободной атмосферы, поглощения в облаках и поглощения к дождях. Для выбранного диапазона частот поглощение при дождях существенно превышает поглощение при "ясной" погоде (включая и облачную).

Для учета поглощения и собственного радиоизлучения "ясной" атмосферы проделан анализ моделей слоистой тропосферы, позволяющих вычислять соответствующие средние вклады шумов и поглощения в интересующих пас диапазонах волн. Ожидаемые отклонения от средних значений оценены на основании проделанных автором радиометрических измерений флуктуации радиояркости тропосферы. В дальнейших расчетах помехоустойчивости использовались величины, рассчитанные для наихудших условий приема.

Для учета ослабления радиоволн за счет поглощения в дождях использовались эмпирические связи между ослаблением и интенсивносгао дождя. Поскольку эмпирические методы разрабатывались для данных, полученных в определенном районе, были поставлены специальные исследования статистики затухания сигнала ИСЗ в Московской области и на Кавказе. В результате были получены статистические распределения ослабления за два года исследований. Экспериментальные распределения сравнивались с расчетными. В результате был выбран метод расчета, дающий хорошее согласование с экспериментальными данными. Этот метод позволил рассчитать статистические распределения ослабления в местах установки земных станций системы по статистическим данным об интенсивности дождей. Таким образом, методика учета влияния тропосферы позволяет рассчитывать величину поглощения и собственного излучения тропосферы, которую можно ожидать на выбранных частотах в течении заданного времени. Дальнейшие расчеты велись для величин соответствующих 95% и 99% времени безотказной работы СПРАД.

На базе проведенных энергетических расчетов произведен выбор космического ретранслятора "Горизонт" с точкой стояния 90° в.л. и определены технические характеристики приемо-передающих антенн, передатчиков, приемников и другого оборудования.

Отдельны» раздел посвящен оптимизации зон обслуживания космическим ретранслятором заданного полигона земных станции для случая, когда эти станции имеют различный энергетический потенциал. В результате оптимизации получены значения коррекции углов установки антенн ретрансляторов "Горшокг" с точками стояния 80° в.д. и 96,5° в.д„ благодаря которым становится возможным использование этих ретрансляторов для целей СПРАД.

Третья глава посвящена разработке перспективной СПРАД, построенной на базе специализированного космического ретранслятора. Предложены основные направления увеличения пропускной способности СПРАД:

- увеличение числа стволов ретранслятора;

- увеличение эквивалентной излучаемой мощности каждого ствола ретранслятора и чувствительности приемной части ретранслятора;

- оптимизация точек "прицеливания" бортовых антенн;

- повышение выходной мощности и чувствительности земных станций;

- применение многопозиционной фазовой модуляции.

В качестве бортового ретранслятора, который можно использовать в перспективной СПРАД, выбран разрабатываемый ретранслятор "Поток". Рассматриваются два варианта использования ретранслятора "Поток": в первом варианте расчеты ведутся для стандартного ретранслятора и проводится лишь оптимизация зон обслуживания; во втором предложена более существенная модернизация ретранслятора. Для обоих случаев по разработанной методике и программам проделана оптимизация зон обслуживания и проведены энергетические расчеты радиолиний и пропускной способности СПРАД. В обоих случаях удается существенно повысить пропускную способность по сравнению со СПРАД первого этапа: в первом случае - до 430 Мбит/с, во втором - до 650 Мбит/с. В обоих случаях система строится так, что наземное оборудование почти не требует модернизации. Разработанные варианты создания перспективной СПРАД дают возможность реализовать шестиэдементный радноинтерферометр реального времени с полосой приема, приблизительно равной пятидесяти мегагерцам.

Четвертая глава посвящена реализации первого этапа СПРАД и ее экспериментальному исследованию. Разрабатывается общая схема организации каналов связи н их размещение в полосе ствола космического ретранслятора для грех- и шестистаицйонпой системы. Схема организации связи шестпстанциоппой системы представлена на Рг.с.З.

TT

У т л

НП-1

Ш

ШШ111'

У т д

НП-1

У т д

IHM

n

cd

У т д

Hill

TT

У т л

НП-1

XL

o

У т д

НП-1

П

Рис.3.

На каждом из шести наблюдательных пунктов (НП-1, НП-2......НП-6)

имеются три источника информации: сигналы контроля и управления (У), телефонные сигналы (Т) и раяиоинтерферометрическне данные (Д). Сигналы всех трех источников объединяются по метод}' временного уплотнения в единый цифровой поток. Дчя каждого НП в стволе сиугникового ретранслятора отведена полоса частот. В центре обработки и управления принятые по шести каналам сигналы разводятся на приемные входы снгнатов управления, телефонных сигналов и данных. Сигналы управления и телефонные сигналы от центра управления к наблюдательным пунктам передаются в отдельном частотном канале ¡. Такая организации связи позволяет оптн-матьным образом использовать энергетический потенциал земных станций и космическою ретранслятора, но приводит к ряду трудностей. Основными из них являются:

1. Информация различных источников требует рахшчной защиты от ошибок. Данные могут передаваться с минимальной зашитой, так как чребуемая вероятность передачи данных 10"3. Сигналы управления и телефонии должны быть защищены кодами, испраатяюшимп ошибки, с тем чюбы при вероятности ошибки в каначе порядка оГкспсчптъ вероятное гь ошибки дчя этих сшиачов порядка 10Л

2. Структура обьеднпепного потока должна обеспечим, разделение ею составляющих пи приеме.

Исходя из этого были сформированы следующие алгоритмы кодирования и формирования цифровою потока.

Передача осуществляется пакетами, структура которых приведена на

Рис.4.

Кш Гк|рюфц (13.1) Кщ Хлмчвива Кил с пи «кгтхть tW.HU

тт Мт ш 1 1 * 1

1 От - )1[рун'1С1П!е 1К (чи - лат их 1-м Сник н:«ммш = 18 С*тг 21-й <1юк /ипгш

13 пнчгтмх скмтиж СЛММ'ЮН 21 Ггиж дни п.к = 378 Гигг

)1 №*рив»а ам«*«

42( випнмх снмюх'м*

Рис.4.

Пакет начинается с кодовой комбинации Баркера длиной 13 элементов. Эга кодовая комбинация служит для передачи одного бита информации контроля и уиргзлепия и одновременно выполняет роль сигнала пакетной синхронизации. Благодаря этому осуществляется разделение потока на приеме. Вслед за комбинацией кода Баркера передается восьмиразрядная комбинация кода Хэммипга, служащая для передачи трех бит речевого сигнала. Затем следует двадцать одна комбинация девятнадцатиразрядного кода с проверкой на четность. Такая организация цифрового потока позволяет при небольшой избыточности (10%) передавать сигналы трех типов с требуемой достоверностью.

Дано описание разработанного и изготовленного радиотехнического оборудования, приведены достигнутые во время измерений и исследований параметры антенн, передатчиков и приемников.

Разработана методика испытаний системы на линиях спутниковой связи. Исследования сводились к измерению отношения сигнал/шум -на копнах линии спутниковой связи и измерению количества ошибок за определенный промежуток времени (Рт,,) при различных значениях

энергетического потенциала передающих станций. Для измерения Рош в состав оборудования были введены специальные генераторы тестовых сигналов. Измерения Рош и отношения сипил/шум позголили разделить эффекты, определяемые, статистическими характеристиками канала связи и реализационными потерями. В 1987 - 1991 годах проведена программа экспериментальных исследовании первой очереди СПРАД. Результаты одной из серии измерений приведены на Рис.5.

Рощ

\

ю2

кИ

Ю-'

К)"6

ч- 1(1 12 14 16 18 :п 22 1Г,лЬ

Рис. 5.

Кривая 1 показывает теоретическую зависимость Рош от помехоустойчивости капала, связи. Кривая 2 - это результат измерения на спутниковой линии при передаче одного канала со скоростью 10 Мбит/с. Кривая 3 представляет результат измерения в одном из каналов при работе трехсташшон-ной СПРАД. Кривая 4 иллюстрирует влияние интермодуляцнонных помех в трехстанционноп СПРАД при большом энергетическом потенциале станций. Исследования достоверности передачи служебной информации показали высокую эффективность примененного кодирования. Для иллюстрации этого приведем результаты измерения для сигналов контроля и управления.

Рот Дем 2-Ю"2 710 3 1,5-10"3

Рот Дек 5-10"5 8-10 6 ю-7

Результаты проведенных экспериментальных исследований первой очереди СПРАД показали правильность принципов построения, методики расчета и принятых технических решений. Во всех режимах работы обеспечиваются требуемые параметры. Создание первой очереди СПРАД обеспечивает возможность реализации шестиэлемеитного радиоинтерферометра реального времени.

Пятая глава посвящена разработке оригинального метода синхронизации удаленных атомных икал времени через спутниковый капал связи. Схема обмена сигнала-ми, реализующая такую методику, покасана на Рис.6.

Б

Рис. 6.

Разработана методика измерений, позволяющая практически исключить влияние на точность синхронизация эффектов, связанных с распространением сигналов в пространстве и задержек сигналов в космическом ретрансляторе и наземной приемо-передающей аппаратуре.

Искомая величина разности шкал времени пунктов А и Б определяется как

А! = 0,5 [(Гд -Г£)+(Га-Ге)+(гл-Г6)+(«Т-Й4)+(ЙТ-^)]+7-г.

Точность синхронизации часов таким методом зависит от точности измерения момента прихода синхронизующего сигнала и точности измерения разностей задержек на трассах распространения сигнала "вверх" н "вниз" и разностей задержек в приемо-передающей аппаратуре. Точность измерения момента прихода сигнала определяет случайную ошибку синхронизации и зависит от характеристик сигнала и статистических характеристик канала связи. Дисперсия оценки максимального правдоподобия времени прихода сигнала

> Г)(т / г) = 1 /\4к ■ • Г5)2 • Л2|,

где - эффективная ширина спектра сигнала, Т5 - длительность сигнала. Л2 - отношение мощности сигнала к спектральной плотности мощности шума. Методы расчета статистических характеристик канала спутниковой связи подробно проанализированы в главе 2 и расчет этих характеристик по разработанным программам не представляет труда. Для анализа синхронизующего сигнала были использованы методы, развитые в теории радиолокации. В результате выбраны два вида сложного сигнала: многочастотнын сшнал и фазоманнпулированная цифровая последовательность. Проделанные расчеты показали, что при использовании всей полосы ретранслятора достижима случайная ошибка сличения равная 0,1 не. При использовании для передачи синхронизирующего сигнала каналов СПРАД достижима точность лучше 1 не.

Произведен тщательный анализ погрешностей, которые определяют систематические ошибки синхронизации. Анализ зарубежных работ в этой области показал, что в основной части работ этот вопрос не разрабатывается. Только японские фунпы исследовали систематические погрешности, однако полученный ими результат 100 пс явно неудовлетворителен. В дне-серкщнп разработаны методы измерения и калибровок задержек в аппара-

туре, позволяющие измерять задержки в элементах аппаратуры с точностью 1 не.

Разработаны методы вычисления поправок, связанных с распространением сигналов в атмосфере, а также релятивистских поправок Ts, связанных с вращением Земли.

Разность задержек в ионосфере зависит от выбранного диапазона спутниковой связи. Проделанный анализ показал, что для диапазона, выбранного для СПРАД, она не превышает 0,5 не. Можно вычислять задержку в ионосфере, используя модели ионосферы и статистические данные о электронной концентрации. Если проводить измерения электронной концентрации с помощью GPS приемника, точность учета ионосферной задержки может быть доведена до 0,05 не.

Точность вычисления релятивистских поправок может составлять 0,1 не, при достаточно хорошем знании геоцентрических координат космического ретранслятора A's и станции сличения А'д н ХБ. Результаты расчета погрешностей величин Xs, Хл и Хц и скорости движения спутника vs, при которых может быть проведен расчет релятивистских поправок с заданной точностью, приведен в таблице 1.

Для случая, когда координаты известны с меньшей точностью, предложен итерационный метод уточнения этих координат путем измерения псевдодальности спутника с помощью той же аппаратуры сличения.

Таблица!.

Точность Величина начальной рассинхронизации

вычисления не более 0,3 с не более 0,001 с

7'г, не <7„, М ОхА,В< М сг„, м/с м о>л <г, м OW, м/с

0,1 <1900 <800 <0,07 <6000 <900 <Г

0,5 <9500 <4300 <0,35 <30000 <4500 <4

Разработана аппаратура сличения шкал времени на базе использования каналов СПРАД. Проведены экспериментальные исследования задержек еппкпа п элементах аппаратуры. Получены величины задержек и исследована их зависимость от времени и переключения режимов. Сделан

вывод о необходимости проведения калибровок задержек перед сеансом синхронизации.

Шестая глава посвящена экспериментам по синхронизации удаленных шкал времени по спутниковому каналу связи. Разработаны три варианта схемы проведения измерений и методика обработки результатов: измерения в режиме "нулевой базы", измерения псевдодальности до космического ретранслятора и измерения в режиме с большой базой.

Приведено описание специально созданной экслерименташюй системы сличения. Измерения с "нулевой базой", когда в качестве земных станций пунктов сличения А и Б использовалась одна и та же станция спутниково!! связи, проводились с целью исследования параметров аппаратуры и ее совершенствования. Дело в том, что проверка правильности результата сличения шкал времени затруднена ввиду отсутствия альтернативных средств сличения, имеющих нужную точность. В режиме "нулевой базы" сличаемые стандарты находятся в одной точке и это позволяет сравнивать результаты непосредственного сличения с результатами, полученными через спутниковый канал. Кроме того, легко исключаются задержки в аппаратуре.

В первых экспериментах была получена точность синхронизации СКО = 25 не, что сильно отличалось от расчетного значения и говорило о больших реализационных потерях точности. В следующей серии экспериментов, после соответствующей доработки системы сличения, .была получена СКО =1 не.

Измерения псевдодальности до ИСЗ заключалось в измерении времени распространения сигнала от одной из станций до ретранслятора и обратно. Это позволяет определять дальность до космического ретранслятора с точностью до величины задержки сигнала в его аппаратуре. Произведены измерения псевдодальности геостационарного спутника "Горизонт" с точкой стояния 14° з.д. в течение нескольких суток. В результате измерений были построены кривые его суточного движения. Среднеквадратическая ошибка измерения составила 30 см.

Экспериментальные исследования метода синхронизации на больших базах проводились с помощью первой очереди СПРАД сначала на базе Пулково - пос. Светлое (120 км), а затем на базе Светлое - Зеленчукская (2100 км). В экспериментах на больших базах проводипась калибровка задержек в аппаратуре, учет ионосферной задержки и учет релятивистской задержки. Результирующая задержка составила 544 ± 1,8 не. Следует отметить, что хотя результирующую систематическую задержку удалось

определить со случайной ошибкой 1,8 не, само значение задержки может быть смещено на 13 не за счет низкой точности доступного нам измерителя временных интервалов и необходимостью измерять задержки по элементам. Ясно, что в этом случае ошибки могут накапливаться. Величина накопленной ошибки, равная 13 не, является верхним пределом. Сравнение этой величины с лучшими зарубежными работами показывает, что достигнутая в работе точность в восемь раз превышает аналоги.

Результаты эксперимента по сличению атомных стандартов в пос. Светлое и станице Зеленчукская, проведенного в 1993 году, представлены в таблице 2.

Таблица 2.

N Дата и время Кол-во (7;-7's), ско, ско

проведения измерен. НС НС среднего, не

измерений в сериях

31.03.1993

1 03:32:00 - 03:35:33 1)0 2802,2 9,8 0,93

2 03:37:35 - 03:42:58 118 2801,6 9,0 0,83

3 03:43:18 - 03:48:24 106 2804,9 9,2 0,87

4 03:49:14 - 03:54:48 124 2810,0 9,8 0,88

5 03:56:20 - 04:00:06 108 289.2 10,6 1,02

6 04:00:56 - 04:05:14 132 2822,1 10,2 0,89

01.04. ¡993

7 00:18:06 - 00:23:40 97 3501,6 9,7 0,98

8 00:26:48 - 00:32:34 112 3506,1 9,7 0,91

9 00:33:08 - 00:35:48 95 3513,9 10,2 1,05

10 00:50:54 - 00:55:58 120 1 3522,3 10,0 0,91

N 01:11:40 - 01:16:46 134 3529,0 10,0 0,86

12 02:14:10 - 02:20:26 131 3574,0 9,8 0,86

у

Полученные значения разностей шкал времени сравнивались с соответствующими разностями, измеренными с помощью приемо-шщикаторов ГЛОНАСС, установленными на обоих пунктах. Получено совпадение результатов в пределах точности измерений с помощью системы ГЛОНАСС = ±25 не. Таким образом, в результате экспериментальных исследований показана работоспособность, высокая оперативность и точность разработанного метода синхронизации. В результате измерений и обработки достигнута случайная ошибка синхронизации 1 не и систематическая ошибка меньше 13 не для базы в 2100 км при времени измерений порядка 5 минут. Экспериментально полученный результат в два раза хуже ожидаемого из расчетов, что говорит об определенном уровне реализационных потерь в макете системы сличения. При снижении реализационных потерь, увеличении полосы синхронизирующего сигиала с 10 МГц до 36 МГц и повышении отношения сигнал/шум на 3 дБ может быть достигнута точность синхронизации порядка 0,1 не.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе.

Основные результаты работы

1. Разработаны принципы построения системы передачи радиоинтер-ферометрических данных по спутниковым каналам связи и структура такой системы.

2. Разработана единая методика анализа потенциальной точности синхронизации через спутниковый канал и помехоустойчивости СПРАД, позволяющая как производить расчеты систем с заданными параметрами, так и оптимизировать систему, изменяя параметры сигналов и характеристики аппаратуры.

3. Создана система передачи радиоинтерферометрнческих данных, состоящая из трех земных станций и космического ретранслятора Горизонт, обеспечивающая передачу данных с суммарной скоростью 30 Мбит/с, сигналов контроля и управления и телефонной связи.

4. Разработана и обоснована структура перспективной спутниковой системы передачи данных, позволяющая увеличить пропускную способность до 650 Мбит/с.

5. Разработан новый метод синхронизации удаленных атомных часов через снушиковын канал связи, позволяющий синхронизовать часы на

расстояниях в десятки тысяч километров с точностью порядка 0,1 не и оперативностью десятки секунд.

6. Предложена методика расчетов и измерений погрешностей синхронизации через спутниковый канал связи, позволяющая определить: систематические погрешности, связанные с задержками в аппаратуре с точностью ±13 не; погрешность, связанную с распространением сигнала с точностью ±0,5 не; релятивистскую погрешность с точностью 0,1 не.

7. Проведены экспериментальные исследования системы передачи данных и методов синхронизации. Получен новый экспериментальный материал, подтвердивший правильность принципов построения, методов расчетов и основных технических решений СПРАД.

Совокупность полученных результатов позволила решить актуальную научно-техническую проблему - создание сети широкополосных каналов связи дня реализации РСДБ реального времени, и создать новый метод синхронизации удаленных атомных часов с субнаносекундной точностью.

Основные результаты опубликованы в работах:

1. Быков В.Л., Кайдановский М.Н., Окунев Ю.Б. Ведомственная сеть спутниковой связи Академии наук СССР. //Труды международного симпозиума "Спутниковая связь - Реальность и перспектива". Одесса. 1990. А.23.1-А.23.11.

2. Австесов Г.А., Губанов B.C., Кайдановский М.Н., Финкелыитейн A.M. и др. Базовая система фундаментального Координатно-временного обеспечения страны, радиоинтерферометрический комплекс "Квазар". АН СССР. 1990г.

3. Губанов B.C., Финкелыитейн A.M.,. Кайдановский М.Н. и др. Радиотехнический комплекс "Квазар" и его роль в системе фундаментального координатно-временного обеспечения страны. Отчет по НИР. ИПА АН СССР. 1992 г.

4. Кайдановский М.Н., Хейфец Е.Ь. Исследование двухтонового метода синхронизации фаз удаченных гетеродинов. // Тезисы докладов. J(XVI Радиоастрономическая конференция. СПб. 1995. С. 337.

5. Kaidanovski М.Н. Rial-Time VLBI. Proceeding of the Technical Workshop for APT and APSG 1996. Kashima Space Resarch Center. Japan. 1996.

6. Губанов B.C., И патов A.B., Финкелыитейн A.M. и др. Базовая система фундаментального коордипатно-временного обеспечения страны радиои-нтерферометрпческий комплекс "Квазар". Отчет. С-Пб. ИПА АН СССР. 1991. Инв. N 2/4 ДСП. С. 115.

7. Система передачи данных по спутниковым каналам связи. Эскизный проект. Главный конструктор Кайдановский М.Н. N Гос. регистрации ИЕГ1ГЭ.01.0012.01.05.02.ПЗ. АН СССР. 1988. С. 4-106.

8. Кайдановский М.Н. Радиоинтерферометрия реального времени. // Тезисы доклада на конференции "Современные проблемы и методы астрометрии и геодинамики". Санкт-Петербург. 1996.

9. Кайдановский М.Н. Принципы построения и реализация спутниковой системы передачи данных и сигналов РСДБ. // Труды ИПА РАН. СПб.: Наука. 1997. Т. 2. С. 300-326.

Ю.Научно-технические предложения по созданию радиоинтерферометричес-кого комплекса "Квазар-КВО". (Кайдановский М.Н.- Главный конструктор подсистемы). Л-д. 1985. Т.1. С.1-189.

W.Finkelsiein A.M.......... Kaidanovsky M.N. and all. Dedicated Soviet VLBI -

network "QUASAR". // Proceedings of IAU Symposium "Inertial Coordinat System on the Sky". 1990. N141 P. 293-295.

\2.Barbanel E.S., Gtireviich I.V., Kaydanovski M.N., Okounev Y.B. Radio Astronomic Data Transmission System via Geocomunication Satellite. Proceeding of First International Russian Conference on Satellite "RUSSAT-93". St.-Petersburg. April 1993. P. 219-223.

13.Спутниковая система передачи радиоастрономической информации II Этапа "Квазар-С2". Дополнение к эскизному проекту. Главный конструктор Кайдановский М.Н. Шифр ИЕЭЛГ.01.0012.01.05.12 ДП. Л-д. 1990. С. 4-47.

14.Кайдановский М.Н. Флуктуации радиоизлучения атмосферы и и;; подавление при радиоастрономических наблюдениях протяженных источников. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Ленинград. 1980 г.

\5.Быков B.J1., Гуревич E.JJ., Гуревич И.В., Окунев Ю.Б., Кайдановский М.Н. Система передачи данных по спутниковому каналу связи радиоинтерфе-

ч

рометрического комплекса Академии паук. // Тезисы доклада. XXI конференции "Радиоастрономическая аппаратура". Ереван. 1989.

16.Kaidanovski M.N,. Korolkov D.V., Stotski Л.Л. Supression of atmospheric radio emission fluctuai'ons in radio astronomical observations. Astrophysics and Space Science. 1982. 82. P. 317-341.

\7.Stotskii A.A., Kaidanovskii M.N. Fluctuations of atmosphere radio emission. Proceedings of specialist meeting on microwave radiometry and remote sensing applications. MRAD 92. 1992. P. 358-362.

18.Кайдановский M.H., Магамадова T.A.. Стоцкий Л.А., Черныиюв В.И. Экспериментальные характеристики радиоизлучения облаков на миллиметровых волнах. И Известия ВУЗов. Радиофизика. 1976. XIX. N 11. С. 1644-1649.

19.Кайдановский М.Н., Стоцкий А.А. Экспериментальные характеристики флуктуации радиоизлучения облачной атмосферы на сантиметровых волнах. II Известия ВУЗов. Радиофизика. 1979. XXII. N 4. С. 407-413.

20.Берлин А.Б., Кайдановский М.И., Стоций А.А., Хайкин В.Б. О фяуктуа-цнях радиоизлучения безоблачной атмосферы на сантиметровых волнах. И М.: Радиотехника и электорника. 1986 Т. XXXI. N 10. С. 1999-2002.

21 .Stotskii А.А., Berlin А.В., Kaidanovskii M.N., Khaikin V.B. On Radio Emission Fluctuation of Cloudless Atmospere at Centimetre Wavelengthes. Л-д.: АН СССР. Препринт CAO. 1985. N 20.

ll.Gurevich E.L., Kaidanovsky M.N., Fedorov D.A., Orlov D.A. System of radioastronomica! data transmission via satellite communication channel // Тез. докл. XXII YERAC. Харьков. 1989.

ТЬ.Гуревт E.JI., Кайдановский М.Н., Хейфец Е.В. Система передачи данных по спутниковым каналам связи радиоинтерферометрнческого комплекса "Квазар". // Тезисы доклада. XXV Радиоастрономическая конференция. Пущино. 1993. С..244-245.'

24.Кайдановский М. Н., Хейфец Е.В. Комплекс прнемо-передающей аппаратуры "Квазар-С". Сообщения ИПА РАН. 1995. N 71. С. 1-15.

25.Губанов B.C., Зниовский Ъ.Ф., Кайдановский М.Н., Умарбаева Н.Д. Возможности применения радиоинтерферометрической техники в дупле-

кспои метоле сличения часов по каналу спутниковой связи. // Л-д.: АН СССР. Препринт CAO. 1988. N 57л.

26.Губанов B.C., Кайдановский М.Н., Умарбаева Н.Д. Синхронизация часов через геостационарный ретранслятор с помощью радноннтерферометри-ческой техники. II Кинематика и физика небесных тел. 1989. Т. 5. N 6.

27.Гуревич Е.Л.. Кайдановский М.Н., Хейфец Е.В. Система сличения атомных ткач времени но спутниковым каналам связи. // Труды международного симпозиума "Спутниковая связь - Реальность и перспектива". Одесса. 1990.

2%.Gitrevick E.L., Kaidanovski M.N., Heijets E.V. Time synchronization via communication satellite. // Pros, of the Soviet-Weat Germany Workshop, "GLONASS-GPS". 1990.

29.Гуревич Е.Л., Кайдановский M.H. Система синхронизации удаленных ткач времени по спутниковому каналу связи. // Тезисы доклвда. Межведомственная конференция "Метрологическое обеспечение частотно-временных измерений при испытаниях и эксплуатации техники". М. 1991.

30.Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н. Исследование аппаратурных погрешностей дуплексного метода синхронизации часов. // СПб.: АН СССР. Препринт ИПА. 1991. N 38.

31.Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н., Клионер С.А. Программно-аппаратный комплекс для синхронизации удаленных шкал времени.// СПб.: Препринт ИПА 1992. N 45.

32.Гуревич Е.Л.. Кайдановский М.Н., Клионер С.А. Методика, аппаратура и погрешности сличения шкал времени по спутниковым канатам связи. // Измерительная техника. 1994. N 1 С. 18-21.

33.Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н., Хейфец Е.В. Синхронизация удаленных шкал времени по спутниковому канату связи. // Измерительная техника. 1992. N 7. С. 41-43.

lA.Kaidanovsky M.N., Gurevich E.l. System of Two-way Time Transfer via Satellite "Horizon" // Pros. First International Russion Conference on Sat. Com. "RUSSAT-93". St.P. 1993. P. 301-305.

35.Гуревич Е.Л., Дикарей В.И., Кайдановский М.Н.. Коншин Б.В. Способ синхронизации часов. // Патент на изобретение N2040035. РОСПАТЕНТ. 22.02.1993.

36.Губанов B.C., Дикаре;- В.П., Кайдановский М.Н., Койнаш Б.В. Способ синхронизации часов. //Патент па изобретение N 2003157. РОСПАТЕНТ 14.10.1991.

31.Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н., Федоров ДА. Концепция сети синхронизации удаленных эталонов времени по спутниковым канатам связи. // //Труды между пар. коиф. "Спутниковые системы связи и вешания: перспективы разви тия в Украине". Одесса. 1993.

38.Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н. Экспериментальные исследования системы спнхропизацн шкал времени по каналам спутниковой связи комплекса "Квазар". // Тезисы доклада. XXV Радиоастрономическая конференция. Пушнно. 1993. С. 244-246.

39.Губанов B.C., Дикарев В.И., Кайдановский М.Н., Койнаш Б.В., Умарбаева И.Д. Устройство синхронизации часов. // Патент на изобретение N2001423. РОСПАТЕНТ. 31.03.1992.

AQ.Finkclsiein A.M., Grachev A.V., Gubanov V.S., Ipatov A.V., Kaidanovskii M.N., Kozyrcnko Л.Л., Korkin Е.1., Smolenzev S.G., Stotskii A.A., Umur-baeva N.D. Eurasian VLBi Netvork Quasar. //Turkish Journal of physics. 1995.V. 19. N. 11. P. 1445-1452.

41 .Гуревич Е.Л., Кайдановский M.H., Хейфеif E.B. Малогабаритная станция спутниковой связи ддя синхронизации часов РСДБ-пунктов. II Тезисы доклада XXVI Радиоастрономическая коиф. СПб. 1995. С. 270.

Al.Kuichinovski M.N. System of Two-way Time Transfer via Satellite "Horizon". II Proceeding of the Technical Workshop for APT and APSG 1996. Kashima Space Resarch Center. Japan. 1996. P. 252-256.

43.Кайдановский М.Н. Исследование методики и технических возможностей синхронизации удаленных шкал времени по спутниковому каналу связи. // СПб.: Наука. Труды ИПА. 1997. Вып.1. С.199-220.

44.Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н., Хейфец Е.В. Система спутниковой спя ;и дли решения задач фуидоментальных наук. // СПб. Сообщения ИПА. 1995. N 70. С. 1-16.

45.Грачев В.Г., Кайдановский М.Н., Сальников А.И., Хейфец Е.В. Специализированная информационная сеть астономических организации России -ASTRONET. //Тезисы докладов конф. "Современные проблемы и методы астрометрии и геодинамики". СПб. 1996. С. 111-113.

A6.Gureich E.L, Kaidanovski M.N. System of two-way time transfer via "Horizon". // Annales Geophysicae. 1993. P.l. P.C 116.

РТП ПИЯф,эак.233,тир.100,уч.-мзд.л.I,5;23.04.1998 г. Бесплатно

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ АСТРОНОМИИ

а 1 р е з и д и у м~В А К Росс (Решение от «$ - _//На р^к

присущ, № —! ~

.....'леиевь /ч

'■¿разлетт р. ькг

^ ь^А России

ПОСТРОЕНИЕ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТРОВ СО СВЕРХДЛИННЫМИ БАЗАМИ

01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант доктор физ. мат. наук А.М.Финкелынтейн

Санкт-Петербург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................... 6

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.............................29

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ................. 32

1.1. РСДБ методы определения координат................ 32

1.2.. Анализ основных требований к системе передачи

данных......................................44

1.3. Этапы развития системы......................... 53

1.4. Структурная схема СПРАД........................ 57

Выводы.......................................68

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ ШЕСТИСТАНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

ПЕРЕДАЧИ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКИХ ДАННЫХ ... 70

2.1. Общие характеристики системы.................... 70

2.2. Выбор основных параметров сигнала в системе многостанционного доступа........................ 72

2.3. Анализ потенциальной точности синхронизации и характеристик помехоустойчивости. СПРАД............77

2.4. Энергетические расчеты системы................... 85

2.4.1. Постановка задачи и исходные данные.............. 85

2.4.2. Выбор космического ретранслятора................ 89

2.4.3. Энергетический расчет радиолиний................ 98

2.5. Методы расчета поглощения и собственного радиоизлучения тропосферы.......................105

2.5.1. Поглощение в тропосфере без дождя...............105

2.5.2. Поглощение радиоволн на спутниковых линиях

при дождях................................. 111

2.6. Энергетические расчеты вариантов построения системы . . .123

2.7. Оптимизация зон обслуживания ИСЗ для сети

КВАЗАР................................... 131

Выводы..................................... 138

ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ............140

3.1. Постановка задачи............................. 140

3.2. Технические характеристики ретранслятора "Поток".....142

3.3. Построение системы на базе штатного РТР "Поток"..... 145

3.4. Определение зон обслуживания.................... 149

3.5. Расчет энергетики радиолиний и определение

пропускной способности стволов................... 152

3.6. Построение системы на базе модифицированного

РТР "Поток"..................................156

3.7. Требования к земным станциям системы..............159

Выводы......................................160

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ..........162

4.1. Цифровые каналы связи и их размещение в полосе частот спутникового радиоканала........................162

4.2. Общая схема организации телефонной связи, передачи сигналов управления и передачи данных в системе......164

4.3. Формирование и кодирование информационного потока в высокоскоростном цифровом канале.................167

4.4. Радиотехническое оборудование системы передачи данных . 172

4.4.1. Антенные системы.............................172

4.4.2. Приемо-передающее оборудование системы

передачи данных................................176

4.5. Экспериментальные исследования и испытания созданной

системы..................................... 185

4.5.1. Испытания трехстанционной системы на действующих линиях спутниковой связи........................186

4.5.2. Исследования первой очереди трехстанционной сети

передачи данных..............................195

Выводы....................................197

ГЛАВА 5. СИНХРОНИЗАЦИЯ УДАЛЕННЫХ ШКАЛ ВРЕМЕНИ

ПО СПУТНИКОВОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ.............199

Введение.....................................199

5.1. Дуплексный метод синхронизации...................201

5.1.1. Основные принципы достижения максимальной точности .201

5.1.2. Практический метод синхронизации................204

5.2. Выбор синхронизирующего сигнала.................207

5.3. Система сличения шкал времени по спутниковому каналу сети КВАЗАР.................................211

5.4. Анализ погрешностей сличения шкал времени по спутниковому каналу связи........................220

5.4.1. Учет аппаратурных погрешностей..................219

5.4.2. Методики непосредственного измерения задержек......223

5.4.3. Экспериментальные исследования задержек в аппаратурных задержек.........................229

5.4.4. Учет разности электрических длин путей в атмосфере . . . 235

5.4.5. Вычисление релятивистских поправок...............238

Выводы......................................242

ГЛАВА б.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

СИСТЕМЫ СЛИЧЕНИЯ ШКАЛ ВРЕМЕНИ ПО СПУТНИКОВЫМ КАНАЛАМ СЕТИ КВАЗАР.........244

6.1. Экспериментальные исследования в режиме "нулевой базы" 245

6.2. Измерения псевдодальности до спутника с использованием

аппаратуры системы сличения шкал времени...........253

6.3. Экспериментальные исследования с ненулевой базой.....257

6.4. Сличение шкал времени Санкт-Петербург - Северный

Кавказ......................................259

Выводы.....................................265

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................266

ЛИТЕРАТУРА........................................270

ПРИЛОЖЕНИЕ.......................................282

ВВЕДЕНИЕ

История развития радиоинтерферометрии началась с двухэлементного интерферометра, состоящего из двух радиотелескопов, соединенных линией связи. Кабельная или волноводная линия, связывающая антенны, служила, как правило, для подачи гетеродинных сигналов на преобразователи частот и передачи принятых и преобразованных сигналов от антенн на вход корреляционного приемника.

Самый большой радиоинтерферометр такого типа, который удалось осуществить в 1980 году, - это антенная решетка УЬА в США с максимальной базой порядка 36 км [1]. В том же 1980 году вступил в строй многоэлементный радиоинтерферометр в Англии. Максимальная база этого телескопа составила 134 км, а в качестве канала раздачи напряжения гетеродина и сбора принятых сигналов использовалась радиорелейная линия [2].

В своем стремлении увеличить базу радиоинтерферометра и, следовательно, повысить разрешающую способность интерферометра, радиоастрономы пришли к идее "независимой радиоинтерферометрии" [3-5]. В таком интерферометре линия связи между антеннами отсутствует, сигналы записываются независимо на магнитные ленты на каждом радиотелескопе, а записи в последующем совместно обрабатываются. При этом результаты наблюдений появляются по прошествии определенного времени, после того как все магнитные ленты будут свезены в одно место и совместно обработаны. Реализация этой идеи позволила увеличить базы радиоинтерферометра до размеров порядка диаметра Земли, а в последние годы подойти к практической реализации еще большего увеличения базы за счет выноса элементов интерферометра в космос. В настоящее время техника радиоинтерферометрии со сверх-

длинными базами (РСДБ) приобрела необычайно широкое применение в самых различных областях фундаментальной и прикладной науки, а теория РСДБ тщательно разработана [6-8].

Главным недостатком интерферометра с независимой записью сигнала является невозможность получения результата в "реальном времени", а также ограниченное время когерентного накопления сигнала.

Для преодоления этих недостатков на следующем этапе развития РСДБ, была сделана попытка построить линию связи для интерферометра с базой в тысячи километров. Для построения такой линии был выбран спутниковый канал связи. В пионерском исследовании [9,10] были осуществлены наблюдения на двухэлементном интерферометре, одна из антенн которого находилась в Канаде (Алгонкуин), а другая в -США (Грин Бэнк), связь осуществлялась через спутник HERMES. В результате был получен интерферометрический отклик в "реальном времени". В работе [10] было сделано предложение использовать канал связи не только для передачи результатов наблюдений, но и для синхронизации часов и гетеродинов радиотелескопов. Однако в дальнейшем эти работы развития не получили.

Настоящая работа посвящена анализу новых возможностей, которые приобретает радиоинтерферометр со сверхдлинной базой, благодаря созданию специальных каналов связи между антеннами интерферометра и центром обработки, разработке таких каналов связи для радио-интерферометрической сети Российской академии наук КВАЗАР, разработке методов синхронизации удаленных атомных часов и экспериментальному исследованию каналов связи и методов синхронизации на созданной специализированной сети спутниковой связи.

Создание РСДБ реального времени и разработка точных и оперативных методов синхронизации важно для решения целого ряда фундаментальных и прикладных научных проблем, которые возникли в

последние десятилетия на стыке таких наук как астрометрия, радиоастрономия, физика Земли и космическая геодезия. Дня иллюстрации сложности указанных проблем приведем несколько примеров.

При изучении Земли как сложной динамической системы в настоящее время невозможно получить качественно новую информацию без регулярного определения глобальных параметров ее вращения по отношению к инерциальной системе координат и постоянного мониторинга положений опорных пунктов, разнесенных на глобальные расстояния, с оперативностью в несколько часов. Требования оперативности обусловлены амплитудно-частотной характеристикой возмущений вращательного движения Земли и деформаций земной коры под действием таких геофизических факторов, как динамическое взаимодействие жидкого ядра и упругой мантии, внутренняя конвекция вещества, резонансы между свободными и вынужденными колебаниями, приливные деформации тела Земли и водной поверхности, влияния атмосферных течений и т.д.

Прикладная задача предсказания землетрясений по измерениям деформаций земной коры требует точности измерений лучше 1 см и высокой оперативности. Именно в связи с этой задачей создается PC ДБ система "реального времени" в Японии (Key Stone Project) [11,12] для оперативного обнаружения деформаций земной коры, являющихся предвестниками землетрясений.

Режим реального времени необходим при сопровождении космических аппаратов в Солнечной системе на конечных этапах рабочей траектории, например, при посадке аппарата на Марс. Он также необходим при работе космического интерферометра.

Современное понимание задач координатно-временного обеспечения (КВО) и методов их решения [13,14] предъявляет абсолютно новые требования к синхронизации удаленных атомных часов. Это связано в первую очередь с идеей колокации всех средств КВО на фундаменталь-

ных опорных пунктах КВО, при этом оказывается, что возможность независимым способом сличать часы с точностью порядка 0,1 не является кардинальной для реализации потенциальной точности всех этих средств.

• Актуальность выбранной темы определяется новыми научными задачами, которые могут быть решены благодаря созданию широкополосных линий связи, соединяющих элементы РСДБ и созданию метода синхронизации с высокой точностью.

• Задачи, решаемые РСДБ "реального времени"

Можно выделить по крайней мере три области, в которых необходимо применение интерферометра реального времени, - это фундаментальное координатно-временное обеспечение, прикладное КВО и дальняя космическая навигация.

Задачей фундаментального КВО [13,14] является определение на высшем уровне точности небесных и земных опорных систем координат и времени, а также текущих параметров, их взаимного согласования и ориентации. Важнейшей особенностью современных систем КВО является их глобальный и комплексный характер. Только путем глобального применения разнообразных измерительных средств можно сейчас получить качественно новую информацию в области изучения динамической фигуры Земли, ее гравитационного поля, вращательного движения, внутреннего строения и т. д. Параметры этой сложной динамической системы непрерывно изменяются во времени. Общеземные геоцентрические системы координат неразрывно связаны с параметрами вращения Земли. Для целей современной фундаментальной науки настоятельно необходимо проведение тонких внутрисуточных измерений вариаций во вращательном движении и деформациях Земли. Поэтому ее требование к оперативности независимых определений параметров вращения Земли составляет несколько часов.

Значения ПВЗ для обеспечения космических программ и нужд обороны в ряде случаев необходимо получать с такой же оперативностью [37].

Важно отметить, что так называемый "динамический метод" определения ПВЗ, построенный на лазерных наблюдениях спутника ЛАГЕОС или на радиотехнических ОРЭ-измерених, в принципе, не обладает необходимой оперативностью. Параметры вращения Земли определяются этими методами из совместной обработки данных на глобальных сетях за длительный интервал времени 5-15 суток.

Еще одной задачей, требующей работы РСДБ в режиме реального времени, является космическая навигация. В последние годы в коорди-натно-временном обеспечении космических программ все шире применяется метод РСДБ, который в сочетании с радиотехническими методами измерений псевдодальности и скорости космических аппаратов позволяет рассчитывать на полную замену "баллистического" обеспечения космических полетов на их непрерывное сопровождение. Методами РСДБ возможно обеспечить такое сопровождение практически во всем пространстве солнечной системы. Для осуществления сопровождения космических аппаратов во время подлетов к планетам, например, при посадке аппарата на Марс, требуется работа РСДБ в реальном времени.

• Задачи синхронизации часов.

С созданием новых наземных и космических средств измерений происходит сближение координатных и временных определений. Например, в методе РСДБ для линейных, угловых и временных определений применяется одна и та же техника измерений временных задержек. Измерение временных интервалов лежит в основе современных определений дальности, а затем и угловых координат, в методе

лазерной локации ИСЗ, Луны и в методе позиционирования с помощью спутниковых навигационных систем.

С физической точки зрения пространственные и временные координаты есть стороны единого процесса, связанного с передачей сигнала из одной точки четырехмерного пространства-времени в другую. Отсюда вытекает единство задачи относительных координатно-временных измерений методом регистрации моментов прихода одного и того же фронта электромагнитной волны на разнесенные в пространстве пункты наблюдений. При этом, если вытекающая из требований фундаментального КВО точность координатных измерений на поверхности Земли составляет 1-3 см, то требования к измерениям времени и синхронизации часов, удаленных на глобальные расстояния, должна составлять 0,1 не [13].

Рассмотрим практические примеры, иллюстрирующие потребности современных средств координатно-временных измерений к синхронизации часов.

• РСДБ наблюдения

Известно, что в результате наблюдений на РСДБ сети внегалактических радиоисточников и решения на этапе вторичной обработки системы условных уравнений могут быть найдены координаты этих источников, измерены проекции всех баз сети и определены параметры синхронизации часов всех пунктов. Проводя регулярные наблюдения внегалактических радиоисточников, координаты которых известны с высокой точностью (до 0"0001), можно синхронизовать часы наблюдательных пунктов с точностью порядка 0.1 не и лучше. Возможность определять небесные и земные координаты и синхронизировать часы методом РСДБ, а также находить параметры связи между этими координатами, благодаря размещению на пунктах РСДБ разнообразных оптических и радиоизмерительных средств КВО, позволила создать

современную координатно-временную систему отсчета, закрепленную сетью таких опорных пунктов. В связи с этим возникает проблема распространения фундаментальной системы отсчета на остальную территорию, которая также требует поиска средств независимой высокоточной синхронизации часов и будет рассмотрена ниже.

С точки зрения получения максимально точных конечных результатов РСДБ координатных измерений, возможность синхрони-зовывать часы пунктов с точностью 0,1 не, но физически независимым образом, имеет принципиальное значение. Это связано с тем, что при ограниченном числе баз и большом числе определяемых параметров возникают корреляционные связи, затрудняющие решение системы уравнений и, в конечном счете, снижающие точность измерений.

Модельные расчеты, выполненные рядом авторов [15,16], показывают, что при наличии независимой синхронизации часов пунктов РСДБ существенно повышается точность координатных определений.

• Распространение координатно-временной системы отсчета

Задача распространения координатно-временной системы отсчета состоит в оперативном определении трехмерных координат и времени произвольного пункта непосредственно в системе отсчета. Эта задача может быть решена с помощью передвижного пункта РСДБ, работающего совместно с базовой сетью РСДБ. Передвижная РСДБ станция содержит все системы стационарной станции (атомные стандарты, систему магнитной записи, радиотелескоп с антенной диаметром порядка 6 метров) и в силу этого дорога и мало оперативн�