Синхронизация удаленных шкал времени по спутниковому каналу связи тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ АСТРОНОМИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

СИНХРОНИЗАЦИЯ УДАЛЕННЫХ ШКАЛ ВРЕМЕНИ ПО СПУТНИКОВОМУ НАЕШ связи

Специальность 01.03.02 - Астрофизика и радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

Гуревич Евгений Львович

УДК 531.76:621.396.946

Санкт-Петербург 19ЭЗ

Работа выполнена в Инстмтуто прикладной астрономии Российской академии наук. Научный руководитель:

кандидат физико-матеметичэских наук М. Н.КАЭДШЮЗСКЖ. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.С.ГУЕАНОВ канплдат технических наук Г.Е.АНТОНОВ

Ведущее предприятие ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ НПО "В'ШИ'РК"

Защита состоится " 3 " 1993 г. в /Ь _часов

на заседании специализированного совета Д-200.06.01 при Институте прикладной астрономии по адресу: 197042, Санкт-Петербург, Ждановокая наб., 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, цросим направлять по вышеуказанному адресу на имя

ученого секретаря специализированного совета.

Учений секретарь специализированного совета к.т.н.

А.Т.Байкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. В свкаи с развитием радиоинтарферомет-рии со сверхдаинными базами (РСДЗ). а также новых методов гео дезия и геодинамики большой значение приобретает сличение шкал времени (1ДВ) удаленных стандартов времени и частоты с первичными эталонами с нвносекунднсй точностью. Осуществление независимого от РСДБ высокоточного сличения 1ИЗ открывает пр:шципиалыю новые возможности использования РС1Б для решения астрометри-чоских и геодинамических задач.

Одним из наиболее перспективных методов сличения удаленных стандартов времени является дуплексный метод (ДМ) передачи 1ПВ по спутниковым каналам связи (СНС). Использование ДМ позволяет проводить сличение ШВ эталонов, разнесеи;шх на трансконтинентальные расстояния, причем точность сличения практически не зависит от расстояния между этадонами. ДМ потенциально позволяет получать точность сличения лучаю 1 не, является оперативным, всепогодным и независящим от оборонных ведомств методом.

В настоящее время за рубежом уделяется большое внимание ДМ сличения удаленных ШВ, при этом большие успехи достигнуты в повышении точности передачи шкалы. В настоящее время, по мнонию зарубежных исследователей, основной проблемой в развитии ДМ является отсутствие способов калибровки задержек ь приемопередающей аппаратуре станций сличения, что вызывает значительное снижение точности ДМ по сравнению с его потенциальными возможностями. В нашей стране ДМ сличения по спутниковым каналам связи ранее практически не использовался, в результате чего возникай? задача создания системы сличения на сазе отечественных спутниковых ретрансляторов.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разра ботка, создание и исследование первой отечественной системы сличения удаленных ШВ с использованием ДМ па базе спутниковых ретрансляторов "Горизонт", разработка методики и аппаратуры измерения задержек в приемопередающей аппаратуре земг.ич стянчий спутниковой связи, исследование стабильности задержек в раялич

ш элементах аппаратуры, а также исследований сигналов для передачи ШВ по спутниковым каналам свяви.

Научная новизна работа заключается в следующем:

1. Разработана и. создана система сличения удаленных шкал по слутьшкоьым каналам с использованием ДМ; проведены эксперименты по сличению ШВ на различных базах. Среднекзадратиче'ская ошибка состазила в различных экспериментах от 1 до 2 не; абсолютная точность в режиме нулевой базы - i не; с бззой порядка 2100 км расхождение получении результатов с данными системы ГЛСНЛСС - не сюлеэ 25 не.

2. Предложен сигнал для передачи шкал времени, использование которого позволяет повысить точность передачи ШВ в 5 раз по сравнению с традиционно применяемым сигналом.

3. Разработаны и экспериментально исследованы методики непосредственного измерения задержек в элементах приемопередающей аппаратуры станций сличения. Предложен метод передачи ШВ по кабельным линиям связи с одновременным измерением электрической длины линии.

4. Предложена модификация ДМ сличения ШВ по спутниковым каналам связи, позволяющая получать результаты сличения в режиме реального времени без создания специального канала передачи данных между станциями сличения.

Научная' и практическая ценность. Результаты исследований различных аспектов сличения удаленных ШВ по спутниковым каналам связи мсгут быть использованы при создании системы сличения ШВ радиоинтепфероштричесчого комплекса "KBA3AI -ИБО", а также при разработке подобно^ системы для службы единого времени страны и других, задач.

Использование предложенного сигнала для передачи ШВ в системах сличения позволит достичь требуемой точности сличения при ¿олеа низких знергет.. веских параметрах канала связи, что позволит сочдать малогабаритную передвижную станцию сличения.

Разриботгннке устройства и методики калибровки приемопере-дэюией аппаратур:, а также предложенный метод передачи ШВ по

кабельным линиям связи, могут быть использованы как при создании системы сличения ЫН с использованном ДМ, так и з любых других системах, в которых существует потребность в измерении аппаратурных задеркак.

Предложенная модификация ДМ позволяет повысить оперативность сличения ШГ по спутниковым каналам связи, а также упростить методику вычисления результатов сличения.

На защиту выносятся следуицио осиовнне результата работы:

1. Разработанная система передачи ШВ по ОКС на баз ретранслятора "Горизонт".

2. Результаты экспериментальных исследований по сличешю ШВ с использованием разработанной системы.

3. Предложенный сигнал для передачи ШВ по СКС, позволяющий получить максимальную точность передачи ШВ в канале с заданными энергетическими и частотными характеристиками.

4. Методика, аппаратура и результаты исследования стабильности задержек в приемопередающей аппаратура земных станций спутниковой связи; методика передачи ШВ по кабельным линиям с измерением электрической длины кабеля и результаты экспериментальных исследований по передаче ШВ по кабельным линиям связи с наносекундной точностью.

б. Предложенная модификация ДО, позволяющая осуществлять сличение удаленных ШВ в режиме реального времени без использования дополнительного канала передачи денных мэзду станциями сличения.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на Международном симпозиуме "Спутниковая связь -реальность и перспективы", Одесса, 1990; I Советско-Германской рабочей встрече "GL0NASS - GPS", Ленинград, 1990; Межведомственной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение частотно-временных измерений при испытаниях и эксплуатации техники", Москва, 1991 и I международной конференции по спутниковой связи "RUSSAT-93", Санкт-Петербург, 19ЭЗ. Но теме диссертации опубликовано 16 печатшх рзОот [ 1 - U, i >j, 17 ! и

_ 4 -

имеется одно авторское свидетельство [15).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит /30 стр. текста, 20 таблиц, 20 рисунков и библиографию из 74- наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагаются основные задачи донной работы, обсуждаются актуальность и необходимость ш решения для создания системы сличения удаленных ШВ ко спутниковым каналам связи.

Глава I. ДУПЛЕКСНЫЙ МЕТОД СИНХРОНИЗАЦИИ ШКАЛ ВРШЕНИ ПО СИТНИКОВЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ. В данной главе кратко излагается сущность дуплексного метода, заключающаяся в одновременном обмене синхронизирующими сигналами по спутниковому каналу связи между пунктами сличения, что позволяет в значительной степени исключить погрешности, связанные с задержками распространения сигналов. В результате такого обмена на каждом из пунктов сличения можно измерить :\хдеркку сигнала ШВ, принятого с другого пункта сличения, относительно местной ШВ, и вычислить разность шкал времени. Для получения высокой точности сличения необходимо тагам учесть погрешности, вызванные неодинаковостью задержек в приемопередающей аппаратуре станций сличения, задержками распространения сигналов в атмосфере и релятивистскими эффектами.

В главе также приводится обзор существующих методов"сличения удаленных ШВ и результатов, достигнутых в ходе развития ДМ а последниэ годы. На основе сравнения результатов, достигнутых при использовании ДМ делается вызод о перспективности использования ДМ для сличения удаленных ШВ с высокой точностью.

Глава II. ПЕРЕДАЧА ШКАЛ ВРЕМЕНИ ПО СПУТНИКОВЫМ КАНАЛАМ СГШ-?И. Основой процесса сличения удаленных ИВ является передача \OU'-'H) ШВ сличаемых стандартов по спутниковому каналу связи. Точность передачи ШВ определяется двумя факторами: энергетическими характеристика, и канала связи ц параметрами сигнала, используемого для передачи ШВ (длительностью сигнала и его эффективной полосой частот). Приводится методика расчета эдерге-таческпч характеристик канала спутниковой связи как в одноотан-

циопном, так и в многостанционном решмах работы спутникового ретранслятора.

Во всех современных работах по применению ДО для передачи 11IB используются сигнала в виде несущей, моду^мровэнной по фазе цифровыми последовательностягга (ФМ екгная). Это объясняется тем, что данные сигнала легко форюфувтея, пригодны для многостанционного доступа в канале связи и позьоляют устранять неоднозначность шкалы Бремени. С другой гтороны, как известно, наивысшую точность при передаче ШВ в канале связи с заданными энергетическими и частотными характеристиками могут обеспечить многочастотные сигналы.

В настоящей работе предложен новый сигнал для передачи ШВ, представляющий собой комбинацию <Ш сигнала и двухчастотного сигнала, частотные составляющие которого расположены по краям выделенной полосы частот. При этом двухчастотная составляющая такого комбинированного сигнала (КС) позволяет достичь максимальной точности передачи ШВ в данном канале связи, а <СМ сигнал позволяет устранить неоднозначность, возникающую при передаче ШВ с помощью двухчастотного сигнала. Составляющие КС могут передаваться как одновременно, тзк и с временным разделением. В данной главе рассматриваются различные варианты использования КС; увеличение точности по сравнению с ФМ сигналом составляет от 3,7 до 5,25 раз.

В ходе данной работы была разработана модификация да, позволяющая вычислять разность сличаемых ШВ в режиме реального времени без создания канала передачи данных между станциями .сличения. Сущность предложенной модификации заключается в следующем. Предполоким, что производится сличение шкал станций А и В, причем результат сличения должен определяться на станции А. Тогда передача ШВ со станции В на станцию А :троисходнт также, как и в обычном да; а в процесс передачи ШВ со станции А вносятся следующие изменения:

- в передающей аппаратуре станции А вносится дополнительная задержка, равная разности задержек в приемном и переданном трактах станции А (указанные задеркки измеряются перед началом сеанса сличения);

- сигнал, переданный станцией А, принимается станцией В и ретранслируется в сторону станции А; при этом на станции В вводится дополнительная задержка, равная разности задержек в передающем и приемном трактах станции В. В результате па станции А мотет быть измерена задержка сигнала ШВ с; нщш В относительно местной ШВ (величина Тд), а также задержка сигнала ШВ, излученного станцией А и ретранслированного станцией В относительно 11В станции А (величина Тд2)- В этом случае разность шкал времени станций А-и В можно определить следующим оОраьом:

At = 0,5-1 (2-ТА1 - Т^) + (ad - ацр) + (b - fc^J + Гг, гдэ (afi - al ) -. разность задержек на линиях ИСЗ - станция А и станция А - КОЗ; (bUp - 1^) - то же для станции В; Тг - релятивистская поправка.

Таким образом, использование предлагаемой модификации ДМ позволяет вычислять разность № в режиме реального времени на одном из пунктов сличения без использования 'канала передачи данных. Предложенная и.одификация да позволяет упростить обработку результатов измерений и сократить количество измерительной аппаратуры на одном из пунктов сличения.

ГЛ8М III СИСТЕМА ШИПЕНИЯ ШКАЛ ВРЕМЕНИ ИНТЕРФЕРОМЕТРИ-ЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "КВАЗАР". Данная глава посвящена описании экспериментальной системы сличения шкал времени, созданной на базе система спутниковой связи комплекса "Квазар". Указанная система вклйчает в себя земные станции спутниковой связи в диапазоне частот- 14/11 ГГц, модемную аппаратуру, блоки формирования и обработки синхронизирующего сигнала, измеритель временных интервалов, а также систему автоматизации* измерений (рис.1).

В эксперимент ..льной системе для передачи сигнала ШВ применен ФU сю'нал, сформированный на основе псевдослучайной последовательности (ПСП) максимальной длины, фаза которой жестко связана с передаваемым сигналом ШВ. Сигнал передачи ШВ включает в собя один период ПСП длительностью 27 злементов и множество периодов инвертированной ПСП той же длительности. Тактовая частота последовательности - 5 МГц.

В качестве станций спутниковой связи использовались:стаи-

^ИСЗ ]

Станция спутниковой связи

Передатчик

Приемник

Модулятор

Демодулятор

ТЧ

ЦСС

ТЧ

ЦСС

Блок формирования синхросигнала

Блок обработки синхросигнала

5МГц

ШВ

1

ШВ

Синхронометр

5МГц ШВ

Стандарт времени и частоты

Измеритель

временных

интервалов

система

автомати-

ческой Станция А

регистрации

Станция спутниковой связи !

Передатчик ]

1

Приемник

Т

£ МодуляторГ~| |домодулятор|

ТЧ ЦСС

Блок формирования синхросигнала

5МГц ШВ

Синхронометр

1.

Стандарт времени и частоты

ТЧ

ЦСС

Блок обработки синхросигнала

ШВ

Измеритель

временных

интервалов

автоматической регистрации

СТ8НЩ1Я В

ТЧ - сигнал тактовой частоты; ЦСС - цифровой оинхрокизиру наций сигнал; ШВ - сигнал шкалы времени; ОК - опорное колоба-ние от стандяпта времени и частоты

Рис. 1 Система сличения шкал времени комплекса "КНАЗЛР"

ция I класса (антенна диаметром 12 м, передатчик с максимальной мощностью \ кВт и приемник с шумовой температурой 130К) и.станции II класса (антенна диаметром 4,2 м, передатчик мощностью 240 Вт и приемник с иумоь й температурой ?50 К. Для обоих типов станций частота передачи (14325 ± 18)МГц, частота приема -(115.5 ± 18) МГц.

Для модуляции и демодуляции сигналов в описываемой системе использовалась модемная аппаратура, предназначенная для передачи радиоастрономических данных комплекса "КВАЗАР". В используемых модемах применяется двукратная фазоразностная манипуляция и когерентная демодуляция принимаемого сигнала.

Для формирования и обработки цифрового синхронизирующего сигнала автором били разработаны и изготовлены специальные устройства, осуществляющее формирование цифровой последовательности, фаза которой жестко связана с 1ЯВ, а также слежение за принимаемым сигналом и выделение из него импульса ШВ.

В качестве измерителя временных интервалов в системе используется частотомер 43-64, подключаемый при помощи шины КОП к подсистеме автоматизации измерений. К этой же подсистеме подключается сикхронометр 47-37, используемый в качестве источника текущего времени. Система автоматизации построена на основе компьютера ДВК-ЗМ; управление работой указанных приборов и регистрация их показаний производится при помощи разработанной автором программы.

Энергетические расчеты показали, что среднеквадратическая ошибка сличения в описываемой системе составляет величину порядка 5 - 7 не (в зависимости от того, какой спутниковый ретранслятор используется для создания канале связи). При усреднении результатов на интервале 2-3 мин. может быть получена ветчина среднеквадратической ошибки среднего значения 0,5 не. Использование предложенного в настоящей работе комбинированного сигнала позволит осуществлять передачу шкал времени в системе "Квьерр" с СКО срэд ;"гс 0,1 не.

Глава IV УЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ СЛИЧЕНИЯ ШКАЛ ВРЕМЕНИ ПО СПУТНИКОВОМУ КАНАЛ!' СВЯЗИ. Погрешности сличения шкал времени по спутниковому каналу связи вызываются следующими основными причинами: неодинаковостью задержек в приемопередающей аппаратуре станций сличения, неодинаковостью задержек распространения сигналов на трассах. Земля - ИСЗ и ИСЗ - Земля, задержками, связанными с вращением Земли, а также релятивистскими эффектами.

По мнению ряда зарубежных авторов, основным источником ошибок является неодинаковость задержек в приемопередающей аппаратуре станщй сличения. В проводившихся ранее работах по использованию ДМ неодинаковость задержек в наземной аппаратуре либо вообще не учитывалась, либо измерялась при помощи метода "нулевой базы*1, основанного на использовании малогабаритной передвижной станции спутниковой связи. Недостатком этого метода, помимо трудностей, связанных с транспортировкой такой станции, является невозможность оперативной калибровки аппаратуры. В связи с этим возникает потребность в разработке методики и аппаратуры для непосредственного измерения задержек в различных элементах земных станций - соединительных кабелях* трактах ПЧ и СВЧ приемопередающей аппаратуры, а также проведение исследований стабильности задержек в указанных элементах.

Для исследования задержек в трактах промежуточной частоты системы передачи ШВ использовались модемы <1М сигнала, входящие в состав аппаратуры станции передачи ШВ; для измерения задержек в СВЧ трактах использовались также амшштудномодулированный и частотномодулированный сигналы. Точность измерений ограничивалась возможностям!, измерителя временных интервалов. Исследования стабильности задержек показали, что задержки в аппаратуре приемников и передатчиков земных станций спутниковой связи име ют высокую кратковременную стабильность (изменение задержи и течение 20 мин. не превышает 1 не, в течение 1 часа - 2-3 не), поэтому проводить контроль задержек ь аппаратура во время проведения сеансов передачи ПЮ ке требуется. С другой стороны, долговременаая стабильность исслэдсватых трактов значительно ниже - изменения задержи могут достигать 20 не в течение суток,-Кроме того, включение/выю..эчониа аппаратуры приводит к измене -

ниям величины задержки до 6 - 8 не, что показывает необходимость проведения калибровки аппаратуры станций передачи ШВ непосредственно перед проведением сеанса передачи ШВ и показывает неприменимость для калибровки аппаратуры метода "нулевой базы".

В ходе исследования задержек в соединительных кабелях с длинами от десятков дс сотен метров был предложен метод передачи сигналов ШВ по кабельным линиям с одновременным измерением электрической длины кабеля. Сущность его заключается в ретрансляции сигнала ШВ, принятого на приемной стороне, обратно на передающую сторону по той зхе кабельной линии. При этом за счет того, что сигналы ШВ в обе стороны передаются по одному и тому же пути, на передающей стороне можно, измерив задержку обратного сигнала ШВ относительно местной ШВ, определить электрическую длину линии. Для повышения помехоустойчивости передачи ШВ по кабельным линиям в качестве сигнала ШВ может применяться ФМ сигнал. Экспериментальные исследования показали, что СКО передачи сигнала ШВ по кабелю длиной 400 м при помощи ФМ сигнала составляет величину порядка 0,2 не.

Неодинаковость задержек сигналов в атмосфере возникает при прохождении сигнйлами ионосферы из-за различия частот, на которых сигналы передаются в направлениях земная станция - ИСЗ и обратно; задержки сигналов в нейтральной составляющей атмосферы, независящие от частоты, взаимно уничтожаются благодаря одинаковости путей распространения сигналов. Анализ неодинаковости задержек распространения сигналов в ионосфере проводился для спутниковых каналов связи в диапазонах частот 6/4, 14/11 и 30/20 ГГц. В результате анализа получено, что неодинаковость задержек, распространения сигналов составляет в диапазоне частот 6/4 - 5 не, в диапазоне 14/11 ГГц - 0,3 не, в диапазоне 30/20 ГГц - 0,2 не. Таким образом, при построении систем сличения удаленных ШВ с точностью не выше 1 не в диапазонах частот 14/11 и выше неодинаковостью ионосферных задержек можно пренебречь.

Релятивистская поправка при использовании ДМ может быть вычислена по с точностью до 0,1 не, для чего необходимо знать местоположение ИСЗ с точностью не ниже 9,5 км и его скорость -не хуже 35 см/с. Однако в большинстве случаев известна лишь

координата подспутниковой точки с точностью порядка 1°. Поэтому для получения точной информации об орбите ИСЗ необходимо включить в процесс сличения операцию определения псевдодальности до ИСЗ с нескольких земных станций, что позволит сделать систему сличения независящей от зпрлорной информации об орбите ИСЗ.

Глава V ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕДАЧИ ШВ ПА БАЗЕ АППАРАТУРЫ КОМПЛЕКСА "КВАЗАР". Экспериментальные исследования на базе описанной системы проводились в течение 1989 - 1993 гг как в режиме нулевой базы, так и с базами до 2000 км.

Эксперименты в режиме нулевой базы проводились для исследования погрешностей системи и отработки методики измерений. Поскольку в этом случае сличаемые эталоны находятся в непосредственной близости друг от друга, можно легко контролировать точность сличения, измеряя истинную разность ШВ.

Определение случайной ошибки сличения проводилось методом наименьших квадратов для измерительных серий, включающих в себя от 50 до 100 измерений. В таблице 1 приведены среднеквадрэти-ческие отклонения (СКО) измеренных значений от средней величины, значения СКО среднего, полученные усреднением значений СКО по сериям измерений, а также отклонения средних значений разности ШВ, полученных с помощью ДМ от истинных значений, измеренных непосредственно между эталонами (значения АТ^ - ДТис;г).

Таблица 1

Результаты измерений в режиме нулевой базы

N Дата проведения измерени! СКО НС СКО ср. не АГДМ ~ ЛТист ' не

1 23.08.1989 110,0 25,0 - 25,9

2 24.08.1989 (N1) 150,2 31,9 6,6

3 24.08.1989 (N2) 17,8 3,0 - 18,0

4 17.11.1989 (N1) 7.1 1 ,0 1.0

5 17.11.1989 (N2) 7.8 0,8 1.8

б 07.12.1990 3,5 0,4 -

7 08.12.1990 3,5 0.4 -

Измерения NN 1 - 5 проводились с использованием станции, снабженной тест-транслятором (устройством, имитирующим спутниковый ретранслятор), что позволило провести калибровку наземной приемопередающей аппаратуры. Эксперименты NN 6 и 7 проводились на станции без тест-транслятора, поэтому величина ЛГдМ - 4Тист не вычислялась. Анализ параметров распределения случайных ошибок сличения, проводившийся на основе критерия показал, что эти ошибки являются случайными величинами с нормальным распределением и имеют шумовую природу. Сравнение СКО измеренных значений с значениями, рассчитанными на основе энергетических параметров канала связи для применяемого сигнала показало, что реализационные потери в системе сличения но превышают 4 дБ.

В ходе экспериментальных исследований с нулевой базой проводились также измерения дальности до спутника и радиальной составляющей скорости спутника. Разработанная аппаратура позволяет определять дальность со среднеквадратической ошибкой менее 30 см с точностью до величины задержки сигнала в спутниковом ретрансляторе; радиальная составляющая средней скорости движения спутника может Сыть вычислена с точностью 1-10 см/с.

В марте - апреле 1993 г. проводился комплексный эксперимент по сличению ШВ стандартов времени станций в пос. Светлое и в ст. Зеленчукской Ставропольского края (база порядка 2000км), включавший в себя обмен сигналами ШВ между указанными станциями, калибровку приемопередающей аппаратуры и вычисление релятивистской поправки. Одновременно со сличением при помощи ДМ, проводилось измерение разности ШВ указанных станций при помощи системы ГЛОНАСС. Показания системы ГЛОПАСС измерялись дважды в сутки, определение разности ИВ в другие моменты времени проводилось методом интерполяции.

Передача ШВ проводилась через ретранслятор с точкой стояния 11 град. з.д. Отношение мощности принимаемого сигнала к спектральной плотности мощности шума для каждой из станций составляло (73 ± 1) дБГц, что соответствует СКО измерения времени прихода сигнала на каждой станции 5 - 8 не. Измерения проводились и обрабатывались сериями, включающими в себя от 100 до 130 измерений; длительность серии выбиралась таким образом,-чтобы расхождание ШВ стандартов в течение с^рии не превышало

1 нс. Для каадой серии вычислялось среднее значение разности ШВ (ЛЪдо), СКО измеренных значений относительно среднего, а также СКО среднего значения. Далее, учитывалась величина неодинаковости задержек в приемопередающей аппаратуре и соединительных кабелях, составляющая (488 ±1,1) нс, поправка' за счет неравномерности характеристики группового времени запаздывания (5 нс ) и релятивистская поправка, составляющая (56 ± 1,5) нс, и определялась разница ШВ стандартов. Результаты приведены в табл. 2; в последнем столбце таблицы указана разница между результатами, полученными при помощи ДМ и с использованием системы ГЛОНАСС. Измерения NN 1-6 проводились 31.03.1993, Ш 7-12 - 1.04.1993.

Таблица 2

Результаты сличения ШВ Светлое - Зеленчукская

N Время проведения Кол-во СКО СКО Д1; А1:ДМ "

измерений измер-й средн. да Л1ТЛ0НАСС

(ч-м:с) в серии НС нс не не

1 03:32:00 - 03:35:33 110 9,8 0,93 857,1 8,1 '

2 03:37:35 - 03:42:53 118 9,0 0,83 856,8 6,8

3 03:43:18 - 03:48:24 106 9.2 0,87 858,5 7,5

4 03:49:14 - 03:54:48 124 9.8 0,88 861,0 8,0

5 03:56:20 - 04:00:06 108 10,6 1,02 865,6 9,6*

6 04:00:56 - 04:05:14 132 10,2 0,89 867,1 10,6

Т 00:18:06 - 00:23:40 97 9,7 0,98 1206,8 19,8

8 00:26:48 - 00:32:34 112 9,7 0,91 1209,1 20,1

9 00:33:08 - 00:35:48 95 10,2 1,05 1213,0 22,0

10 00:50:54 - 00:55:58 120 10,0 0,91 1217,5 21,5

11 01:11:40 - 01:16:46 134 10,0 0,86 1220,5 19,5

12 02:14:10 - 02:20:26 131 9,3 0,86 12*3,0 25,0 1

- 14 -

Таким образом при сличении ШВ стандартов в Светлом и в Зеленчукской определены средние значения разности шкал времени в«моменты, указанные в таблице. Точность определения разности шкал времени, обусловленная случайными ошибками, составила, в худшем случае, ± 2 не и определяется, примерно в равной степени, ошибками калибровки аппаратуры, вычисления релятивистской поправки и ошибками передачи ILB по спутниковому каналу связи. Отметим, что СКО ошибки передачи 1Ш отличается от теоретически рассчитанного значения не более, чем ка 20$.

Систематическая ошибка обусловлена точностью измерителя временных интервалов ( 1 не ), неодинаковостью группового времени задержки в спутниковом ретрансляторе, которая в данном эксперименте учитывалась с точностью + 2 не, а также систематической ошибкой калибровки аппаратуры (± 10 но;.

Разность полученных результатов и данных системы ГЛОНАСС находится в пределах ошибки последней. Таким образом, можно считать, что разработанная система сличения является не менее точной, чем система ГЛОНАСС, а в смысле сраднеквадратической ошибки и более точной, и может использоваться для ее поверки.

В заключений диссертации сформулированы основные результаты, полученные в работе.

В приложениях приводятся принципиальная схема разработанной аппаратуры формирования и обработки синхросигнала, программы регистрации результатов измерений, проверка гипотезы о нормальности распределения ошибок передачи ШВ по критерию я2, а . также обоснование выбора длительности синхросигнала.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. te базе аппаратуры системы спутниковой связи комплекса "КВАЗАР" создана первая в России система сличения шкал времени по спутниковому каналу связи. Разработанная система позволяет сличать ш".алы времени комплекса "КВАЗАР" с внутренней точностью на хуже Z не, а также проводить поверку системы ГЛОНАСС.

Созданная система может служить основой для разработки системы сличения более высокой точности и оперативности полу-

чения результатов с использованием предложенных в данной работе комбинированного сигнала и модификации ДМ.

2. Предложен комбинированный сигнал для передачи ШВ по спутниковым каналам связи, включающий в себя двухчастотную составляющую для точной привязки ШВ и ФМ сигнал для разрешения возникающей неоднозначности. Предложенный сигнал позволяет снизить ереднеквадратическую ошибку сличения в Б раз по сравнению с обычно применяемым ФМ сигналом.

3. Разработаны методики и аппаратура для непосредственной калибровки элементов системы сличения ШВ, с точностью не хуже 0,6 не для СВЧ трактов и 0,2 не для других элементов аппаратуры. Проведены исследования стабильности задержек в аппаратуре станций спутниковой связи. Предложен метод передачи ШВ по кабельным линиям связи с одноеременным контролем электрической длины линии связи.

4. Разработана модификация ДМ. позволяющая вычислять результаты сличения ШВ в режиме реального времени без использования дополнительного канала передачи данных от одной станции сличения к другой.

5. Проведен комплексный эксперимент по сличению ШВ на базе порядка 2000 км, включавший в себя передачу ШВ, калибровку приемопередающей аппаратуры и учет релятивистской поправки. В результате эксперимента измерены разности ШВ стандартов времени с среднеквадратичной ошибкой 2 не. Отличие полученных результатов от даншх системы ГЛОНАСС составляет от 8 до 25 не и находится в пределах ошибки измерения последней.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Арзуманян D.B., Гуревич Е.Л., Окунев Ю.Б. Помехоустойчивость и скорость передачи данных по спутниковым каналам связи в диапазоне 14/11 ГГц. 'известия ВУЗов. Радиоэлектроника", 1989, N 3, с. 82-83.

2. Гуревич Е.Л., Кэйцановский М.Н., Хейфец Ь.В. Система сличения атпм}шх шкал времени по спутниковым каналам связи. Труда международного симпозиума "Спутниковая связь - реальность и перспективы", Одесса, 1390, с. А25.1 - А25.9

3. E.L.Gurevich, N.N.Kaldanovsi:i, E.V.HeJlez Tine synchronization via communication satellite. Proc. oi the 1st Soviet -West Germany workshop "GLONASS-GPS". Leningrad., 1990, pp.

4. Гуревич Е.Л., Кайдановский M.H. Система синхронизации удаленных шкал времени по спутниковому каналу связи. Тезисы докладов конференции "Метрологическое оСоспечоаие частотно-временных измерений при испытаниях и эксплуатации техники", Н.,1991,с.53.

5. Гурэвич Е.Л., Кайдановский М.Н. Исследование аппаратурных погрешностей дуплексного метода синхронизации часов. Препринт ИПА АН СССР N 38, Ленинград, 1991, с. 1 - 12.

6. Гуревич Е.Л. Синтез синхронизирующего сигнала для дуплексного метода синхронизации часов. Препринт ИПА N4id, СП0, 1992, с. 1 - 10.

7. Гуревич Е.Л. Кайдановский М.Н., Клионер С.А. Программно-аппаратный комплекс для синхронизации удаленных шкал времени. Препринт ИПА РАН N 45, СПб, 1992, стр. 1-21.

8. Вытнов A.B., Гуревич Е.Л. Передача шкал времени по наземным кабельным линиям связи. Препринт ИПА РАН N 46, Санкт-Петербург, 1992, стр. 1-15.

9. Гуревич Е.л;, Кайдановский М.Н., Хейфец Е.В. Синхронизация удаленных шкал времени по спутниковому каналу связи. "Измерительная техника", 1992, N7, с. 41 - 43.

10. Гуревич Е.Л. Сигналы для передачи шкал времени по спутниковым каналам связи. "Измерительная техника", 1993, N2,0.40-41;

11. E.L.Gurevich, M.N.Kaldanovaki System of two-way time transfer via "Horizon". Annalea Geophysicae, P.I, 1993, p.C116.

12. E.L.Gurevich, M.N.Kaldanovaki System of Two-v'ay Time Transfer via Satellite "Horizon". Proc. of First International Russian Conference on Satellite Communications "RUSSAT-93", St.Petersburg, April 1993, pp. 301 - 305.

13. Гуревич Е.Л. Анализ сигналов для передачи шкалы времени но спутниковому каналу связи. "Известия ВУЗов, Радиоэлектроника", 1993, N 7, стр. 69-72.

14. Гуревич Е.Л. Высокоточная передача шкал времени по кабельным линиям связи. "Известия ВУЗов, Радиоэлектроника", 1993, N 8, стр. 77-80.

15. Положительное решение от 8.ОТ.1993 по заявке N 93-006071/ 10(005394) "Способ синхронизации часов" //Гуревич Е.Л., Дикарев В.И., Кайдановский МЛГ., Койнаш Б.З.

16. Гуревич Е.Л. Анализ различных методик передачи шкал времени по спутниковым каналам связи // "Метрология", 1093, N 10, (в печати)

17. Гуревич Е.Л., Кайдановский М.Н., К пионе^ С.А. Методика, аппаратура и погрешности сличения шкал времени по спутниковым каналам связи // 'Измерительная техника". 1993, N 12 (в печати)

В работе [1] автору принадлежат расчеты помехоустройчиво сти каналов связи; в работах [2-4,7,9,11,17] автору принадлежат разработка системы сличения, устройства формирования и обработки синхросигнала и проведение экспериментов; в работе [ 5 ] автором разработаны аппаратура и методики калибровки станций сличения; в работе [ о 3 автору принадлежит метод передачи ШВ по кабельным линиям и проведение экспериментальных исследованш.; в работах [12,151 автору принадлежит разработка модафш >ции ДМ.

Работы [6, 10, 13, 14, 16 ] написаны без соавторов.

Р'ГП ПИЯФ,зак.66?,а'ир.10(1 лч.-1:зд,л.0,9;21/Х-1993г. Г-псплатно