Способ синхронизации опорных и бортовых станций широкополосной радионавигационной системы, страница 2

для ОС1, ОС2, ОС3 и ОС4 соответственно. Значение m = 4100 выбрано с учетом максимально возможного запаздывания сигнала в любой точке рабочей зоны РНС: . Такой выбор m обеспечивает возможность кодового разделения сигналов опорных станций в месте приема в пределах рабочей зоны РНС (расстояние до наиболее удаленной ОС составляет ).

Благодаря привязке фазы несущей  к фазе  комплексной огибающей ШПС (1): началу каждого периода ШПС соответствует значение , обеспечивается возможность устранения многозначности фазовых измерений с использованием результатов измерений времени запаздывания по коду .

Начальная синхронизация каждой ОС, а также бортовых станций производится по сигналам навигационных космических аппаратов, например спутниковых РНС ГЛОНАСС и GPS, путем привязки собственной шкалы времени (ШВ) к системной временной шкале ГЛОНАСС/GPS. Прием сигналов НКА 4 и определение расхождения собственной ШВ и системной шкалы времени спутниковой РНС осуществляет НАП  и  каждой из опорных и бортовых станций.

Расхождение шкал времени определяется в результате решения системы навигационных уравнений

                                              (2)

где  – результат измерения псевдодальности по j-му НКА; (X, Y, Z) – координаты опорной (или бортовой станции), (X_j, Y_j, Z_j) – координаты j-го НКА,  – погрешность синхронизации ШВ опорной (или бортовой) станции относительно ШВ спутниковой РНС (погрешностью синхронизации бортовых шкал НКА относительно системной ШВ можно пренебречь). Подстановка известных координат опорных станций и НКА в (2) позволяет определить погрешность синхронизации , D₀ – так называемая «геометрическая» дальность (определяется первым слагаемым в (2) при условии известных координат (X, Y, Z) и (X_j, Y_j, Z_j)), с – скорость распространения радиоволн.

Определение расхождения  шкал времени бортовых станций производится в процессе решения навигационной задачи или с использованием приближенных значений координат

бортовой станции (точность синхронизации определяется погрешностью знания координат). Повышение точности определения расхождения  временных шкал достигается путем «сглаживания» результатов единичных измерений, полученных за достаточно большой интервал T_изм (порядка 100с) одновременно по сигналам нескольких НКА.

Коррекция расхождения ШВ каждой из опорных и бортовых станций относительно временной шкалы спутниковой РНС осуществляется в приемо-синхронизирующих устройствах 7₁, 7₂ и 7₃ путем скачкообразного изменения частоты опорного генератора относительно номинального значения f_оп на величину , которая сохраняется неизменной на интервале  коррекции (например, 1с). При этом уменьшение (по модулю) временного сдвига  происходит с постоянной скоростью  (по линейному закону). Максимальная скорость изменения временного сдвига  определяется диапазоном перестройки частоты опорного генератора , который для эталонов времени и частоты, используемых в опорных станциях не превышает значения порядка ±10^–7, что соответствует скорости . Для сокращения требуемого интервала  при больших значениях  (вплоть до значения T_п = 40мс) предварительно используется грубая ступень синхронизации (уменьшение  с дискретом, равным длительности  элемента кодовой последовательности), а затем используется описанная процедура точной синхронизации.

   После установления начальной синхронизации по сигналам НКА 4 опорные станции переходят в рабочий режим, формируя и излучая ШПС в соответствии с диаграммой излучения (фиг.2а ). Ведомые опорные станции ОС2 – ОС4 принимают в паузах собственного излучения (1-й интервал длительностью T_п) на каждом цикле сигнал ведущей ОС1 и осуществляют точную ступень кодовой и фазовой синхронизации. Для определенности полагаем, что производится синхронизация ведомой станции ОС2               (фиг. 2б), синхронизация других ведомых ОС производится аналогично.

На фиг.2б приведены временные шкалы ШВ1 и ШВ2 опорных станций ОС1 и ОС2, а также их «навигационные» шкалы НШ1 и НШ2, синхронизированные со шкалами ШВ1 и ШВ2 соответственно и отображающие непрерывную последовательность интервалов времени длительностью T_п, отсчитываемых от начального момента t₀, (показан интервал первого цикла излучения). Моменты t₀, t₀ + T_п и т. д. соответствуют началу кодовой ПСП1 сигнала  ведущей ОС1 на первом,  втором  и т. д. периодах  повторения  ШПС,  а моменты

 и т. д. – началу каждого периода кодовой ПСП2 станции ОС2: начальная ошибка синхронизации ШВ1 и ШВ2 , что необходимо для захвата сигнала ОС1 системой кодовой синхронизации ведомой станции ОС2.

После установления кодовой синхронизации измеряется время запаздывания сигнала ОС1 по коду ПСП1|2 (код ПСП1 принимаемого станцией ОС2 сигнала ведущей ОС1) относительно временной шкалы НШ2:

где  – фактическое время запаздывания сигнала ОС1, D – расстояние между опорными станциями ОС1 и ОС2. Заштрихованный прямоугольник 1 на фиг.2б соответствует принимаемому ШПС станции ОС1 в паузе излучения станции ОС2 (принятый для интервалов  и  масштаб выбран из условия наглядности рисунка,  в действительности  и ).

Расхождение ШВ2 относительно ШВ1 определяется путем компенсации в результате  измерения времени запаздывания составляющей :

где  – расчетное значение времени запаздывания, скорректированное поправкой на отличие фактической скорости распространения радиоволн от расчетной скорости .

Точность определения  должна быть достаточной для устранения многозначности с заданной достоверностью при фазовой синхронизации (в рассматриваемом примере допустимое значение среднеквадратического отклонения (СКО) составляет около 50нс).

Коррекция расхождения ШВ2 относительно ШВ1 производится тем же способом (по принципу «линейного» фазовращателя), что и в режиме внешней синхронизации (по сигналам НКА).

Фазовая синхронизация ведомой ОС2 осуществляется следующим образом.

Фаза сигнала восстановленной несущей (после снятия широкополосной МЧМ в принятом ШПС ведущей станции ОС1) может быть представлена в виде

                                                                                                          (3)

где  – момент включения передатчика ОС1 (начальный момент). Временные диаграммы, представленные на фиг.2в, соответствуют приведенной по mod 2π фазе.

Измерение фазового сдвига (3) производится относительно сигнала, формируемого высокостабильным опорным генератором. Фаза опорного сигнала

           

Результатом измерения радионавигационного параметра (РНП) является разность фаз