Способ синхронизации опорных и бортовых станций широкополосной радионавигационной системы, страница 3

                                                     (4)

(индекс у фаз в (4) означает приведение по mod 2π). Составляющая  в (4) определяет погрешность измерения РНП, обусловленную расхождением  временных шкал, а второе слагаемое определяет значение фазы при идеальной синхронизации ШВ ():, где  – дробная часть фазового цикла. Целое число l фазовых циклов, необходимое для устранения многозначности фазовых измерений (4), определяется по результату измерения задержки кодовой последовательности: ,  – целое от x,  – период колебания несущей частоты.

Результат сравнения измеренного значения φ фазы сигнала ОС1 и расчетного значения ,  – расчетная скорость распространения радиоволн, скорректированный поправкой φ_доп на «дополнительный фазовый набег», которая учитывает отличие фактической скорости распространения радиоволн от скорости , определяется как

и используется для компенсации временного сдвига  (расхождение ШВ).

Как и при внешней синхронизации (по сигналам НКА), компенсация расхождения  временных шкал производится с использованием дискретного управления частотой опорного генератора (входит в состав ПСУ 7₂ станции ОС2) – скачкообразного изменения частоты в моменты коррекции на величину

Снижение шумовой составляющей погрешности синхронизации достигается за счет фильтрации результатов единичных измерений РНП в соответствии с алгоритмом

                                                                                  (5а)

                                                                                          (5б)

где  и  – соответственно оценки параметров   и , сформированные на момент

 и экстраполированные на следующий интервал сличения ШВ и частот опорных генераторов;  – результат измерения фазы на k-м интервале длительностью ,  – число фазовых измерений на интервале  (n – целое).

Первая коррекция фазы опорного генератора станции ОС2 производится в момент , вторая – в момент  и т. д. При максимально возможном значении  и интервале  сдвиг ШВ за одну коррекцию составит 100нс (приблизительно 0.2 фазового цикла при ). Первая коррекция частоты опорного генератора станции ОС2 производится путем изменения частоты на величину  ( – оценка частотного сдвига (5б)), которая сохраняется неизменной на интервале , вторая и последующие коррекции выполняются аналогично с интервалом .

Контроль синхронизации ведомых ОС ведущей опорной станцией ОС1 осуществляется следующим образом. Ведущая ОС1 одновременно принимает в паузе собственного излучения (25-й интервал ) на каждом цикле сигналы ведомых станций и определяет расхождения  относительно собственной шкалы ШВ1 (системной ШВ) временных шкал каждой из ведомых ОС (аналогично тому, как это осуществляют ведомые станции, принимающие ШПС ведущей ОС1) – нижняя временная диаграмма на фиг. 2б. Заштрихованный прямоугольник 25 соответствует коду ПСП2|1 сигнала ведомой ОС2, принимаемого ведущей ОС1.

Результаты определения расхождения ШВ  передаются потребителям (бортовым станциям) в формате сигнала ОС1 с использованием дополнительной цифровой модуляции ШПС – фазовой манипуляции несущей навигационным сообщением C(t), содержащим также данные о дифференциальных поправках, формируемые НАП 6₁ и предназначенные для потребителей спутниковых РНС, и служебную информацию.

Кодовая и фазовая синхронизация бортовых станций осуществляются аналогично синхронизации ведомых опорных станций с той лишь разницей, что приемо-синхронизирующее устройство 7₃ является четырехканальным, и прием сигналов ОС ведется на всем цикле излучения ОС за исключением паузы длительностью T_п (25-й и 1-й интервалы T_п для ведущей и ведомых ОС соответственно). Определение расхождения бортовой    ШВ    относительно    системной    ШВ1    и    привязка    ШВ  (синхронизация)

осуществляются в процессе решения навигационной задачи (определения координат бортовой станции).

Выбор интервала T_изм проводится с учетом требуемой точности фазовой синхронизации. Так при значении среднеквадратического отклонения  фазового цикла (приблизительно 5нс при ) требуемое отношение сигнал/шум составляет порядка 30дБ. В то же время типичными для ведомой и бортовой станций средневолновой широкополосной РНС являются значения отношения сигнал/шум 10дБ и 5дБ соответственно (при корреляционной обработке одного периода принимаемого ШПС). Достижение указанной точности фазовой синхронизации при этих условиях требует значений  и более.

По сравнению с известным способом полностью автономной синхронизации опорных и бортовых станций РНС, предлагаемых способ, благодаря применению внешней синхронизации по сигналам НКА спутниковой РНС, позволяет существенно сократить общее время синхронизации, так как отпадает необходимость поиска сигналов (беспоисковая синхронизация). Время, затрачиваемое на поиск сигналов, составляет более 50% от общего времени синхронизации. Так при поиске с использованием многоканального устройства с числом каналов K = 100 и априорном интервале задержек ШПС , пороговом отношении сигнал/шум в полосе ШПС q_min = –40дБ и вероятности аномальных ошибок (т е. ошибок, превышающих длительность T        элемента ) P_ош < 10^–3 требуемое при известном способе синхронизации время поиска составит более 3 минут.

Благодаря применению ШПС с большой базой (N >> 1) влияние мешающих сигналов (пространственных сигналов, взаимных помех опорных станций и др.) на точность синхронизации опорных и бортовых станций сказывается пренебрежимо мало при условии, что уровень мешающих сигналов составляет не более 60дБ по отношению к полезному сигналу. Это соответствует условиям приема практически во всей рабочей зоне РНС.

Таким образом, предлагаемый способ синхронизации опорных и бортовых станций широкополосной РНС позволяет по сравнению со способом-прототипом сократить время, требуемое для синхронизации, а также повысить помехозащищенность по отношению к помехам из-за многолучевости (ионосферным отражениям), внутрисистемным и другим помехам. В этом заключается технико-экономический эффект по сравнению с известными способами синхронизации опорных и бортовых станций наземных РНС.

Источники информации

1. АС СССР. № 1433210 А1, Кл. С 01S3/10,1986.
2. Радиотехнические системы / Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990, с. 288 (§ 13.5).

      3. Аргунов А. Д., Малюков С.Н., Матюшенко А.Д. и др. Интегральная радионавигационная система// Радиотехника . 1998, № 9. С. 35–39.