Введение к работе
Актуальность
Для науки и техники является актуальным вопросом формирование точных сигналов частоты и времени. Такие технологии, как корабельная, авиационная и автомобильная навигации, геодезические измерения, глобальные коммуникационные сети или высокоскоростные каналы передачи данных основываются на высокоточных сигналах времени и частоты. К другим примерам можно отнести космическую навигацию, интерферометрию со сверхдлинной базой, измерение фундаментальных констант и разработку новых стандартов физических величин для метрологии.
Современные аналоговые приемники эталонных сигналов частоты и времени, основанные на синхронизации термостабилизированных кварцевых генераторов, обладают существенными недостатками. Во-первых, наличие разброса характеристик кварцевых фильтров, что приводит к биениям на инфранизких частотах, в результате чего возникают существенные НЧ колебания фазы, проявляющиеся при действии импульсной помехи и механической вибрации. Во-вторых, даже при тщательной разработке электронных схем и использовании специально отобранных компонентов они могут вносить сдвиги в частоту стандарта и ухудшать его характеристики.
Решением может стать создание цифрового приемника эталонных сигналов частоты и времени, в котором аналоговая часть сведена к минимуму. Поэтому цифровой приемник позволит повысить точность и увеличить дальность устойчивого приема эталонных радиосигналов.
Для создания цифрового приемника необходимо решить следующие задачи. Во-первых, разработать методику расчета высокодобротного цифрового фильтра, согласованного с характеристиками передаваемых эталонных сигналов. Во-вторых, разработать методику, использующую высокую производительность цифровых вычислительных систем для более широкого применения методов статистической обработки экспериментальных данных. С учетом того, что в сложных измерительных системах обычно не удается полностью исключить промахи, весьма привлекательным является использование вероятностных подходов, основанных на максимизации вероятности наличия некоторых параметров исследуемого объекта или процесса, действие которых привело к появлению исходной выборки.
Повышение точности приема эталонных сигналов может быть достигнуто приемом одновременно нескольких эталонных частот, что позволит учитывать фазовые набеги в аналоговых цепях приемника, а также проследить особенности прохождения эталонных радиосигналов при различных метеорологических условиях в разное время суток и разное время года и тем самым вносить соответствующие корректировки.
На основании изложенного можно сделать вывод, что в настоящее время актуальна проблема усовершенствования приемников эталонных сигналов частоты и времени.
Цели и задачи
Целью настоящей работы является разработка и исследование метода построения цифрового фильтра и алгоритмов вероятностной статистической обработки для повышения точности приема и увеличения дальности приема эталонных сигналов.
При реализации данной цели требуется решить следующие задачи:
1. Разработка методики расчета сверхдлинных цифровых фильтров для
ЭСЧВ на основе использования вейвлет-функции Морле.
Проведение анализа статистических методов обработки с целью увеличения точности определения параметров ЭСЧВ в условиях повышенных шумов и импульсных помех.
Разработка экспериментальной установки для стабильного приема сигналов ЭСЧВ.
Разработка методики учета фазовых набегов в аналоговых цепях путем приема двух ЭСЧВ.
Исследование характеристик экспериментальной установки и сравнение точности приема ЭСЧВ, а также возможности одновременного приема нескольких ЭСЧВ.
Методы исследования
Решение поставленных задач осуществлялось на основе применения математического аппарата теории вероятностей и математической статистики, регрессионного анализа, теории свертки, теории спектральной обработки сигналов, в том числе теории вейвлет-анализа, и цифровой обработки сигналов.
Научная новизна
Разработана методика помехоустойчивого определения разности фаз для сличения частот эталонных сигналов.
Разработан алгоритм расчета целочисленных коэффициентов цифровых фильтров высокого (более 30000) порядка на основе вейвлет-
функции Морле для обработки эталонных сигналов в условиях повышенного уровня помех.
3. Разработана методика учета фазовых набегов в аналоговых цепях по результатам приема двух ЭСЧВ.
Практическая ценность работы
1. Создан цифровой приемник эталонных сигналов частоты и времени, с
помощью которого повышена точность приема сигналов ЭСЧВ (уменьшение
СКО Ах в 3-6 раз), обеспечен уверенный прием на расстоянии 2700 км
(увеличение на 19%).
2. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд для приема и
сличения одновременно двух стандартов частоты и времени с высокой
точностью.
Реализация результатов работы:
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, используются в учебном процессе и научных исследованиях кафедры физики ГОУ ВПО «Ковровская Государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева», используются в научно-исследовательских работах ОАО «ЗИТЦ» г. Зеленограда, планируется использовать в научно-исследовательских работах, проводимых в ОАО «ВКБР» г. Владимир.
Апробация результатов работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции (Владимир 5 декабря 2003 г.), тринадцатой Всероссийской научно-технической конференции (Computer-Based Conference) (Нижний Новгород, декабрь 2004 г.), международной научно-технической конференции (Владимир, 10-11 декабря 2004), VIII научной конференции по радиофизике (Нижний Новгород, 2009), V научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых «Вооружение. Технология. Безопасность. Управление» (Ковров, 2010).
Структура и объем
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения; содержит 113 страниц, 49 рисунков, 2 таблицы, 4 приложения, список литературы из 97 источников.
Публикации
Опубликованы 10 статей из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.
