Введение к работе
Актуальность темы. Решение большого числа научно-технических задач связано с сопоставлением во времени событий, происходящих в пространственно-разнесенных точках, т.е. с необходимостью обеспечения синхронного v хода часов в этих точках, а также синхронизации генераторов, работающих в общей сети.
В настоящее время получил широкое распространение многостанционный доступ с временным разделением, особенно с ростом числа пользователей \ мобильной связи. При этом приемо-передающие станции должны работать в синхронном режиме.
В системах передачи данных по оптоволоконным линиям в ретрансляци- ^ онных станциях используются рубидиевые генераторы, требующие периодической подстройке значения частоты.
В настоящее время существующие системы частотно-временной синхронизации либо ограничены по зоне действия либо имеют высокую стоимость. В связи с этим важной и актуальной является задача разработки аппаратуры и высокоточных алгоритмов, позволяющих производить временную и частотную синхронизацию объектов. По точности, зоне действия, стоимости приемной аппаратуры наиболее перспективными для решения этих задач, являются навига-7 циоииые космические системы.
В последние годы развиваются глобальные спутниковые радионавигационные системы (СРНС) 2-го поколения ГЛОНАСС и GPS. При разработке и начальном использовании этих систем полагалось, что с их помощью будут решаться задачи определения координат и скорости подвижных объектов в любой точке планеты и воздушном пространстве. Наряду с определением координат и составляющих вектора скорости, использование сигналов навигационных космических аппаратов (КА) позволяет обеспечить частотно-временную синхронизацию объектов.
При разработке методов, алгоритмов и создании фазовой аппаратуры частотно-временной синхронизации использовались труды М.К. Чмыха, B.C. Шебшеевича. Н.С. Жилина, В.А. Майстренко и других ученых.
Цель работы. Целью диссертации является разработка и исследование мето-, дов частотной синхронизации генераторов, функционирующих в единой сети и
формирования высокостабильной метки времени на основе сигналов спутнико-v вых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS.
Задачи исследования:
-
Разработка метода и алгоритма формирования метки времени в одночастот-ном фазовом приемнике сигналов систем ГЛОНАСС и GPS для неподвижного объекта.
-
Разработка метода и алгоритма формирование метки времени и повышения точности определения параметров движения объекта, перемещающегося по заранее известной траектории.
-
Разработка методов и алгоритмов синхронизации опорного генератора в фазовом приемнике, работающем по сигналам спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS.
-
Разработка алгоритма уменьшения погрешности синхронизации опорного генератора на основе приемника сигналов систем ГЛОНАСС и GPS.
Научная новизна.
-
Разработан алгоритм уменьшения погрешности формирования метки времени объекта, двигающегося по известной траектории с применением цифровой базы данных.
-
Разработан метод синхронизации опорного генератора с погрешностью
_1 9
10 "в одночастотном приемнике, работающем по сигналам спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS и измеряющего доплеров-ское смещение частоты принимаемых сигналов, для минимального и избыточного созвездия КА.
3. Разработан метод синхронизации генератора в одночастотном приемнике
—і ^ сигналов ГЛОНАСС и GPS с погрешностью 10 "и увеличением\6ыстро-
действия за счет измерения фазового сдвига сигналов и применения регрессионного анализа.
5 4. Разработан метод уменьшения погрешности синхронизации опорного генератора в одночастотном фазовом приемнике, работающем по сигналам спутниковых систем, путем учета скорости изменения задержки распространення сигнала в ионосферном и тропосферном слоях. Практическая ценность.
Разработанные алгоритмы позволяют уменьшить погрешность частотно-временной синхронизации. Полученные алгоритмы реализованы в программном обеспечении на языке Ассемблер. Разработанная структурные схемы внедрены в аппаратуре МРК-23 и МРК-19 и освоена в серийном производстве. Методы исследования.
В диссертационной работе использованы методы математического анализа, линейной алгебры, статистические методы оценки параметров сигнала, методы математического моделирования, экспериментальные испытания. Основные положения, выносимые на защиту.
-
Использование априорных данных о местоположении объекта и учет параметров ионосферы и тропосферы позволяет получить оценку задержки сигнала обусловленной трассой распространения, при работе по избыточному созвездию и обеспечивает синхронизацию с погрешностью 200 нсек. в одночастотном фазовом приемнике сигналов ГЛОНАСС и GPS.
-
Селекция спутников по углу возвышения при измерение доплеровского смещения частоты в приемнике сигналов систем ГЛОНАСС и GPS, позволяет синхронизировать опорный генератор с погрешностью 10'12.
-
Измерение фазовых сдвигов принимаемых сигналов и применение регрессионного анализа измеренных радионавигационных параметров, позволяет уменьшить время синхронизации опорного генератора, в одночастотном фазовом приемнике сигналов ГЛОНАСС и GPS, относительно доплеровского метода.
-
Учет скорости изменения задержки распространения сигнала в ионосферном и тропосферном слоях, позволяет увеличить-мисло используемых спутников для уменьшения случайной составляющей погрешности синхронизации опорного генератора.
6 5. Учет априорной информации о траектории движения объекта в аппаратуре,
работающей по сигналам спутниковых радионавигационных систем ГЛО-НАСС и GPS, , позволяет уменьшить погрешность временной синхронизации подвижного объекта.
Достоверность результатов. Подтверждается моделированием и натурными испытаний на образцах аппаратуры МРК-23 и МРК-19Л.
Реализация и внедрение. На основе результатов, полученных в процессе выполнения диссертационной работы, разработаны, испытаны и внедрены в серийное производство образцы фазовых навигационных приемников, работающих по сигналам систем ГЛОНАСС/GPS: МРК-19Л, МРК-23. Результаты исследований использованы в следующих НИР и ОКР, выполненных в Красноярском государственном техническом университете и ГНПП «Радиосвязь»: «Исследование возможности использования навигационной аппаратуры потребителя глобальных навигационных систем в подвижных станциях связи». «Разработка навигационно-информационного комплекса автоматизированной системы управления движением поездов «Магистраль». Разработана и внедрена і серийное производство аппаратура частотно-временной синхронизации МРК 23С.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на на учно-технической конференции «Проблемы техники и технологий XXI века» ; г. Красноярске (1994 г.); на международной конференции «Планирование глс бальной радионавигации» г. Москва (199S г.); на международной конференції: «Proceedings of ICSC-96» г. Москва (1996 г.);на научно-техническая конфереи ция с международным участием «Спутниковые системы связи и навигации» Красноярске (1997 г.); на IV международной научно-технической конференції «Радиолокация, навигация и связь» г. Воронеж (1998г.), на V международно научно-технической конференции «Радиолокация, навигация и связь» г. Ворс неж (1999 г.); региональная научно-техническая конференция «ТрансСиб-99» Новосибирске (1999);of 7
7 Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 21 печатной
работе, защищены патентом РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех
глав и 2-х приложений. Общий объем работы составляет 121 страницу, из них
102 страницы основного текста, включая 32 рисунка, список литературы из 59
наименований на 9 страницах.
