Синхронизация системы S-12 с помощью спутниковых информационных технологий

ВВЕДЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

1 ОБЗОР СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ.
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ СИНХРОНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ СВЯЗИ ... ... ... ... ... .10
1.1 История развития спутниковой навигации ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10
1.2 Описание СРНС GPS и ГЛОНАСС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.3 Расчет определения положения с помощью GPS ... ... ... ... ... ... .. 17
1.4 Краткое описание и технические характеристики автоматической
телефонной станции S . 12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 18
1.5 Обоснование необходимости синхронизации оборудования АТС ... 30

2 РАСЧЕТ ЧАСТОТНО.ВРЕМЕННОЙ КОРРЕКЦИИ ШКАЛ НАВИГАЦИОННОГО СПУТНИКА И АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.1 Расчет передачи частотно.временной информации в СРНС ... ... ... 31
2.2 Обоснование выбранной схемы приемника и частотного
генератора “Time Source 3100” GPS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 38

3 РАСЧЕТ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧВАП ... ... ... ... 49
3.1 Расчет погрешностей эфемеридного обеспечения ... ... ... ... ... ... 49
3.2 Расчет погрешностей распространения радиосигнала ... ... ... ... ... 50
3.3 Расчет инструментальных погрешностей ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53

4 РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИКИ НАВИГАЦИОННОЙ РАДИОЛИНИИ ... .55
4.1 Требования, предъявляемые к навигационным радиолиниям ... ... ... 54
4.2 Расчет навигационной радиолинии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ... ... ... ... ... ... ... ... 61
5.1 Анализ условий труда работников обслуживающих оборудование
системы синхронизации на станции S . 12 ... ... ... ... ... ... ... ... .. 61
5.2 Расчет молниезащиты антенны приемника GPS ... ... ... ... ... ... ... 66
5.3 Расчет сопротивления заземляющего устройства ... ... ... ... ... ... .. 68

6 БИЗНЕС.ПЛАН ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73
6.1 Резюме проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .73
6.2 Обоснование проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..75
6.3 Анализ проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..76
6.4 Организационно. производственный план ... ... ... ... ... ... ... ... ... 78
6.5 Финансовый план ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..87

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

ПРИЛОЖЕНИЕ А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 92

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 93

ПРИЛОЖЕНИЕ В ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 94

ПРИЛОЖЕНИЕ Г ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 99

ПРИЛОЖЕНИЕ Д ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 100

ПРИЛОЖЕНИЕ E ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 101

Для координации взаимодействия отдельных подсистем служб времени в рамках отдельной страны или нескольких стран используются различные типы передающих средств, в функции которых входит передача потребителям сигналов точного времени и эталонных частот. В качестве передающих средств применяются системы, как специально предназначенные для передачи частотно-временной информации (ЧВИ), так и системы более широкого назначения, сигналы которых содержат ЧВИ в той или иной форме. К таким средствам относятся и автоматические телефонные станции. [3]
В зависимости от требуемой точности привязки шкал времени (ШВ) всех потребителей можно классифицировать по трем категориям: низкая точность (погрешность не более 1 мс), средняя точность (погрешность от 1мс до 1 мкс) и высокая точность (погрешность не ме6нее 1 мкс).
К потребителям третьей категории можно отнести системы связи с частотным и временным уплотнением каналов. Требования к точности ЧВО у этой категории потребителей непрерывно возрастают и в настоящее время составляют порядка 10 нс, требуемая погрешность сличения эталонов частоты составляет значение порядка 10 –14 за сутки.
В данном дипломном проекте будет рассмотрена синхронизация частоты автоматической телефонной станции S – 12 с помощью СРНС NAVSTAR (рисунок 1.1), ее технические характеристики и принципы работы [1] На рисунке 1.1 цифрами 1,2,3,….п. обозначены спутники. АТС - это автоматическая телефонная станция, которую мы синхронизируем. GPS – приемник, он принимает сигналы от не менее чем четырех спутников и выдает высокостабильный сигнал на АТС S – 12.

1 Шебанов А.А., Рабкин В.С. Синхронизация мер времени и частоты по сигналам спутниковых радионавигационных систем. – М.: Издательство стандартов, 1992.
2 Дмитриев П.П., Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. М.: Радио и связь,1982.
3 Кантор Л.Я. Спутниковая связь и вещание. М.: Радио и связь,1997.
4 Кузенков В.Д., Спутниковые системы радионавигации. –Куйбышев: Куйбышевский авиационный институт, 1987.
5 Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат, - М.: Советское радио,1977.
6 Баклашов Н.И., Катаева Н.Ж., Терехов Б.Д. Охрана труда на предприятиях связи и охрана окружающей среды. М.: Радио и связь, 1989.
7 Производственное освещение: Методические указания выполнению раздела в дипломном проекте / Сост. Л.П. Кошулько, Н.Г. Суляева, А.А. Генбач; - Алма-Ата, 1989.
8 Справочная книга для проектирования электрического освещения / под редакцией Г.М. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976.
9 Бубырь Н.Ф., Иванов А.Ф. Установки автоматической пожарной защиты. – М.: Стройиздат, 1979.
10 Ткачук К.Н. Безопасность труда в промышленности. –Киев,1985.
11 Долин П.А. Справочник по технике безопасности. –Москва, Энергоатомиздат,1984.
12 Экономика связи / Под ред., О.С. Срапионова. М.: Радио и связь,1998.
13 Основы экономики телекоммуникации (связи) / Под ред. Л.С. Голубицкой. М.: Радио и связь, 1998.
14 Экономика связи / Под ред. Л.С. Голубицкой. - М.: Радио и связь, 2000.
15 Колосков Н.В., Стрельчук М.И., Добравов В.Я. Организация и планирование радиосвязи и вещания. – М.: Радио и связь, 1987.
16 Демина Е.В., ИодкоН.П. и др. Организация, планирование и управление предприятий связи. М.: Радио и связь, 1990.
17 Демина Е.В., Резникова Н.П. и др. Менеджмент предприятий электросвязи. М.: Радио и связь, 1997.
18 Резникова Н.П. Маркетинг в телекоммуникациях. М.: Радио и связь, 1998.
19 Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу ОППС / Сост. С.А. Алибаева, О.Л. Гирш, К.Б. Аманжолова; АИЭС – Алматы, 1997.

Дисциплина: Автоматизация, Техника
Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 83 страниц
В избранное:

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра ___________________________________ ______

ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ

Зав. кафедрой

_______________________________

(ученая степень, звание, Ф.И.О.)

_______________________________

______ _________________200___г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

Тема: _________________Синхронизация системы S-12 с помощью спутниковых__
_______________________информационн ых технологий________________________

Консультанты:
Руководитель:
по экономической части:
_____________________________
____________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
(ученая степень, звание, Ф. И. О.)
_________________200___г.
____________________________
По безопасности жизнедеятельности:
_______________________________ Студент:
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
________________200___г.
___________________________
По специальной части:
( Ф. И О.)
_______________________________
___________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
________________200___г. Группа:
____________________
По делопроизводству на
Специальность: _____________
государственном языке:
___________________________
____________________________
___________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
________________200___г.
Нормоконтролер:
__________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
________________200___г.
Рецензент:
________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
________________200___г.

Алматы 2005г.

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Факультет
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _____________________________

Специальность
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _____________________________

Кафедра
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _____________________________

ЗАДАНИЕ
На выполнение дипломного проекта (работы)

Студенту___________________________________ __________________
(фамилия, имя, отчество)
Тема проекта (работы)___________________________________ _______
___________________________________ __________________________
утверждена распоряжением по факультету №_____ от _____________

Срок сдачи законченного проекта (работы) ______________________

Исходные данные по проекту (требуемые параметры результатов проектирования
(исследования) и исходные данные объекта)
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ ___________________________
Перечень подлежащих разработке в дипломном проекте вопросов или краткое
содержание дипломной работы:
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
_______________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________

Перечень графического материала ( с точным указанием обязательных
чертежей) ___________________________________ ________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ ___________________________

Рекомендуемая основная литература
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
_________________

Консультация по проекту (работе) с указанием относящихся к ним разделов
проекта (работы)

Раздел Консультант Сроки Подпись

Г Р А Ф И К
подготовки дипломного проекта (работы)

Наименование разделов, перечень Сроки Примечание
разрабатываемых вопросов предоставления
научному
руководителю

Дата выдачи задания __________________________

Заведующий кафедрой _________________________ ( )
(подпись)
( Ф.И.О.)

Руководитель проекта __________________________ (
)
( подпись)
( Ф.И.О.)

Задание принял к исполнению
Студент __________________________ (
)
(подпись)
( Ф.И.О.)

АНДАТПА

Бұл диплом жобасында спутниктік радионавигациялық GPS жүйесінің көмегімен
қалалық телефон станциясындағы жиілікті синхронизациялау мәселесі қаралады.
Сонымен қатар жерсеріктік радионавигациялық GPS жүйесіне техникалық
мінездеме және жұмыс істеу принципіне сипаттама беріледі. GPS жүйесіндегі
әр түрлі факторлардың әсерінен болатын қателіктерге бұдан гөрі тереңірек
талдау жасалады. Әдістемесі және есебі келтірілді. Жобада рубиди
генераторымен жұмыс істейтін GPS қабылдағышына ерекше мән беріледі. Бұл
жобада S-12 қалалық телефон станциясының синхронизациялаушы блогының
құрылымдық сұлбасы және станцияның негізгі техникалық мінездемесі жасалады.
Жобаның экономикалық бөлімінде бұл жүйенің экономикалық тиімділігі туралы
айтылады және қауіпсіздікті қамтамасыз ету мәселесі талданады.

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте рассматривается вопрос синхронизации
частоты на городской телефонной станции с помощью спутниковой
радионавигационной системы GPS. Приведено описание спутниковой
радионавигационной системы GPS, ее технические характеристики и принцип
действия. Рассчитывается вопрос погрешностей, вносимых различными
факторами, на работу GPS. Приводится методика и делается сам расчет. В
проекте уделено основное внимание приемнику GPS с рубидиевым генератором. В
данном проекте предложена структурная схема синхронизирующего блока
городской телефонной станции S-12, даны ее основные технические
характеристики.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

ОБЗОР СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ.
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ СИНХРОНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ
СВЯЗИ ... ... ... ... ... .10
1.1 История развития спутниковой навигации ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10
1.2 Описание СРНС GPS и ГЛОНАСС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.3 Расчет определения положения с помощью GPS ... ... ... ... ... ... .. 17
1.4 Краткое описание и технические характеристики автоматической
телефонной станции S – 12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 18
1.5 Обоснование необходимости синхронизации оборудования АТС ... 30

РАСЧЕТ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОЙ КОРРЕКЦИИ ШКАЛ НАВИГАЦИОННОГО СПУТНИКА И
АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.1 Расчет передачи частотно-временной информации в СРНС ... ... ... 31
2.2 Обоснование выбранной схемы приемника и частотного
генератора “Time Source 3100” GPS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 38

РАСЧЕТ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧВАП ... ... ... ... 49
3.1 Расчет погрешностей эфемеридного обеспечения ... ... ... ... ... ... 49
3.2 Расчет погрешностей распространения радиосигнала ... ... ... ... ... 50
3.3 Расчет инструментальных погрешностей ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53

РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИКИ НАВИГАЦИОННОЙ РАДИОЛИНИИ ... .55
4.1 Требования, предъявляемые к навигационным радиолиниям ... ... ... 54
4.2 Расчет навигационной радиолинии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ... ... ... ... ... ... ... ... 61
5.1 Анализ условий труда работников обслуживающих оборудование
системы синхронизации на станции S – 12 ... ... ... ... ... ... ... ... .. 61
5.2 Расчет молниезащиты антенны приемника GPS ... ... ... ... ... ... ... 66
5.3 Расчет сопротивления заземляющего устройства ... ... ... ... ... ... .. 68

БИЗНЕС-ПЛАН ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73
6.1 Резюме проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .73
6.2 Обоснование проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..75
6.3 Анализ проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..76
6.4 Организационно- производственный план ... ... ... ... ... ... ... ... ... 78
6.5 Финансовый план ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..8 7

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

ПРИЛОЖЕНИЕ А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 92

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 93

ПРИЛОЖЕНИЕ В ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 94

ПРИЛОЖЕНИЕ Г ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 99

ПРИЛОЖЕНИЕ Д ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 100

ПРИЛОЖЕНИЕ E ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 101

ВВЕДЕНИЕ

Для координации взаимодействия отдельных подсистем служб времени в
рамках отдельной страны или нескольких стран используются различные типы
передающих средств, в функции которых входит передача потребителям сигналов
точного времени и эталонных частот. В качестве передающих средств
применяются системы, как специально предназначенные для передачи частотно-
временной информации (ЧВИ), так и системы более широкого назначения,
сигналы которых содержат ЧВИ в той или иной форме. К таким средствам
относятся и автоматические телефонные станции. [3]
В зависимости от требуемой точности привязки шкал времени (ШВ) всех
потребителей можно классифицировать по трем категориям: низкая точность
(погрешность не более 1 мс), средняя точность (погрешность от 1мс до 1 мкс)
и высокая точность (погрешность не ме6нее 1 мкс).
К потребителям третьей категории можно отнести системы связи с
частотным и временным уплотнением каналов. Требования к точности ЧВО у этой
категории потребителей непрерывно возрастают и в настоящее время составляют
порядка 10 нс, требуемая погрешность сличения эталонов частоты составляет
значение порядка 10 –14 за сутки.
В данном дипломном проекте будет рассмотрена синхронизация частоты
автоматической телефонной станции S – 12 с помощью СРНС NAVSTAR (рисунок
1.1), ее технические характеристики и принципы работы [1] На рисунке 1.1
цифрами 1,2,3, ... п. обозначены спутники. АТС - это автоматическая
телефонная станция, которую мы синхронизируем. GPS – приемник, он принимает
сигналы от не менее чем четырех спутников и выдает высокостабильный сигнал
на АТС S – 12.

Рисунок 1.1

1. ОБЗОР СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ
СИСТЕМ И ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ
СИНХРОНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕЛЕФОННОЙ
СЕТИ СВЯЗИ

1. История развития спутниковой навигации

Использование искусственных спутников Земли (ИСЗ) для определения
транспортных средств имеет давнюю историю. Начало разработки первой
спутниковой навигационной системы ТРАНЗИТ (США) было положено в 1964 г. Эта
система содержала пять спутников на полярных орбитах и первоначально
предназначалась для периодической коррекции систем наведения баллистических
ракет морского базирования, а также исправления погрешностей корабельных
инерциальных навигационных систем в любых погодных условиях. В настоящее
время ее используют тысячи потребителей. Данная система имеет погрешность
нахождения местоположения объектов около 25 м, период определения координат
–1 –3 часа, а время определения координат – 10 – 16 минут.
Система ТРАНЗИТ продолжила свое развитие в GPS, строительство которой
осуществлялось в три этапа. На первом этапе, с начала 60-х годов и до 1979
года, была разработана концепция системы и проведена экспериментальная
проверка ее элементов. В декабре 1978 года группировка ИСЗ состояла уже из
четырех спутников, что позволяло проводить реальные измерения трех
координат пользователей и скорости их движения. В 1979 году начался второй
этап – полномасштабная разработка и испытания GPS. Третий этап программы (с
1985 года) имел целью разработку и производство серийного оборудования GPS.
Фирма Коллинз занялась производством приемных станций в 1988 году и
поставила вооруженным силам США около 4300 станций первого поколения.
Отсчет полномасштабной эксплуатации системы идет с 1993 года. В настоящее
время в мире производством приемников GPS занято более 400 фирм.
Подобным же образом развивалась спутниковая радионавигация и в СССР. В
начале была создана система Цикада, развернутая в 1979 году. В ее состав
входило четыре навигационных спутника с наклонением 83 градуса и с
равномерным распределением плоскости орбит вдоль экватора. Она позволяла
потребителю в среднем через каждые полтора – два часа входить в
радиоконтакт с одним ИСЗ и определять плановые координаты своего места при
продолжительности навигационного сеанса до 5 – 6 минут.
Дальнейшее развитие Цикады - разработка (с середины 70-х годов) и
развертывание системы ГЛОНАСС. Первый навигационный спутник этой системы –
Космос – 1413 - был запушен в 1982 году, в сентябре 1993 года систему
приняли в эксплуатацию. В 1995 году завершилось развертывание СРНС ГЛОНАСС
до ее штатного состава – 24 спутника. В настоящее время система является
основой навигационного обеспечения потребителей и элементом Российского
радионавигационного плана.

2. Описание СРНС GPS и ГЛОНАСС

Бурное развитие науки и техники, а последние десятилетия позволило
создать принципиально новый метод определения координат и приращений
координат – спутниковый. В этом методе используется подвижные спутники,
координаты которых можно вычислить на любой момент времени.
В настоящее время используются две спутниковые системы определения
координат: российская система ГЛОНАСС, что является аббревиатурой более
длинного и точного названия Глобальная Навигационная Спутниковая Система и
американская система NAVSTAR GPS: Navigation with time and ranging global
position system (навигационная система определения расстояний и времени,
глобальная система позиционирования). В данном случае под словом
позиционирование подразумевается определения координат. Обе системы
создавались для решения военных задач, в последние годы нашли широкое
применение в разных отраслях.
Всю навигационную спутниковую систему определения местоположения
принято делить на три сегмента: космический сегмент; сегмент контроля и
управления; сегмент пользователей (приемники спутниковых сигналов).
Современная система NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС в полной комплектации должна
состоять из 24 действующих спутников и трех запасных. Орбиты спутников
практически круговые и расположены в трех орбитальных плоскостях (для
ГЛОНАСС) и в шести орбитальных плоскостях (для NAVSTAR) (рисунок 1.1)

Рисунок 1.1 – Спутниковая навигационная система NAVSTAR GPS

Спутники оснащены солнечными батареями, которые обеспечивают энергией
все системы, в том числе и во время прохождения спутника в тени Земли.
Орбиты спутников практически круговые и расположены на высоте, равной
20180 км и на расстоянии 26600 км от центра Земли. Такое количество
спутников и их расположение обеспечивает одновременный прием сигналов как
минимум от четырех спутников в любой части земли.
Все спутники равномерно расположены в шести орбитальных плоскостях.
Период обращения спутников составляет 12 часов звездного времени, в связи,
с чем каждый спутник появляется в том же месте ежедневно на четыре минуты
раньше вчерашнего положения. Электроэнергией спутник обеспечивают две
солнечные батареи 7,2 м 2 каждая, заряжая также аккумуляторы для
обеспечения работоспособности спутника во время его полета в тени Земли.
Каждый спутник снабжен кварцевым стандартом частоты, двумя цезиевыми и
двумя рубидиевыми стандартами частоты, которые поддерживают стабильность
часов спутника в пределах 1 . 10-12 (1 ( 10-13. Цезиевые и рубидиевые
стандарты частоты координируют и управляют основной частотой – кварцевым
стандартом частоты, генерирующим 10,23 МГЦ. Из основной частоты формируют
две частоты диапазона частот с названием L – диапазон.
L1 ( 10,23 ( 154 = 1575,42 MHz (длинна волны 19,05 см)
L2 = 10,23 ( 120 = 1227,60 MHz (длинна волны 24,45 см)
Эти две частоты (называемые несущими) через модуляторы поступают на
антенну и передают на Землю информацию. Информация накладывается на несущую
частоту методом импульсно-фазовой модуляции. На этих частотах предаются
навигационные сигналы (коды), а также другая навигационная и системная
информация. [4]

Таблица 1.1 – Основные технические характеристики СРНС

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛОНАСС GPS
Количество спутников (проектное) 24 24
Количество орбитальных плоскостей
3 6
Количество спутников в каждой
плоскости 8 4
Тип орбиты Круговая
(S = 0 ± 0.01) Круговая
Высота орбиты 19100 км 20200 км
Наклонение орбиты, град 64.8 ± 0.3 55(63)
Период обращения 11ч 15,7 мин. 11ч 56,9 мин
Способ разделения сигналов Частотный Кодовый
Навигационные частоты, МГц
L1 1602,56 – 1615,51575,42
L2 1246,44 – 1256,51227,6
1 мс (СА, код)
Период повторения ПСП 1 мс 7дней (Р. – код)
1,023(СА-код)
Тактовая частота ПСП, МГц 0,511 10,23(P,Y-код)

Скорость передачи цифровой
информации, битс 50 50

Длительность суперкадра, мин 2,5 2,5
Число кадров в суперкадре 5 25
Число строк в кадре 15 5
Погрешность* определения координат
в режиме свободного доступа:
Горизонтальных, м 100 (СА-код)
Вертикальных, м 60 (СТ-код) 156 (СА-код)
75 (СТ-код)

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛОНАСС GPS
Погрешность* определения координат
в режиме ограниченного доступа:
Горизонтальных, м 18 (P,Y-код)
Вертикальных, м Не указана 28 (P,Y-код)
Не указана
Погрешности* определения проекций 200 (СА-код)
линейной скорости, смс 15 (СТ – код) 20 (P,Y-код)
Погрешности* определения времени в
режиме свободного доступа, нс 1000 (СТ – код) 340 (СА – код)
В режиме ограниченного доступа, нс
1000 (СТ – код) 180 (P,Y – код)
Система отсчета пространственных
координат ПЗ - 90 WGS – 84
*Погрешности в определении координат, скорости и времени для системы
ГЛОНАСС – 0,997, для GPS – 0,95.

Система GPS состоит из трех частей: космической, наземной и
пользовательского оборудования.
Космическая часть – это 24 спутника, вращающихся по шести орбитам.
Наклон орбит 20180 км, период обращения – 12 ч. Мощность спутникового
передатчика 50 Вт. С вводом в строй усовершенствованных спутников, частые
потери сигналов остались в прошлом. Спутники GPS способны, передвигаясь
заполнять бреши в системе (если один из них вышел из строя). Важным
элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре
на каждом. Спутники идентифицируются номером PRN (Pseudo Random Number),
который отображается на приемнике GPS.
Наземная часть GPS состоит из четырех станций слежения, расположенных на
тропических островах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на
главную станцию (MCS) управления и контроля на авиабазе в Колорадо-Спринге
для обработки на сложных компьютерных программных моделях. Эти наборы
данных называются эфемеридами. Через наземные станции данные передаются
обратно на спутники, а затем спутник передает их приемникам GPS.
(Приложение А)
Все частоты в системе GPS кратны основной частоте часов спутника, 10,23
МГц. Спутник передает сигналы в диапазонах L1= 1575,42 МГц и L2= 1227,6
МГц. Сигналы содержат два вида информации: навигационные сообщения и
псевдослучайный код (рисунок 1.2). Код представляет собой
последовательность единиц и нулей, на первый взгляд случайную, но
изменяющуюся по сложному закону. Псевдослучайный код содержит номер
спутника (PRN).

0 1 0 0 0 1 1 0 1 0
1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0

Рисунок 1.2 – Псевдослучайный код

Существуют два вида кода. Гражданский GPS используют СА (Coarse
Acquisition) – код, передаваемый только на частоте L1. Один цикл передачи
кода состоит из 1023 бит и повторяется 1000 раз в секунду. Военные
используют высокоточный Р – код (Precise), который передается на обеих
частотах – L1 и L2 . Сигнал, передаваемый на частоте L1, модулирован
квадратурно обоими кодами, а на L2 – только кодом Р. Р – код системы
Navstar представляет собой код Голда с периодом 38 недель и тактовой
частоты 10,23 МГц; СА код – код Голда с периодом 1 месяц, длинной 1023
бита.[2]
Навигационные сообщения передаются со скоростью 50 битсек.
Дополнительной модуляцией несущей частоты под псевдослучайным кодом. Каждое
сообщение состоит из 25 порций (страниц) по 1500 бит. Полный цикл
передачи всего сообщения занимает 12,5 мин. Навигационное сообщение
включает в себя эфемероидные данные и данные альманаха; данные о
времени в системе GPS и коэффициенты для его пересчета во всемирное время,
ключевые слова к Р – коду и специальные сообщения. Эфемериды – это данные
об исправности спутника и параметры его орбиты – коэффициенты, с помощью
которых приемник вычисляет текущее и будущее положение спутника, используя
математическую Кеплеровскую модель. Кроме того, эти сообщения содержат
коэффициенты поправки к спутниковым часам и к задержке распространения
сигнала в ионосфере для пользователей СА – кода. Альманах – это данные об
эфемеридах и состоянии остальных спутников в системе (хранятся в памяти
приемника).
Благодаря этим данным приемник всегда знает, где находятся все
спутники системы, даже когда он их не видит, и какие спутники лучше
использовать для определения координаты. [2]

3. Расчет определения положения с помощью GPS

Система GPS использует способ по дальности до ориентиров-спутников,
определяемой с помощью псевдослучайного кода. Для этого приемник генерирует
свой внутренний код в то же время, что бы он точно дублировал код спутника.
Приемник сравнивает разницу во времени между приемом соответствующей части
спутникового кода с такой же частью своего кода. Зная сдвиг по времени и
скорость распространения радиоволн, GPS приемник получает расстояние до
спутника, называемое псевдодальностью, и по двум расстояниям может
определить свое точное положение. Проблема состоит в том, что надо
убедиться, что псевдослучайные коды приемника и спутника сгенерированны
одновременно. Со стороны спутника тут сложности нет. Часы спутника очень
точные и корректируются по сигналам с Земли. Часы приемника менее точны,
кроме того, задержки распространения сигнала в ионосфере, тропосфере и т.д.
создают суммарную ошибку. Для ее исправления GPS использует измерение
дальности от третьего спутника. (Приложение Б)
При определении двухмерных координат по двум окружностям равных
расстояний приемник не знает, находится ли он на самом деле на них или
нет. Например, если часы приемника отстают, истинная позиция будет ближе,
но в каждом случае пропорционально ближе к каждому из спутников. Вводя
линию положения от третьего спутника, мы можем получить однозначный
результат. Приемник GPS имеет программу, которая берет информацию для трех
линий положения и решает ее алгебраически. Эти вычисления дают решения трех
уравнений для трех неизвестных: долготы, широты и ошибки часов. Вот почему
для определения двухмерных координат необходимы как минимум три спутника,
четыре – для трехмерных. [4]

4. Краткое описание и технические характеристики
автоматической телефонной станции S -12

1. технические показатели станции

ALCATEL 1000 S – 12-Цифровая Станция включает в себя:
• оконченную, узловую, комбинированную, междугороднюю или любую
комбинацию из них;
• 32 или 24 канала ИКМ;
• от 128 до 100000 и выше абонентских линий;
• от 120 до 60000 и выше соединительных линий;
• более чем 750000 вызовов в час наибольшей нагрузки.
• Цифровые удаленные абонентские блоки (RSU – Remonte Subscribe (Unit).
• от 8 до 488 абонентских линий АТС S – 12;
• одну или две цифровых соединительных линий с основной АТС S – 12;
• многоточечная структура, соединяющая до восьми RSU, к которой можно
подключить до 1000 абонентских линий.
В RSU аналоговые абонентские сигналы, преобразуются в цифровые,
уплотняются по одному или двум ИКМ линиям на основную станцию.
Для экономии каналов связи для местных вызовов используются
внутренние пути в RSU.

2. Структура S – 12

Рисунок 1.3 – Модули S – 12

ASM = Analogue Subscriber Module – модуль аналоговых абонентов.
ISM = ISDN Subscriber Module – модуль ISDN абонентов.
SKM = Service Circuit Module – модуль многочастотной сигнализации,
управление DTMF и MF сигнализацией.
TTM = Trunk Testing Module – модуль тестирования транка.
HCCM = High Performance Common Channel Module – модуль ОКС, может
обрабатывать до восьми каналов №7.
DTM = Digital Trunk Module – модуль цифровых соединительных линий.
IRIM = ISDN Remote Subscriber Unit Interface Module – модуль
подключения RSU, интерфейс к IRSU.
DEF = Defense Module – содержит защиту ПО-SW.
MIM = Mobile Interwoking Module – транслирует протоколы (FAX, etc.)
P&L = Peripheral & Load Module – содержит всю периферию: PC, MTU, and
HDD.
C&T = Clock & Tone Module – генерирует тактовую частоту (8.192 МГц),
etc.
DECM = Digital Echo Cancellation Module – обеспечивает эхо подавления
для транков.
DLM = Data Link Module – может обрабатывать два аналоговых модемных
соединений.
DIAM = Digital Integrated Announcements Module – обеспечивает
извещения.
IPTM = Integrated Packet Trunk Module – trunk module, который также
обеспечивает обработку №7, Х25, ISDN (PRA), etc.
Структура S – 12 приведена на рисунке 1.3. Цифровая телефонная
станция включает в себя ряд терминальных модулей, соединенных с Цифровой
Коммутационной системой (DSN – Digital Switching Network). Функции
управления системой распределены по управляющим устройствам (CE – Control
Element) этих модулей.
Телефонные функции сосредоточены в специальных модулях, которые
содержат аппаратную и программную части. Например, Модуль Аналоговых
Абонентов (ASM), Модуль Цифровых Каналов (DTM) и т.д.
Все модули имеют одинаковую структуру. Они состоят из двух частей:
Терминала и Управляющего Устройства терминала (TCE – Terminal Control
Element).
Терминал содержит специальные терминальные схемы для выполнения
различных задач, например: обслуживание аналоговых линий или цифровых
каналов.
Аппаратная часть ТСЕ всех модулей идентична. ТСЕ обеспечивают
управление логическими цепями и памятью терминалов; они имеют стандартные
интерфейсы для связи с DSN и терминалом. Сердцем ТСЕ является
микропроцессор.
Дополнительные возможности и мощности управления обеспечивают
Дополнительные Управляющие Устройства (ACE- Auxiliary Control Element),
которые имеют аппаратную часть идентичную аппаратной части ТСЕ, но не
связаны с терминалом. Они выполняют только программные задачи.
Интерфейс между модулем и DSN использует две двунаправленные 32-х
канальные ИКМ линии. DSN используется не только для передачи данных и речи
между терминалами системы (или абонентами), но также для связи между СЕ
модулей и установления соединительного пути между ними. Это позволяет
обойтись без системы шин, между СЕ: что дает возможность плавного
расширения емкости АТС.

Синхронизация.

Временная синхронизация предусматривает, что все устройства в сети
имеют единое время. Это время обычно согласуется с всемирным
скоординированным временем. Проблемы, связанные с синхронизацией, возникли
сразу с появлением цифровых методов передачи информации. Действительно,
любая процедура дискретизации, передачи и приема данных в виде бинарного
сигнала или кодированного бинарного сигнала, требует согласованности частот
передачи и приема, в противном случае передаваемая информация будет
некорректно принята.
Наиболее важным типом синхронизации для первичной сети является
частотная синхронизация, которая означает согласованность генераторов
различных цифровых устройств в сети по частоте. В этом случае в идеале все
генераторы сети работают с одинаковой частотой, скоростью передачи цифровой
информации с высокой степенью точности равна скорости приема, в результате
в системе связи нет потерь информации вследствие проскальзываний.
Основной задачей частотной синхронизации является достижение
одинаковых или кратных частот генераторов (тактовых частот) всех цифровых
устройств, входящих в систему цифровой связи. Для достижения синхронизации
в сети необходимо:
• установить единую тактовую частоту для всей системы связи, чтобы
система работала с одной скоростью;
• обеспечить, что все цифровые устройства в сети работают
синхронно;
• предпочтительно также компенсировать задержку передачи между
узлами коммутации;
• синхронизация сети должна поддерживаться в любое время
независимо от изменений в структуре сети.
Для достижения синхронизации в сети необходимо передать информацию о
тактовой частоте всем устройствам в сети. Для этой цели используются
синхросигналы или сигналы синхронизации. Такие сигналы могут передаваться в
линейных сигналах или отдельно в виде специальных сигналов. В процессе
передачи синхросигналов по сети они подвергаются различным воздействиям. В
результате качество сигнала ухудшается, что приводит к нарушениям
параметров синхронизации в сети.
Основными физическими причинами нестабильности частоты являются:
• электромагнитная интерференция, шум и помехи, воздействующие на
цепь синхронизации в приемнике;
• изменение длинны тракта;
• изменение скорости распространения;
• нерегулярное поступление хронирующей информации.
Шум и помехи. Влияют на принимаемый сигнал, в том числе и на
хронирующий сигнал, в результате повышается вероятность неправильного
принятия сигнала петлей ФАПЧ. Таким образом, помехи и шумы влияют в первую
очередь на фазовую синхронизацию.
Изменение длины тракта. Происходят в результате температурного
расширения или сжатия среды передачи. При удлинении тракта эффективная
скорость передачи на входе приемника уменьшается, поскольку все больше и
больше битов накапливается в среде передачи. Аналогично, при укорочении
тракта скорость передачи на входе приемника увеличивается, поскольку число
битов, накопленных в линии передачи, уменьшается. После того как длина
тракта стабилизируется, восстанавливается номинальная скорость передачи
цифрового сигнала.
Изменения скорости распространения. Механизм воздействия этого
параметра приблизительно такой же, как изменение длины тракта.
Нерегулярное поступление хронирующей информации. Основные требования
к коду в цифровой передачи состоит в том, чтобы он обеспечивал получение
достаточной хронирующей информации для установления и поддержания колебаний
тактовой частоты в приемнике на конце линии. Если уровень хронирующей
информации зависит от цифрового сигнала, то фазовые дрожания в
восстановленных колебаниях тактовой частоты увеличиваются в течение
периодов времени с относительно низкими плотностями импульсов, от которых
зависит хронирование.
Влияние рассинхронизации на параметры работы первичной и вторичных
сетей системы электросвязи.
Нарушения синхронизации приводят к деградации качества услуг и
значительным сбоям в работе сети.
Основным следствием влияния синхронизации на параметры каналов
цифровых систем связи являются проскальзывания. Проскальзыванием называется
повторение или исключение группы символов в синхронной или плезиохронной
последовательности двоичных символов в результате различия между скоростями
считывания и записи в буферной памяти. Механизм представим на рисунке 1.4

Частота
частота
скорость Эластич
скорость
передачи f1
передачи f2

Цифровое
Цифровое
устройство ТГ 1
ТГ 2 устройство

Рисунок 1.4 – Механизм возникновения проскальзываний

Цифровое устройство один генерирует цифровой сигнал с частотой f 1 и
записывает в оперативную память эластичного буфера, из которого считывается
приемным цифровым устройством два с частотой f2. Частоты передачи и
считывания определяются частотой задающих тактовых генераторов ТГ1 и ТГ2.
Если f1 f2 буфер постепенно переполняется, что приводит к потере
информации в размере емкости буфера, возникает положительное
проскальзывание. Если f1 f2, то цифровое устройство два рано или поздно
начнет считывать информацию с дублированием битов, что приведет к ошибке –
отрицательному проскальзыванию.
Для минимизации нежелательных явлений, связанных с
проскальзываниями, используют эластичные буферы размером в один или
несколько циклов. Схема представлена на рисунке 1.5. В этом случае
реализуется механизм управляемых проскальзываний: в момент переполнения
буфера вся информация в нем полностью стирается, буфер опустошается. Это
приводит к потере одного цикла информации, однако не приводит к потере
цикловой синхронизации. Управляемые проскальзывания в настоящее время
являются единственно допустимыми в цифровых сетях связи.

Запись адреса

Принимаемый

оборудованием
Входящий
поток
поток

Рисунок 1.5 – Структурная схема эластичного буфера

Покажем влияние проскальзываний на параметры каналов первичной сети
и качественные параметры услуг связи.

Таблица 1.2 – Влияние проскальзываний
Первичная сеть
На основе PDH Проскальзывания, потеря цикловой
информации, увеличения параметра USA,
SES пакетные ошибки.
На основе SDH Смещение указателей, появление
алгоритмического джиттера в полезной
нагрузке.
Услуги (вторичные сети)
Телефонная связь Появление импульсных помех в виде
щелчков.
Факсимильная связь Искажение строки.
Передача данных в канале ТЧ Потеря данных, всплески значения BER
(модемная,ADSL,HDSL и т.д.)
Видео
Кодированные данные (вокодер)Замирания кадра на экране.
Потеря соединения.

Основные параметры системы синхронизации.
Для решения основной задачи синхронизации используются
синхросигналы, которые позволяют передавать информацию о единой тактовой
частоте различным устройством сети. Таким образом, мы можем сказать, что в
наиболее общем случае система синхронизации включает в себя:
• все цифровые устройства системы электросвязи, которые можно
охарактеризовать как генераторы синхросигналов;
• систему путей, по которым передается информация о единой
тактовой частоте;
• синхросигналы, которые осуществляют передачу информации о
тактовой частоте.
Любое устройство в сети синхронизации представляют собой генератор с
заданными характеристиками. Отсюда вытекает, что основными параметрами
системы синхронизации являются параметры генераторов синхросигналов и самих
синхросигналов при их передаче по распределительной сети.
Основные параметры источников синхросигналов.
Основными параметрами источников синхросигналов являются параметры
стабильности и точности генерируемой частоты.
Точностью генерируемой частоты fa от номинальной частоты f0, так
что: точность = f0 - fa fо, например, отклонение в 50 ppm означает
допустимую точность генерируемой частоты 5 10-10.
Стабильностью называется свойство данного генератора поддерживать
режим генерации номинальной частоты в течение заданного промежутка времени.
Параметр стабильности также измеряется в относительных единицах отклонения
частоты от номинальной, однако включает в себя промежуток времени
наблюдений, например 10-10 за сутки.
Следующей категорией параметров системы синхронизации являются
параметры синхросигналов. К ним относятся параметры TIE, MTIE, TVAR и
TDEV.Ошибка временного интервала TIE.
Для этого рассмотрим передачу и прием цифрового сигнала R2, который
сравнивается с эталонным сигналом R1 (Рисунок 1.6). Как видно, сигнал R2
имеет сдвиг по фазе относительно эталонного сигнала. Оценить этот сдвиг
можно через параметр времени, который получил название ошибки временного
интервала TIE (Nime Interval Error).
R1

R2

TIE
Рисунок 1.6 – Понятие TIE
Типы и параметры источников систем синхронизации.
По типам источники систем синхронизации или генераторы разделяются
на два типа: кварцевые источники и атомные источники. (Рисунок 1.7)

Рисунок 1.7 – Иерархия источников синхронизации
Таким образом, в реальной практике телекоммуникаций используется
пять источников синхронизации, которые обеспечивают параметры работы,
приведенные в таблице 1.3.
Источники на основе GPS.
Глобальная система позиционирования GPS изначальна, создавалась для
целей навигации и определения местоположения объекта на земной поверхности.
В основе системы лежит использование низкоорбитальных спутников системы
NAVSTAR. Одновременно над горизонтом в любой точке земного шара наблюдается
минимум четыре спутника. На спутниках размещаются генераторы высокой
стабильности (це6зиевые стандарты), которые обеспечивают генерацию сигналов
заданного вида. В сигнале содержится точное время и частота для
синхронизации приемников. Приемники GPS осуществляют расчет координат
объекта наземной поверхности.

Таблица 1.3 – Типы и параметры источников систем синхронизации
Характерис Тип источника синхронизации
Тика
Квар- ТСХО ОСХО Цизие- Рубидие-
цевый вый вый
стандарт источник
Основная частота 10
резонатора кГц-100М 9192631770 6834682613
Гц Гц Гц
Обеспечиваемые 10 кГц- 1,5,10 1,5,10
выходные частоты 100МГц МГц МГц
Относительный
кратковремен
ный дрейф 10-9 10-9 10-9-10-10-11-10-13 10-11-10-12
частоты. 1с 10
Относительный
долговременный 10-7 10-8 10-7-10-10-13-10-14 10-12-10-13
дрейф частоты, 1 9
сутки
Относительный
кратковременный
дрейф частоты, 10-6 10-8-10-10-9-10-10-13 10-11
большой временнойв год 7 11 в год в месяц
интервал в год в год
Внешние факторы, Магнитные Магнитные
воздействующие наДвижение, температура поля, поля,
параметры физические параметра температура температура,
кварца атмосферное
давление
Причины, влияющиеСтарение кварца, старение Старение Старение
на долговременнуюэлектронных компонентов, компонентов источника
стабильность окружающая среда. света,
окружающая
среда

В качестве побочных данных приемник GPS может восстанавливать из
принимаемого сигнала частоту с достаточно высокой стабильностью.
Особенностью синхросигнала, генерируемого приемником GPS, является
его высокая долговременная стабильность, поскольку система GPS в целом
работает стабильно и низкая кратковременная стабильность, которая зависит
от количества спутников над горизонтом в каждый конкретный промежуток
времени и может варьироваться по времени достаточно широко.
На АМТС системы S – 12 синхронизация осуществляется от внешнего
источника системы GPS со спутников (одновременно необходимо получать сигнал
с четырех спутников). Все ГАТС синхронизируются с АМТС. Если синхронизация
пропадает, то АМТС синхронизируется от внутреннего генератора и АТС
соответственно.

5. Обоснование необходимости синхронизации оборудования АТС

Автоматическая телефонная станция обеспечивает качественную связь
со многими странами всего мира. Постоянно идет расширение трафика,
добавляются новые потоки. Весной 2002 года была установлена система SDH,
которая позволила значительно расширить пропускную способность станции и
улучшить качество связи за счет использования цифровых потоков вместо
аналоговых каналов.
Для качественной работы станции необходима синхронизация всего
оборудования. В данном проекте предлагается использовать GPS для получения
стабильной частоты (10-11), которая будет использоваться в качестве опорной
частоты для блока времени станции (CLOC Ka). В S – 12 есть 2 кварцевых
генератора (стабильность частоты 1,5· 10-8), которые не удовлетворяют
возросшим требованиям.
GPS приемник обладает также большей долговременной стабильность,
так как постоянная корректируется с Земли, чем выгодно отличается от любого
точного генератора, который в любом случае на долгом промежутке времени
начинает дрейфовать.

1. РАСЧЕТ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОЙ КОРРЕКЦИИ ШКАЛ НАВИГАЦИОННГО СПУТНИКА И
АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ

1. Расчет передачи частотно-временной информации в СРНС

Для потребителя с известным местоположением для получения временной
информации достаточно принимать сигнал одного КА СРНС. Принцип передачи
временной информации иллюстрирует рисунок 2.1, показывающий соотношение
между временем системы, временем КА и местным временем потребителя, когда
маркер (например, секундная метка), передаваемый с КА (в момент времени –
Тис), принимается вместе расположения потребителя (момент времени – Тис).
Передача временной информации осуществляется путем вычисления расхождения
местной ШВ относительно ШВ системы τш. КП СРНС периодически (НАВСТАР
каждые шесть секунд, ГЛОНАСС – каждые две секунды) передает маркер – метку
времени (МВ). Момент передачи Тик определяется бортовым ХВ, ШВ которого
расходятся с ШВ СРНС на величину ΔТи.
Потребитель определяет время распространения сигнала (МВ) от КА до
приемника по результатам измерений, Измеряемая величина, называемая в СРНС
традиционно псевдодальностью (ПД), является, по существу, разностью между
местным временем потребителя в момент прихода МВ – Тпп, и временем КА в
момент передачи МВ - Тик . [1]
ПД = Тпп – Тик,
(2.1)
Рассматривая эту величину в ШВ системы, можно записать
ПД = Тпс – Тис – Е + τш,
(2.2)
Разность Тпс – Тис = τ – есть истинное время распространения сигнала,
определяемое расстоянием D между КА и потребителем и задержкой τр.
распространения в ионосфере, тропосфере и аппаратуре потребителя

τ = τd + τp = Тпс – Тис,

τ

Тис
Тпс
МВ с КА
ΔТи

Тик
МВ, принятая

потребителем

τш

ПД
Тпп

Рисунок 2.1 – Подстройка времени

Расхождение местной ШВ со ШВ системы (погрешность ШВ потребителя)
определим как:
Τш = ПД – ΔТи - τd – τр,
(2.4)
Временные соотношения между метками времени системы, КА и потребителя
поясняет рисунок 2.1, где Тик – время КА в момент передачи МВ; Δ Ти –
погрешность ШВ КА в момент передачи МВ; Тпп – местное время в момент приема
МВ; Тпс – системное время в момент приема МВ; τш – погрешность ШВ
потребителя в момент прихода МВ; ПД – псевдодальность, измеряемая
пользователем.
Определение погрешности часов потребителя происходит следующим образом:
а) Измеряется псевдодальность ПД на момент прихода каждой МВ;
б) Определяется значение ΔТи, передаваемое в составе СИ с борта КА;
в) Вычисляется значение геометрической дальности D с учетом эффекта
вращения земли во время распространения сигнала, используя, эфемериды КА,
полученные в составе СИ;
г) Определяется значение τр при использовании априорно известных моделей
ионосферы и тропосферы и калибровочная поправка, полученная перед началом
сеанса;
д) Вычисляется погрешность местных часов τш.
Для повышения точности описания выше процедура повторяется многократно,
а полученные результаты подвергаются статистической обработке
(сглаживаются), Сглаживание, осуществляемое с использованием метода
наименьших квадратов, позволяет уменьшить влияние шумов приемника и
квантования. Сглаженная погрешность местных часов вычитается из времени
прихода МВ и ШВ системы
Тпс = Тпп – τш,
(2.5)
Где τш – сглаженная погрешность местных часов, вычесленная на момент
времени Тпп.
Передача временной информации непосредственно потребителю
осуществляется в виде импульса, временное положение которого совпадает либо
с Тпс (передача системного времени), либо с момента времени, привязанным к
ШВ ГЭВЧ (UTC), для чего используется известная разность между ШВ СРНС и ШВ
ГЭВЧ (UTC). Эта разность передается в составе СИ КА. Временная информация
может передаваться также в виде цифрового кода поправки τш.
Наличие на борту КА СРНС высокостабильных ОГ позволяет использовать их
также и для передачи частотной информации (сличения частот), используя ОГ
КА в качестве эталона частоты. Сверка частот местного ОГ Ш ОГ КА или двух
местных ОГ, разнесенных в пространстве, может осуществляться двумя
способами. В первом случае интеграл от разности частот двух ОГ равен
расхождению ШВ соответствующих ХВ. Основное требование к средству измерения
состоит в том, что его нестабильность должна быть принибрежительно мала в
течение интервала времени измерений. Нестабильность современной частотно-
временной аппаратуры потребителей (ЧВАП) состовляет несколько и наносекунд.
При использовании ОГ КА в качестве эталонного и интервале наблюдения до
восьми часов можно достичь точности сличения частот на уровне 10-12÷10-13.
При длительности одновременного наблюдения с двух (или нескольких пунктов)
одного КА в несколько суток погрешность сличения частот ОГ не превосходит
1· 10-14 и может быть описана соотношением: 4·10-13· t-1,5 (t – в сутках)
Если сигнал КА принимается в точках А и В независимо, и эти пункты имеют
свои независимые хранители времени, тогда истинное время приема переданной
МВ можно выразить в виде
ТА = Т´А + ТА,
(2.6)
ТВ = Т´В + ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.