CC BY
58
5 декабря 2011 г. 1:16
ТЕХНОЛОГИИ
Перспективы создания системы распределения сигналов точного времени на основе космической навигационной системы ГЛОНАСС
Ключевые слова:
ГЛОНАСС, МГНКС, показатели сетевой синхронизации и распределения сигналов точного времени, координатно-временное обеспечение, КНС Навстар (GPS), лоэерно-дальномерные системы
На примере группировки космических аппаратов равномерно размещенных в одной из нескольких плоскостей КНС ГЛОНАСС рассмотрена реализация автоматической автономной синхронизации космической эталонной базы частоты и времени. На каждом спутнике устанавливаются лазерно-дальномерные системы взаимных измерений между смежными космическими аппаратами.
Представлена структура измерений двух смежных спутников. Сигналы бортовых водородных эталонов частоты и времени с двух смежных спутников излучаются на встречу друг друту лазерными лучами. При этом реализуется метод встречной ретрансляции.
Адже мов А.С.,
Мишенков СЛ.,
Смирнов Н.И.,
МТУСИ,
krv-mluci@yandex.ru
Кусков ВД,
Новикова ЕЛ.,
Российская академия космонавтки им. КЗ. Циолковского, kvd-nel@mail.ru
Караваев Ю.А.,
СПУРТ,
krv-mruci@yandex.ru
Космическая навигационная система РФ ГЛОНАСС была разроботана более 30 лет назад и, несмотря на проведенные в последний год усовершенствования, требует радикальной дальнейшей модернизации [ 1 ]. Работы должны вестись в рамках новой ФЦП "Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 гг.".
Как было показано в предыдущих публикациях [2,3), на основе спутниковой системы ГЛОНАСС целесообразно создать Многофункциональную глобальную наземно-космическую систему (МГНКС), которая имеет несколько плоскостей спутников (в перспективе до 12 плоскостей). В одной плоскости (рис. 1) равномерно размешены 5 спутников на круговой орбите на высоте Н=19100кмподутломнаклона65° (реально спутников 8 111). Так как многофункциональные возможности проектируемой сис-
темы рассматривались в [2,3], то в настоящем материале анализируются возможности получения высоких показателей сетевой синхронизации и распределения сигналов точного времени благодаря предлагаемым способам модернизации космической навигационной системы (КНС) ГЛОНАСС (6).
В существующей сети связи общего пользования системы тактовой сетевой синхронизации (ТСС) и распределения сигналов точного времени (СВ) не связаны между собой. Основой ТСС являются волоконнооптические линии связи (ВОЛС). Это сети тактовой сетевой синхронизации ОАО "Ростелеком" и ОАО "Транстелеком".
Сигналы точного времени передаются при помощи станций теле и радиовещания, а также посредством КНС ГЛОНАСС, кро-
ме того используются серверы времени Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ) в Интернете.
Однако в случае дальнейшего повышения потребностей пропускной способности перспективных сетей связи на несколько порядков, что произойдет через 10 лет, существующие системы тактовой сетевой синхронизации не смогут обеспечить их работоспособность, кроме того многие современные системы связи требуют не только частотной, но и временной синхронизации.
При этом имеющиеся возможности координатно-временного обеспечения КНС ГЛОНАСС практически используются только для координатного обеспечение потребителей и не используются для чостотно-временного обеспечения.
F\«c. 1. Многофункциональна* глобальная наземно-космическая системо (МГНКС)
10
T-Comm #5-2010
При рассмотрении распределения сигналов точного времени (СВ) по цифровым сетям электросвязи (ЦСЭС) в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р TF. 101 1 -1 в таблице представлены основные существующие в настоящее время высокоточные средства передачи сигналов времени и частоты. Там указано, что навигационная радиостанция длинноволнового диапазона обеспечивает в любой точке земного шара точность передачи сигналов точного времени относительно Всемирного скоординированного времени (UTC) путем усреднения показаний множества атомных часов по всему Миру не хуже 1 мкс. Существующие навигационные космические системы NAVSTAR (GPS) и ГЛОНАСС имеют реальную точность в несколько десятков наносекунд. Наибольшую точность в настоящее время обеспечивают линии ВОЛС.
На расстоянии до 50 км точность составляет несколько наносекунд, а на расстоянии 2000 км, — испытания, проведенные в ОАО “Транстелеком" показали, что точность в тактовой системе синхронизации составляет несколько сот наносекунд [5).
Существенно повысить точность синхронизации и распределения сигналов точного времени в любой точке земного шара в системах связи можно, если кардинально усовершенствовать систему синхронизации в К НС ГЛОНАСС. При этом существенно повышается обеспечиваемая К НС ГЛОНАСС точность местоопределения и эффективность государственного и коммерческого использования.
Создание предлагаемой структуры эталонных источников частоты и времени в составе КНС ГЛОНАСС позволит повысить их точность до двух порядков для синхронизации наземных и космических источников частоты и времени.
В результате будет создана глобальная сетевая система космических узлов связи синхронизированных с предельно достижимой точностью с привязанной к ней системой наземных узлов связи.
На примере группировки космических аппаратов, из 5 спутников, равномерно размещенных в одной из нескольких плоскостей КНС ГЛОНАСС (рис. 2) рассмотрена реализация автоматической автономной синхронизации космической эталонной базы частоты и времени, — на каждом спутнике устанавливаются лаэерно-дальномерные системы взаимных измерений между смежными космическими аппаратами.
На рис. 3 представлена структура изме-
Ли II Среда передачи сш налов Типовая точность времени относительно времени UTC Типичная стабильность частоты передачи
I Сеть звукового вешания УКВ .диапазона 1... 10 мс 10 * до 10 *
2 Сеть звуковою вешания свсрхдл и и новол нового (СДВ) диапазона 1 мс 10 '"до 10 "
3 Навигационные ралиоетаниии длинноволнового (ДВ) диапазона (импульсная) 1 МКС и.
4 Телевизионные наземные вещательные каналы 10 не 10 "до 10 14
5 Навигационный спутник, широковещательная ра диопередача (GPS и ГЛОНАСС) 50... 500 НС 10 '"до 10
Ь Навигационный спутник, (GPS и ГЛОНАСС) 5 . . 20 не 10 "до 10 15
7 Геостационарные ретрансляционные спутники 20 мкс но-
К Спутники связи с дуплексными каналами 1... 10 не 10 14 до 10 15
9 Телефонные линии связи (абонентское окончание) 1... 10 мс 10"
10 ВОЛС, до 50 км 10...50 пс 10 '“до 10 "
II ЗОЛС. более 2000 км 100 нс 10'" до 10 14
12 Пинии радиорелейной связи 1... 10 не 10 м до 10 ”
13 Коаксиальный кабель 1... 10 не 10 14 до 10 15
рений "часов" двух смежных спутников. Сигналы бортовых водородных эталонов частоты и времени с двух смежных спутников излучаются навстречу друг другу лазерными лучами. При этом реализуется метод встречной ретрансляции.
Сигналы принимаются и регистрируются в моменты прихода на часах 1 -го и 2-го спутников соответственно г, = -Ц— и Г, = + /V
Затем определяется разность хода часов Л/ = Т2 - X, между космическими аппаратами 2и 1.
При возникновении рассинхронизации бортовых эталонов времени в какой либо поре спутников, начинается процесс синхронизации шкал времени двух спутников. Процесс восстановления синхронности шкал времени начинается от ведущего эталона времени по обоим направлениям. То есть бортовой эталон времени на одном из
5 спутников остается неизменным, он является ведущим. Это обеспечивает условие сохранения ведущей шкалы времени и син-
«1
_ _ 'Чч </7
РИс. Z Пример группировки космических аппаратов, из 5 спутнисов
T-Comm #5-2010
11
— повысить точность предоставляемых частотно-временных сигналов
В результате этих действий существенно повысится качество решения задач синхронизации и распределения сигналов точного времени в системах связи РФ и странах СНГ, а также возрастет надежность и живучесть системы связи РФ в целом, а, с ледова тельио, и качество предоставляемых услуг в сети связи общего пользования. Кроме этого повысится эффективность государственного и коммерческого использования КНС ГЛОНАСС.
Создание новой структуры государственных эталонов времени и частоты с включением в ее состав КНС ГЛОНАСС на основе имеющихся принципиальных и технических возможностей отечественной науки и промышленности позволит значительно повысить точность, от одного до двух порядков, синхронизации наземных и космических эталонов времени и частоты. В результате будет создана глобальная сетевая система космических узлов связи, синхронизмро
вонных с предельно достижимои точностью, с привязанной к ней системой наземных узлов связи. В целом эта наземно-кос ми чес кая синхронизированная система составит технологический базис для построения перспективной системы связи РФ.
Литература
1 Урпичич Ю.М. Перспективы развития системы ГЛОНАСС // Т.Comm. Телекоммуникации и транспорт. Спец. Выпуск "Навигаі*іонньіе технологии и услуги", июнь 2010.
2 Варсхин ЛЬ, Эу6<фве ЮЬ, Иванчук НА, Смфнов HJ4., Куасоа ВД и др. Многофункциональность — магистральный путь интеграции наземных и космических систем в единую глобальную наземно-космическую систему Доклады Международного семинара Европейское сотрудничество в области развития мобильной, персональной связи, Москва, май 2002.
3 Ааквмов А.С, Мише»ессаСЛ« ОдфнсвНИ, Караваев ЮА Комплексная единая интегриро-
ванная телекоммунжационная система информатизации социального развития России // Т.Сотт Телекоммуникации и транспорт. Спец Выпуск по итогам 3-й отраслевой наукой конференции "Технологии информационного общества", часть 2, июп> 2009
4 Миивмсов СП, Олрнав НИ, Ксрсвовв ЮА Перспективные требования к сетевой синхронизации и распределению сигналов точного времени в системе связи РФ. Доклады четвертой отраслевой научной конференции-форумо "Технологии информационного общество", Москва, 2010.
Рыжков АВ. Частота и время в инфокомму-никоиикх XXI века — М МАС, 2006. — 320 с.
6 Мвльтес СВ, Петрова Е.Н, Смирнов Н.И.
11овышение эффективности построения сетей мобильной связи нового поколения посредством использования перспективной орбитальной сети с>*нхронизации ГЛОНАСС. Сборник докладов Всероссийского НТ семинара "Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания". Нижний Новгород, июнь 2010.
Prospects for creating a system of distribution of exact time signals based on the space navigation system GLONASS
Adzhemov AS., Mishenkov S.L, Smimov N.I.,
Kuskov V.D., Novikova Ye.L, Karavaev YU.A
Keywords:
GLONASS, MGNKS, indexes of network synchronization and distribution of exact time signals, terrestrial networks of clock network synchronization, coordinate and time support, SNS Navstar (GPS), accuracy of clock network synchronization
References
1. Urlichich YU.M. Perspektivy razvitiya sistemy GLONASS // T. Comm. Telekommunikatsii i transport. Spets. Vypusk "Navigatsionnye tehnologii i uslugi", June, 2010.
2. Varakin L.Ye., Zubarev YU.B., Ivanchuk NA, Smimov N.I., Kuskov V.D. i dr. Mnogofunktsionalnost - magistralnyj put integratsii nazemnyh i kosmicheskih sistem v yedinuyu globalnuyu nazemno-kosmicheskuyu sistemu. Doklady Mezhdunarodnogo seminora: Yevropyejskoe sotrudnichestvo v oblasti razvitiya mobilnoj, personalnoj svyazi, Moskva, May, 2010.
3. Adzhemov AS, Mishenkov S.L, Smir-nov N.I., Karavaev YU.A Kompleksnaya yedinaya integrirovannaya telekommunikatsion-naya sistema informatizatsii sotsialnogo razvitiya Rossii // T. Comm. Telekommunikatsii i transport. Spets. Vypusk po itogam 3-j otraslevoj nauchnoj konferentsii Tehnologii informatsionnogo obshchestva". Part 2, July, 2009.
4. Mishenkov S.L, Smimov N.I., Karavaev YU A Perspektivnye trebovaniya k setevoj sinhronizatsii i raspredeleniyu signabv tochno-go vremeni v sisteme svyazi RF Doklady chetvertoj otraslevoj nauchnoj konferentsii-foruma 'Tehnologii informatsionnogo obshchestva". Moskva: 2010.
5. Ryzhkov A.V. Chastota i vremya v infokommunikatsiyah XXI veka. — M: MAC, 2006. — 320 p.
6. Melnik S.V., Petrova Ye.N, Smimov N.I. Povyshenie effektivnosti postroeniya setyej mobilnoj svyazi novogo pokoleniya posred-stvom ispolzovaniya perspektivnoj orbitalnoj seti sinhronizatsii GLONASS. Sbomik dokladov Vserossijskogo NT seminara "Sistemy sinhronizatsii, formirovaniya i obrabotki signalov dlya svyazi i veshchoniya". Nizhnij Novgorod, June, 2010.
T-Comm #5-2010
13
