CC BY
73
УДК 621.396.2 И.Е. Макаров СГГА, Новосибирск
СИНХРОНИЗАЦИЯ ЧАСОВ В РАМКАХ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ДРЕЙФА РАЗНОСТИ КОДОВЫХ И ФАЗОВЫХ ПСЕВДОДАЛЬНОСТЕЙ НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ ГЛОНАСС
Описывется эксперимент по синхронизации пространственно-разнесённых часов, выполняемый в рамках Федеральной Целевой Программы (ФЦП) ГЛОНАСС. Целью эксперимента является оценка погрешностей измерения Беззапросной Измерительной Станции (БИС) в рамках перехода наземного комплекса управления (НКУ) ГЛОНАСС на беззапросные технологии измерений.
I.E. Makarov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
CLOCK SYNCHRONIZATION AS A PART OF CODE AND PHASE PSEUDORANGES DRIFT DIFFERENCE RESEARCH IN GLONASS NAVIGATION SIGNALS
The experiment description on synchronization of the spatially-carried clocks, carried out within the frame of Federal Target Program GLONASS is resulted. The experiment purpose is the estimation of errors of measurement by Non-request Measuring Station (NMS) within the frame of transition of the Earth-based Control Complex (ECC) GLONASS on non-request technologies of measurements.
На конец 2011 года намечено завершение первого этапа реализации федеральной целевой программы (ФЦП) «Глобальная навигационная система» [1], одной из задач которой является развитие наземной инфраструктуры ГЛОНАСС.
В связи с переходом наземного комплекса управления (НКУ) ГЛОНАСС на принципиально новые, беззапросные технологии формирования ЭВО, создается сеть беззапросных измерительных станций (БИС), оснащенных прецизионными измерителями псевдодальностей и высокостабильными часами. Требования к синхронности хода часов пространственно разнесенных БИС особенно высокие.
Для уменьшения влияния случайных погрешностей, возникающих в кодовых каналах измерения псевдодальностей в аппаратуре БИС используется объединение данных кодовых и фазовых измерений псевдодальностей. Однако, при малых углах возвышения навигационного космического аппарата (НКА),
фиксируются различия между кодовыми и фазовыми псевдодальностями, наблюдаемыми БИС.
Цель проводимого исследования: установление величины разности между кодовой и фазовой псевдодальностью в момент восхода и заката НКА. Предполагаемыми причинами возникновения дрейфа являются:
1. Многолучёвость, приём прямого и отражённого сигнала.
2. Аппаратурная погрешность, возникающая вследствие прохождения навигационного сигнала по радиотехническим цепям аппаратуры, так и вследствие неверной оценки задержки в системе слежения за задержкой
3. Наличие в антенной системе запаздывания сигнала в зависимости от азимута прихода этого сигнала.
Исследование проводится в рамках ОКР «НКУ» являющейся составной частью ОКР «НКУ ГЛОНАСС» ФЦП «Глобальная навигационная система». Основание для выполнения работы - создание сети БИС в интересах обеспечения высокоточного определения эфемерид, параметров синхронизации и целостности навигационного поля модернизированной ГНСС ГЛОНАСС.
При проведении эксперимента имитируется проведение сеансов синхронных наблюдений по одному НКА в режиме In common view [2], на аппаратуре, которую планируется устанавливать в составе БИС.
В качестве опорного источника частоты в пункте синхронизации, имитирующем БИС, используется пассивный водородный стандарт частоты и времени 41-1006 (относительная погрешность выходных сигналов по частоте не более ±3 1 о-13 за 1 сутки).
На первом этапе эксперимента производилась привязка стандарта Ч1-1006 к эталону ВЭТ1-19 по частоте и моменту ШВ. Для этой цели частота стандарта Ч1-1006 с помощью встроенного синтезатора частоты сводится к номинальной, за которую принята частота эталона ВЭТ 1-19, это достигается путём подбора кода встроенного синтезатора частоты стандарта, при котором относительная разность частот стандарта-эталона будет минимальной. Далее производится синхронизация шкалы времени стандарта относительно шкалы времени эталона ВЭТ 1-19, для этого сигнал 1Гц рабочей шкалы эталона подаётся на вход «1PPS EXT» стандарта, после чего осуществляется синхронизация, то есть сведение фазы опорной (эталонной) и синхронизируемой шкал времени.
Результаты точности синхронизации стандарта Ч1-1006 по фазе и по частоте оценивались с помощью программы частотно-временных измерений «ETNA», разработанной в отделе №8 ФГУП СНИИМ. Данная программа обеспечивает сличение шкал и частот стандартов частоты эталона ВЭТ 1-19 на интервалах измерения 1 час, и их последующее усреднение на интервале 1 сутки.
Исследуемый стандарт частоты и времени вводится в систему сличений для определения и контроля расхождений положения ШВ и частоты стандарта относительно ШВ и частоты эталона, с целью дальнейшего наблюдения поведения ШВ прибора и оценивания параметров относительной
нестабильности частоты, среднеквадратического относительного отклонения частоты и ухода ШВ часов стандарта Ч1-1006 от эталона ВЭТ 1-19 (рис. 1).
Рис. 1. Уход ШВ синхронизируемого стандарта относительно ШВ эталона ВЭТ
1-19
Вторым этапом осуществления эксперимента является проведение сеансов спутниковой синхронизации стандарта частоты Ч1-1006 по моменту шкалы времени эталона ВЭТ1-19. Для этого, на площадке СГГА развёртывается комплекс аппаратуры (рис. 2), включающий:
- Стандарт частоты Ч1-1006, используемый в качестве перевозимых квантовых часов (ПКЧ) и являющийся опорной ШВ для проведения измерений на комплексе СГГА;
- Два комплекта спутниковых навигационных приёмников МРК-33 (с антеннами LEYCA AR25 и C 003), предназначенные для проведения сеансов спутниковой синхронизации удалённых хранителей времени и планируемый к установке на БИС. А также приёмник Trimble-Netr5 (с антенной ZEPHIR 2) для сравнения точностных характеристик приёмника МРК-33 с зарубежными аналогами.
Рис. 2. Структурная схема эксперимента по синхронизации часов в пунктах
СГГА и СНИИМ
Персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), предназначенная для предварительной обработки фалов «сырых данных» спутниковых измерений и их перевода в RINEX формат.
Вторая измерительная площадка развёртывается на базе вторичного эталона времени и частоты ВЭТ 1-19, расположенного в корпусе №1 ФГУП СНИИМ и включающего в свой состав спутниковый приёмник Javad-Legacy-E с антенной LegAnt и ПЭВМ.
Цель данного этапа проведения эксперимента - сравнение точностных характеристик приёмника МРК-33 и зарубежных аналогов, а также оценивания влияния применения различных типов антенн на погрешность определения псевдодальностей. Для этой цели проводится ряд сеансов спутниковой синхронизации пространственно-разнесённых хранителей с целью определения расхождений моментов ШВ пункта СГГА и эталона ВЭТ1-19 (СНИИМ). Синхронизация ШВ часов по методу in common view [2] позволит полностью исключить из данных измерений погрешность от ухода бортовых часов НС ATc(t), а также связанную с уходом часов БИС Атпр) = тп-тцс от момента
шкалы времени центрального синхронизатора (ЦС) системы тцс (t) , что
позволит произвести оценку других факторов, влияющих на точность
измерений согласно уравнению:
8
D(t) = p(uc, un ) + с • ДГП (0 + 2 Рк (0 (1)
2=1
где D(t) - измеренные псевдодальности; р(ис,ип) геометрические дальности от НС до приемной антенны БИС; pk(t),k = 1,...,8 - факторы, влияющие на точность синхронизации, представляют собой соответственно:
р](1) = с ■ А1'с(1) -уходы бортовых часов НС ATc(t) относительно шкалы времени ЦС; р2(1) = А1)п(/),/?3(/) = А1)!Р(I) - задержки навигационного сигнала в ионосферном и тропосферном слоях, выраженные в единицах длины; Ра (t), p (t) - погрешности, вызванные смещением фазовых центров передющей антенны от центра масс НС и смещением фазового центра приемной антенны аппаратуры потребителя; p6=NxX - неоднозначность фазовых измерений, N -неопределенно количество фазовых циклов, укладывающихся на длину радиотрассы, X - длина волны несущей; p7 (t) - погрешности приведения
вектора координат потребителя ия, определенных в связанной с вращающейся Землей гринвичской системе координат ГСК, в инерциальную систему координат ИСК 2000 а также погрешности вычисления вектора текущих координат НС ис по эфемеридам, p8(t) = v(0 - представляют собой
погрешности измерений, имеющие случайную природу.
Далее, из измеренных псевдодальностей D(t) вычитают расчётные значения геометрических дальностей /?(ис,ия). Поскольку уход бортовых часов НС ATc(t) компенсируется благодаря применяемому методу синхронизации, а уход часов БИС ATn(t) устраняется применением метода ПКЧ, таким образом, выражение для невязок измерений дрк it) примет вид:
Рк (0 = ДО - p(uc, un ) - 'с • АТП (О - 'с • ЛГС (О (2)
2 = 2
Таким образом, появляется возможность оценки влияния нескомпенсированных погрешностей на результат проводимых измерений.
Третий этап эксперимента предполагает транспортировку стандарта Ч1-1006 из СГГА в СНИИМ для проведения повторного сличения стандарта с эталоном ВЭТ 1-19. По полученным данным сличения определяется уход ШВ Ч1-1006 и ВЭТ 1-19 и рассчитывается корректирующая поправка к ходу ПКЧ. Данные, полученные в результате сличения, сравниваются с данными поправок, рассчитанных в ходе спутниковых сличений часов.
На завершающем этапе хода эксперимента (середина апреля 2011) производится анализ полученных данных. Цели проводимого анализа: отработка методик синхронизации БИС, определение влияния приёмника (антенны) на точность синхронизации БИС и точность определения псевдодальностей, определение природы и причин возникновения скачков между кодовой и фазовой псевдодальностью при малых углах возвышения КА.
Результаты проведения эксперимента планируется озвучить на секции конгресса Гео-Сибирь-2011. Окончательные выводы будут представлены в отчёте по проведению ОКР.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» // Федеральные целевые программы России. - информация с сайта http : //www.programs-gov.ru/
2. Макаров, И.Е. Сравнительный анализ методов синхронизации пространственно-разнесенных часов по навигационным сигналам [Текст] / И.Е. Макаров, А.С. Толстиков // III Международный научный конгресс «Гео-Сибирь-2007». Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Т.4, Ч.2. Сб. материалов III Международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2007», 25-27 апреля 2007г. г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА,2007. С.98-103.
© И.Е. Макаров, 2011
