LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Удосконалення фазового радіометеорного методу синхронізації мір часу і частоти

алгоритм (РА) і опорно-ретрансляційний алгоритм (ОРА).

Аналіз сучасного стану РМС показує, що можливості методу далеко не вичерпані. Це стосується не тільки точності синхронізації, але і перешкодозахищеності, скритності, додаткових функціональним можливостей.

Для реалізації відомих переваг ФРМС (можливість високоточного формування сигналів і гетеродинів по сигналах еталонів; простота і висока точність пристроїв для оцінки часового положення сигналів по фазі; симетрія вимірювального сигналу, що має гармонійну форму) потрібно, перш за все, експериментально оцінити короткочасну фазову нестабільність затримки сигналів при МПРХ і розробити принципи побудови фазових РМСС. З цією метою в ХНУРЕ у період 1985-90 р. були розроблені і випробувані макети апаратури ФАЗА (табл. 1).

При дослідженні затримок сигналів при МПРХ основна увага була звернена на нестабільність, оцінювану швидкістю зміни затримки сигналів (tР – час затримки сигналів при МПРХ). Для одержання оцінок Vt були використані фазові виміри на несучих частотах апаратури ФАЗА. Вибіркові середні значення для ЅVtЅ склали у режимі нульової бази (2,5...3)Ч10–7, а на трасі – (0,5...1) Ч10–7. Недоліками цих досліджень є порівняно великий розкид результатів вимірів і через це складність одержання оцінок статистичних характеристик для .

Таблиця 1

Основні характеристики зразків РМСС

Тип апаратури МЕТКА-1 МЕТКА-5, 6, 6М,-7 МЕТКА-4, 4М ФАЗА

Алгоритм РАОРА ОРА + ЗА

Вид сигналу Код (6 імпульсів) Код (16 імпульсів) ЛЧМС ФМС + ДЧС

Тривалість сигналу, мкс 5 2 4x50 26 (ФМС) 500 (ДЧС)

Імпульсна потужність, кВт 50 20...40 40 (МЕТКА-4) 3 (МЕТКА-4М) 10

Ширина спектра, МГц 0,4 1 2,5 1

СКП, нс 300 20...30 10 100 (ФМС), 10 (ДЧС), 1 (j0)

Використання МО; ОКР 17-Н-91 ДСЧЧ України і Росії Варіанти ОКР ОКР 17-Н-830

Позначення: ЛЧМС – сигнал з лінійною частотною модуляцією; ФМС – фазоманіпульований сигнал; ДЧС – двочастотний сигнал; СКП – середньоквадратична похибка; j0 – фаза несучої частоти.

У зв'язку зі стислими строками виконання і згортанням робіт через розпад СРСР не знайшли практичного застосування як макети ФАЗА, так і РМСС 17-Н-830, що у 1997-1998 р. пройшла у Росії тільки автономні випробування і не була прийнята в експлуатацію. Основна причина цього полягала в невирішеності ряду теоретичних і практичних задач, що визначають реалізацію ФРМС:

1) комплексний аналіз джерел і шляхів зниження похибок ФРМС;

2) оцінка якості виявлення і потенційної точності виміру часового положення найбільш застосовних для фазових РМСС сигналів з урахуванням реальних принципів побудови апаратури;

3) аналіз складових апаратурних систематичних похибок (АСП), викликаних необоротністю затримок сигналів в АФП;

4) розробка алгоритмів і пристроїв для виміру АСП у фазових РМСС.

Наведений перелік невирішених задач і актуальність для України продовження робіт з розвитку ФРМС дозволили обґрунтувати мету і сформулювати постановку задач дисертації.

Другий розділ присвячений теоретичному аналізу джерел похибок ФРМС і розробці пропозицій щодо їхнього зниження. Виконано класифікацію джерел похибок ФРМС для основних алгоритмів синхронізації (ЗА, РА й ОРА). У результаті аналізу запропоновано удосконалену узагальнену модель ФРМС (рис. 1), у якій враховані необоротності фазових затримок у спільних трактах апаратури, включені пристрої формування, прийому й обробки сигналів.

Оцінки фазового зсуву шкал відповідно до запропонованої моделі можуть бути отримані в матричній формі у вигляді

,

де – матриця-рядок оцінок фазового зсуву шкал; – функціональна матриця коефіцієнтів і параметрів алгоритму; , ; ; ; – матриці вимірюваних інтервалів часу, істинного зсуву шкал, затримок сигналів при МПРХ, похибок від перешкод, апаратурних затримок відповідно.

Проведений аналіз результатів відомих досліджень короткочасної фазової нестабільності Vф (1…7)·10–7 і невзаємності ДВЗ < 1 нс затримок сигналів при МПРХ, хоча в основному і підтверджує можливість реалізації ФРМС, однак вказує на необхідність подальших досліджень фазової нестабільності для більш повного статистичного опису параметрів нестабільності, визначення законів їхнього розподілу і числових характеристик.

Показано, що найбільш доцільними для ФРМС є когерентні дискретні складені частотні сигнали (КДСЧС), що відрізняються високою потенційною точністю, порівняльною простотою реалізації пристроїв формування й обробки, можливостями усунення неоднозначності фазових вимірів і передачі інформації. Отримано теоретичні оцінки потенційної точності виміру часового положення КДСЧС.

Проаналізовано похибки ФРМС, спричинені адитивними корельованими перешкодами від багатопроменевості МПРХ і мультиплікативними перешкодами від зміни згасання сигналу протягом метеорного сеансу. Для порівняння похибок за рахунок багатопроменевості з похибками, обумовленими білим шумом, введений безрозмірний коефіцієнт. Показано, що енергетично порівняна з білим шумом корельована перешкода викликає в найбільш несприятливому випадку погіршення похибки на 3 дб менше, ніж білий шум.

Аналіз особливостей реалізації алгоритмів стосовно до ФРМС показує, що найбільшу точність (за рахунок практичного усунення впливу нестабільності затримки сигналів протягом метеорних сеансів) забезпечує ЗА. Запропоновано алгоритм синхронізації, заснований на дзеркальній ретрансляції сигналів (ДРС), і розглянуто можливості його застосування у ФРМС.

Виконано аналіз АСП у фазових РМСС. Вперше встановлено, а також експериментально (рис. 2) і теоретично (рис. 3) досліджено нове джерело АСП, яке обумовлене необоротністю затримок обвідних і фаз сигналів в АФП РМСС. Для оцінки цього виду АСП уведене поняття аномальної затримки фА = фР – фК (фР – реально обмірювана затримка сигналу; фК = l/vФ – розраховане значення затримки в кабелі). При моделюванні використані відносні безрозмірні затримки і ( – тривалість сигналу) і параметр розузгодженості АФП – Z'.

Необоротності затримок сигналів в АФП практично не переборні, оскільки викликані розходженням в режимах узгодження АФП при їх роботі на випромінювання і прийом сигналів. АСП залежить від рівня прийнятих сигналів, виконання апаратури й умов експлуатації і не піддається усередненню. Для зниження АСП ФРМС запропоновано використовувати калібрування апаратурних затримок із застосуванням імітаторів, відповідну корекцію результатів вимірів, обмеження сигналу при прийомі.

Для виміру повної АСП, включаючи необоротні складові затримок в АФП, запропонований принцип (рис. 4), який ґрунтується на застосуванні ДРС і вимірювальної антени (ВА).

У третьому розділі подано обґрунтування принципів побудови фазових РМСС і наведені результати моделювання пристроїв цифрової обробки і виміру часового положення сигналів.

Розроблено рекомендації з вибору основних технічних рішень фазових РМСС, включаючи склад і структуру пристроїв цифрової обробки і виміру часового положення сигналів. Обґрунтовані переваги зустрічного алгоритму синхронізації в сполученні з ДРС для компенсації повної АСП. Для синхронізації пропонується варіант КДСЧС у вигляді двочастотного сигналу (ДЧС), а для виявлення метеорного сеансу зв'язку, усунення неоднозначності вимірів і обміну вимірювальною інформацією – фазоманіпульовані сигнали (ФМС). Як при формуванні, так і при прийомі для ДЧС і ФМС можуть бути використані спільні пристрої. Використання цифрових пристроїв при формуванні, обробці і вимірі часового положення сигналів дозволяє забезпечити високу стабільність апаратурних затримок. Амплітудне обмеження зменшує динамічний діапазон і спрощує обробку сигналів при виявленні й розрізненні без істотного зниження показників.

Розроблено структуру моделі та проведено моделювання роботи пристроїв обробки сигналів у фазовій РМСС. Основну увагу при моделюванні звернено на показники виявлення, розрізнення по коду і фазі та виміру часового положення сигналів, а також на порівняння цих показників з теоретичними оцінками.

У ході моделю