В настоящее время использование сигналов спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС является одним из наиболее высокоточных способов синхронизации часов в глобальном масштабе.
Различные аспекты синхронизации часов по сигналам GPS и ГЛОНАСС достаточно широко и подробно рассмотрены в литературе, например, в [47–53].
Существует четыре основных метода синхронизации часов по сигналам спутниковых навигационных систем: непосредственной синхронизации, взаимной синхронизации, пролетных часов и радиоинтерферометрии на короткой базе [47]. Наибольшее распространение среди них получили два первых метода, принципы которых иллюстрируются на рис. 1
Метод непосредственной синхронизации часов является наиболее простым. Он обеспечивает глобальную зону и не требует привлечения дополнительной информации, кроме передаваемой в составе навигационных сигналов. Расхождение часов потребителя относительно ШВС или UTC (SU) определяется в соответствии с выражением
где S – измеренное значение так называемой “псевдодальности”, рассчитанной по сдвигу между принятым сигналом НКА и опорным сигналом приемника потребителя; D – дальность от НКА до потребителя; с – скорость света; tион, tтроп – поправки, учитывающие влияние ионосферы и тропосферы на распространение сигнала НКА; tап –задержка сигнала в приемнике; DТНКА – расхождение шкалы времени НКА относительно ШВС; DТШВС – расхождение ШВС относительно UTC (SU).
Дальность от НКА до потребителя рассчитывается на основе известных координат потребителя (хп, yп, zп) и эфемерид НКА (хi, yi, zi), передаваемых в составе навигационного сигнала.
Расхождение шкалы времени НКА относительно ШВС рассчитывается на основе частотро-временных поправок ЧВП (ti, gi). Значение расхождения ШВС относительно UTC (SU) передается в составе навигационного сигнала непосредственно в виде поправки к ШВС t(c).
Так как в системе ГЛОНАСС в составе навигационных сигналов НКА не передаются параметры модели ионосферы для учета ее влияния на распространение сигнала, ионосферная поправка рассчитывается потребителем на основе параметров, хранимых автономно в приемнике. Аналогично рассчитывается тропосферная поправка. Задержка сигнала в приемнике определяется путем его периодической калибровки. Из выражения (1) следует, что точность синхронизации часов при использовании метода непосредственной синхронизации определяется следующими составляющими:
· погрешностью измерения “псевдодальности”;
· нестабильностью задержки сигнала в приемнике;
· погрешностью учета ионосферной и тропосферной задержек;
· погрешностью знания координат антенны приемника;
· погрешностью эфемерид НКА;
· погрешностью ЧВП;
· погрешностью поправки к ШВС.
Поскольку первые четыре из перечисленных составляющих погрешностей обусловлены характеристиками приемника, а три последние – характеристиками системы, точность синхронизации в режиме непосредственной синхронизации не может быть получена лучше десятков наносекунд.
Метод взаимной синхронизации предполагает проведение одновременных измерений в пунктах А, В размещение часов по сигналам одного из НКА и последующий обмен результатами измерений. В этом случае взаимное расхождение шкал времени часов определяется в соответствии с выражением
DТАВ=DТА-DТВ
где DТА, DТВ – результаты определения расхождения каждых часов относительно ШВС или UTC (SU) в соответствии с (1).
Очевидно, что за счет исключения ряда составляющих, обусловленных характеристиками системы и являющихся общими для часов А и В, точность их взаимной синхронизации повышается. В связи с этим важное значение приобретают характеристики приемников, определяющие потенциальную точность синхронизации часов.
Результаты проведенных в РИРВ и ВНИИФТРИ экспериментов [47, 48] показали, что уже в настоящее время система ГЛОНАСС обеспечивает точность синхронизации часов на уровне 10-20 нс (не хуже 20 нс за сутки в режиме непосредственной синхронизации и не хуже 10 нс в режиме взаимной синхронизации).
