Источники погрешностей синхронизации; роль алгоритмов измерения сдвига шкал и методов обработки результатов

Все методы синхронизации, за исключением ПКЧ, имеют однотипные источники погрешностей. Целый ряд источников погрешностей является традиционным для большинства видов радиотехнических систем. Это внутренние шумы аппаратуры и помехи канала связи, нестабильности аппаратурных задержек, динамика измеряемой величины, недостоверность передачи информации. Перечисленные виды погрешностей имеют общепринятые названия: помеховые (сигнальные или потенциальные); аппаратурные; динамические. К специфическим источникам погрешностей можно отнести нестабильность сигналов эталонов, нестабильность и невзаимность задержки сигналов в канале [65].

Анализируя принципы построения и источники погрешностей методов синхронизации следует выделить алгоритмы измерений сдвига шкал времени.

Принципиально отличаясь от алгоритмов работы в других системах, алгоритмы измерений сдвигов шкал обеспечивают учет либо исключение времени задержки сигналов синхронизации в среде распространения. Особая роль алгоритмов измерений сдвига шкал объясняется следующими причинами:

1) эти алгоритмы присущи только системам синхронизации;

2) выбор алгоритма измерений существенно влияет на особенности технической реализации системы синхронизации в целом;

3) различные алгоритмы измерений сдвига шкал времени по разному трансформируют источники погрешностей в результирующую погрешность измерений;

4) алгоритмы измерений сдвига шкал времени непосредственно связаны с заключительным этапом измерений – обработкой их результатов.

После обработки результатов оценивается не только сдвиг шкал, но и погрешности измерений (случайные, систематические и грубые промахи).

Рассмотренные источники и классификация погрешностей иллюстрирует рис. 13 [65].

На основании рассмотренных источников погрешностей в работе [65] .предложена общая для методов синхронизации модель, структура которой приведена на рис. 14.

Алгоритмы синхронизации можно разделить на две группы [13, 65, 86].

К первой группе относятся, так называемые, пассивные алгоритмы, отличительной особенностью которых является излучение сигналов только в одном из синхронизируемых пунктов.

Структурная схема и временная диаграмма пассивного алгоритма в случае двух синхронизируемых пунктов, один из которых излучает сигналы, приведены на рис. 15. Такой вариант пассивного алгоритма принято называть непосредственным или односторонним алгоритмом. Сдвиг шкал времени пунктов А и В при одностороннем алгоритме можно определить, если известно время задержки сигналов между пунктами .

Примеры реализации одностороннего алгоритма измерения сдвига шкал времени - СДВ, ДВ и спутниковые навигационные системы; система, использующая отражение сигналов от Луны; телевизионные каналы; односторонний радиометеорный канал; кабельные, лазерные и волоконно-оптические линии.

Вариант пассивного алгоритма, в котором используется дополнительный высокостабильный источник (О), сигналы которого принимаются в синхронизируемых пунктах, называется взаимным (дифференциальным или общего охвата).

Структурная схема и временная диаграмма взаимного алгоритма приведены на рис. 16. Сдвиг шкал времени пунктов А и В ( ) при этом определяется с учетом известной разности задержек сигналов между общим пунктом и сличаемыми пунктами ( ).

Пассивный взаимный алгоритм применяется для синхронизации путем приема сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) Глонасс и GPS (Навстар), а также в радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами (РСДБ). В случае СРНС дополнительным источником является стандарт времени на борту спутника. В РСДБ роль дополнительных источников играют высокостабильные сигналы космического прохождения (пульсары, квазары).

Активные алгоритмы основаны на двусторонней передаче информации. При этом время задержки сигналов между пунктами может быть неизвестным, требуется только его высокая стабильность и обратимость (в идеальном случае ).

Структурная схема и временная диаграмма одного из возможных активных алгоритмов, принятого называть встречным алгоритмом (ВА), приведены на рис. 17. Существуют и другие активные алгоритмы, позволяющие исключить обмен информацией о результатах измерений между пунктами за счет ретрансляции принятых сигналов. Это ретрансляционный и опорно-ретрансляционный алгоритмы (РА и ОРА). Наибольшее распространение из этих алгоритмов получил ОРА [65, 87, 88], временная диаграмма которого показана на рис. 18.

Активные алгоритмы реализуются в радиометеорном, спутниковых, оптических и телефонных каналах связи.

Сопоставление алгоритмов синхронизации по основным показателям в настоящее время затруднен из-за отсутствия единого подхода к математическому описанию алгоритмов синхронизации и применения единых методов обработки результатов измерений в существующих ССВЧ. Основной вывод, который можно сделать из предварительного сравнения основных методов синхронизации и алгоритмов измерения сдвигов шкал (табл. 7 и 8), заключается в том, что предпочтительных во всех отношениях как методов. так и алгоритмов не существует.

Таблица 7 – Основные методы синхронизации и используемые в них алгоритмы измерения сдвигов шкал

Таблица 8 – Алгоритмы измерения сдвигов шкал

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Время и частота/Под ред. Дж. Джесперсена. – M.: Mир,1973. –214 с.

2. Ильин В.Г., Стариков Р.Б, Титов B.Н. Точное измерение времени. –М.: Знание, 1978. – 64 с.

3. Палий Г.Н., Артемьева В.И. Синхронизация высокоточных мер времени и частоты. – М., Госстандарт: 1976. – 287 с.

4. Винклер Г.М.Р. Измерение в глобальной системе хранения времени // ТИИЭР. -1986. -Т.74, N

5. Актуальные проблемы метрологии в радиоэлектронике/Под ред. В.К. Коробова.-: Изд-во стандартов, 1985.- 295 с.

6. Мангелл А.Дж. Национальные эталоны времени и частоты // ТИИЭР. -1986. -Т.74, № 1

7. Болотов И.М., Геворкян А.Г. Развитие научно-технических основ СЕВ. //Радионавигация и время. – 1992. - № – с. 50 – 52.

8. Величко О. М., Макаренко Б. І., Камінський В. Ю. та ін. Державна служба єдиного часу і еталонних частот – необхідний елемент розвитку наземної космічної інфраструктури України. //Космічна наука і технологія. – 1997, т. 3, № 1/2. – С. 7–15.

9. Клейман А. С., Соловьёв В. С., Ткачук А. А. Эталонная база Украины в области измерений времени и частоты. //Український метрологічний журнал. –1996, вип. 4. – С. 17–18.

10. Величко О. М., Миронов М. Т., Сидоренко Г. С. та ін. Державна програма створення та розвитку Державної служби єдиного часу і еталонних частот. //Український метрологічний журнал. –1996, вип. 4. – С. 13–16.

1 Клейман. О. С., Оголюк В. П., Сидоренко Г. С. та ін. Державний первинний еталон одиниць часу і частоти. //Український метрологічний журнал. –1997, вип. 3. – С. 18–23.

12. Пушкин С.Б. Анализ результатов и пути повышения точности сличения эталонов времени и частоты// Измерительная техника, 1979, N9, С.33-35.

13 Кащеев Б.Л., Коваль Ю.А., Кундюков С.Г. Высокоточные радиометеорные cистемы сравнения эталонов времени и частоты//Радиоэлектроника и информатика. - 1997. - N - С.9-18.

14. Дудник Б.С., Кащеев Б.Л., Коваль Ю.А. и др.. О точности различных методов сличения шкал координированного времени UTC(X) с UTC(SU)// Исследования в области измерений времени и частоты. – Сб. науч. тр. ВНИИФТРИ. – М.: 1982. – с. 13 – 2

15. Пушкин С.Б., Кащеев Б.Л., Коваль Ю.А., Семенов С.Ф. и др. Высокоточная радиометеорная система синхронизации эталонов времени Госстандарта СССР // Измерительная техника. 1989. № 4. С.22-24.

16. Жуков Е.Т., Кащеев Б.Л., Коваль Ю.А., Дудник Б.С. Метеорная синхронизация шкал времени. Учебное пособие: МО СССР, 1989. – 142 с.

17 Кащеев Б.Л., Коваль Ю.А., Горбач В.И., Бондарь Б.Г. Метеоры сегодня. – Киев.: Техника, 1996. – 196 с.

18. Коваль Ю. А., Антипов И. Е, Обельченко В. В. Развитие теории и совершенствование радиометеорных систем связи и синхронизации. Харьков: Коллегиум, 2006. 308 с.