ЛЕКЦИЯ № 3

Шкалы времени СНС и их синхронизация

Спутниковая навигационная система представляет собой комплекс орбитальных объектов, контрольных станций и приемников потребителей, имеющих жесткую привязку по пространственно­ временным параметрам. Более того, большинство параметров орбитального движения НКА с точки зрения потребителя выражается через функции от времени. Применение пассивных (беззапросных) дальномерных методов подразумевает взаимную синхронизацию по.времени излучения всех НКА. При этом все компоненты СНС должны использовать единую шкалу времени.

Очевидно, что реализовать эти требования в полной мере невозможно, так как для этого потребуется оснастить идентичными высокоточными эталонами частоты (времени) все составляющие системы, включая аппаратуру потребителей. Поэтому на практике применяют три шкалы времени - системную шкалу, бортовую шкалу и шкалу потребителя, перечисленные в порядке снижения доступной точности.

Основной шкалой времени СНС является системная, поскольку она оказывает прямое или косвенное влияние на синхронизацию всех подсистем СНС. Для ее формирования используются наиболее точные квантовые эталоны времени и частоты, расположенные в наземных командно-измерительных станциях.

Бортовая шкала времени формируется квантовым эталоном (" атомными часами") расположенным на борту НКА. К этому эталону привязываются все навигационные сигналы, излучаемые НКА. Между бортовой и системной шкалой неизбежно возникает расхождение, которое измеряется и периодически устраняется наземным сегментом управления. Для определения величины ухода бортовой шкалы относительно системной наземный комплекс управления производит сверку шкал. В процессе сверки по принятым наземной станцией навигационным сигналам НКА измеряется значение времени по бортовой шкале на момент начала излучения сигнала.

Уход бортовой шкалы времени относительно системной определяется, как разность между вычисленным значением и эталонным временем системы. Существуют активный (запросный) и пассивный (беззапросный) методы измерения величины дальности до НКА для вычисления параметра tpacnp· Активный метод более прост и позволяет получать более точные результаты, но требует применения дополнительной аппаратуры. В настоящее время система ГЛОНАСС использует активный метод, а GPS - пассивный.

Обычно коррекция бортовой шкалы времени происходит эпизодически, при ее уходе относительно системной шкалы больше допустимого значения. Существует два вида коррекции. В случае обнаружения смещения временных интервалов шкал (разность фаз кодовых последовательностей) производится фазирование бортовой шкалы, позволяющее совместить шкалы с точностью до десятков наносекунд. Совместно с фазированием либо независимо от него может проводится изменение оцифровки (коррекции кода на целое число секунд).

в настоящее время все CНС управляются с ограниченных территорий и коррекцию бортовых шкал времени удается производить лишь эпизодически. Поэтому применяется прогнозирование ухода бортовой шкалы. По результатам длительных наблюдений за уходом бортовой шкалы составляется математическая модель и вычисляется систематическая составляющая ухода. Предсказание систематической составляющей позволяет загрузить в бортовую память каждого НКА соответствующие частотно-временные по­ правки, которые затем передаются потребителю в составе эфемеридной информации.

Наиболее нестабильной и смещенной относительно системной шкалы является шкала времени потребителя, которая формируется кварцевым генератором приемника. Шкала времени потребителя корректируется при помощи соответствующей части навигационной информации, принимаемой с НКА.

Существует несколько способов синхронизации шкалы времени потребителя. В первом способе информация, принятая потребителем, используется как для расчета текущего ухода бортовой шкалы времени относительно системной, так и для привязки шкалы времени потребителя к системной шкале. Второй способ основан на том, что потребителю в навигационном сообщении передаются метка времени НКА и частотно­ временные поправки. Точность привязки в этом случае ниже и зависит от знания дальности до НКА (т.е. времени распространения сигнала). Третий способ аналогичен второму, но в качестве источника информации используются дальномерные коды.