Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Наблюдатель, находящийся в системе координат Х', измеряет интервал времени ЛВ между моментом посылки импульса из точки Р к идеальному отражателю или зеркалу на расстоянии и и моментом приема этого же импульса в точке Р: Л В.= 2й/с. (17.2) Наблюдатель в системе координат Х может записать интервал времени Л! между теми же событиями, если точка Р проходит над точкой А в момент передачи импульса и проходит над точкой В в момент приема отраженного импульса.
Интервал времени между этими двумя событиями, измеряемый в системе координат з., обозначается как Лй Разнесение между точками А и В, измеренное в системе Х, будет тогда и Лй Так как скорость света не зависит от системы координат, то свет проходит расстояние с Л1=2Р'(з+( Л!Д)з. (17.3) за Л! с. Импульс проходит из точки А к идеальному отражателю и обратно к точке В одновременно с приемом его же в точке Р.
Используя (!7.2) и (17.3), получим Л! —— ) — в' где р д о~с. Если ЛВ=! с, тогда Л!)! с и интервалы времени между импульсами, формируемыми в системе Г, по наблюдениям в системе координат Х будут растянутыми или частота следования будет понижена. Это явление известно как расширение времени. Следовательно, если идеальные цезиевые стандарты частоты имеются в обеих системах координат, то частота генератора в системе Х', например, на ИСЗ кажется пониженной с коэффициентом — = — = )Г 1 — р' ж ! — — ()з для ~ «1. (17.5) ь!' Лг 2 Заметим, что когда генератор С в движущейся системе координат находится непосредственно над точкой А, то его сигнал приходит в точку А без доплеровского сдвига частоты, но описанный эффект расширения времени остается.
Например, если движущаяся систе- хлв ма координат перемещается со скоростью стационарного спутника Земли о=ыг =3,071 км/с, то р=о/с =1,024 ° 10 ' и относительная погрешность частоты 6=(А/' — А/)/А/ 1 — Р 1 — ~'ж — ()~ =5,24 10 2 Следовательно, за сутки спутниковые часы отстанут на время 6(3600.24) = 4,53 мкс. Несмотря на то что частота генератора представляется смещенной, количественное изменение этой частоты может быть предсказано с высокой точностью. Различные способы определения времени.
Прежде чем перейти к принципам обеспечения единого времени, важно обсудить различные виды времени, используемые как в спутниковых системах связи, так и в иных приложениях. Известны по крайней мере две категории времени, которые следовало бы обсудить: универсальное время н атомное время (52!. Различные виды универсального времени определяются относительно вращения Земли.
Эти виды времени, конечно, предпочтительны для задач навигации. Универсальное время 1-го вида (УВ-1) — это истинное навигационное время, основанное на вращении Земли. Секунда в УВ-1 не связана с приведенным ранее определением интервала времени. Универсальное время 2-го вида (УВ-2) — это усредненное время, которое не отражает реально существующих возмущений углового вращения Земли. Координируемое универсальное время (КУВ) использует истинную секунду в качестве основной единицы измерения.
Следовательно, в этом случае нет смещений флуктуирующей опорной частоты как при УВ-1 и УВ-2. Опорный генератор при КУВ приближенно согласуется с вращением Земли путем добавления или изъятия секунд. Следовательно, здесь возникают особые ситуации — проскок секунд, когда минута содержит или 61, или 59 с вместо 60 с, как обычно. Явление проскока секунд возникает не чаще чем 1 — 2 раза в год. Однако из-за возмущений в скорости вращения Земли моменты возникновения таких проскакав точно не предсказуемы. Шкала времени КУВ отличается от шкалы навигационного времени УВ-1 не более чем на 0,7 мкс.
Эфимеридное время (ЭВ) определяется орбитальным вращением Земли вокруг Солнца, а не вращением Земли вокруг своей оси. Следовательно, этот вид времени нечувствителен к движению Земли, сдвигам земной коры, или геометрическим изменениям формы Земли. Шкалы атомного времени (АВ) базируются на усреднении показаний некоторой группы цезиевых стандартов частоты.
Например, Национальное бюро стандартов США и Морская обсерватоРия США имеют совместно группу атомных стандартов частоты для формирования опорного атомного времени. Международное атомное время (МАВ) определяется следующим образом: 16 — 166 449 Международное атомное время — зто опорное время, установленное Международным бюро времени в Женеве путем считывания показаний времени с устройств, функционирующих в различных установках, в соответствии с определением секунды в Международной системе единиц времени Со. 17.3. СЕТЬ И ПОНЯТИЕ ГЛОБАЛЬНОИ СИНХРОНИЗАЦИИ Для ограниченной сети земных станций, работающих с общим спутниковым ретранслятором, общее единое время можно обеспечить, поместив прецизионный генератор опорной частоты на борт спутника или же выбрав одну из земных станций в качестве центральной станции Службы единого времени с последующей ретрансляцией опорных сигналов центральной станции через спутниковый ретранслятор всем другим станциям системы.
В этих случаях в сети земных станций устанавливается синхроинзм, если в первом случае на каждой с лицин нли на спутнике измеряется время прохождения радиосигналов на линии земная станция — спутник н обратно, а во втором случае измеряется время прохождения радиосигнала от каждой абонентской земной станции до центральной и производится соответствующая коррекция. В следующем параграфе приводятся два возможных варианта синхронизации для различных приложений. Для передачи Единого времени по всему земному шару необходимо иметь несколько стационарных или квазистационарных (например, с 12-часовыми орбитами) спутников. Если в системе квазистационарных спутников используются атомные стандарты частоты на борту каждого спутника, то отсчеты времени каждого нз этих стандартов будут медленно «плыть» относительно друг' друга, поэтому необходима периодическая коррекция спутниковых стандартов частоты по сигналу центральной земной станции, которая имеет основной опорный атомный стандарт частоты.
Часовое время может также передаваться путем ретрансляции опорного сигнала времени с центральной станции на сеть земных станций. Для обслуживания всей территории Земли необходима многоскачковая спутниковая ретрансляция сигналов времени с центральной станции. Взаимодействие земных станций спутниковой системы связи с точки зрения синхронизации во времени поясняется рис. 17.2. Каждая земная станция имеет собственный опорный генератор, отсчитывающий кажУщеесЯ (местное на спУтнике) вРемн бггг), которое отличается от истинного времени' 1 на величину С,(1)— — 1= Лз(2) 1см.
рис. !7.2б1. Эта ошибка времени зависит от типа используемого опорного генератора. Например, цезиевый стандарт частоты может иметь долговременную (в течение более чем 1О'с в ' Как уже обсуждалось, существует в действительиости только одно гипотетичес«ое истинное время и несколько временных шкал При синхронизации системы связи с МДВР выходной сигнал зтомиого стандарта частоты иа центральной земной станции может быть принят за опорный. 450 среднем) стабильность лучше чем 1.10-", тогда как частота высококачественного кварцевого генератора может медленно изменяться со скоростью больше чем 10к щ за сутки, не считая температурных погрешностей (некоторые составляющие этого дрейфа можно предсказать).
Время Сг(() может представляться той или иной характерной точкой во времени шумоподобного сигнала или же другого хорошо построенного сигнала, которые обсуждаются в $ 17.5. ааииаа апмииаа Чпааг Рис. 17.2. Принцип формирования системы единого времени при размепгении опорных часов на спутнике и учете времени запаздывания сигналов на линии вниз: Ть Ть Та, Т : а — структурная схема системы; б — зависимость отсчетов времени на 1-й станции от истинного Сг(1) =1+Ь(1) Время прохождения сигнала Тч(() от данной земной станции до спутникового ретранслятора изменяется в зависимости от параметров орбиты ИСЗ. В случае стационарного спутника эта задержка во времени меняется относительно ее номинального значения, равного 0,25 с, из-за эксцентриситета орбиты и наклона ее плоскости к плоскости экватора (см.
гл. 6 и $ 17.6). Временная задержка прн прохождении сигналов непосредственно в ретрансляторе примерно постоянна, если исключить влияние тепловых условий аппаратуры спутникового ретранслятора на изменение группового времени запаздывания. Сигнал, излучаемый и-й земной станцией в местное время Са(го) и системное время (п, поступает на 1-ю земную станцию в момент общесистемного времени Ч„у=У,+ТД)+Тр +тг(У,+Т„р+Тя((а)), (176) где время прохождения сигнала от земной станции до ретранслятора Тг(() определяется в момент передачи, а не в момент приема сигнала и учитывает любые изменения задержки сигналов (наВРимер, из-за эффекта доплера).
Заметим, что отклонения скорости движения спутника по орбите считаются достаточно малыми, чтобы не обращать внимание иа эффект релятивистского расширения времени. В общем же случае соотношение между временем, отсчитываемым опорным гене1вп 45! ратором на ИСЗ т по наблюдениям с Земли, и опорным координатным временем неподвижной системы координат 1, например временем, измеряемым в центре Земли, имеет внд (17.7) где»р — гравитационный потенциал в точке нахождения спутника, с — скорость света; о — гелиоцентрическая скорость спутника относительно центра опорной системы координат.
Член »р~с' представляет собой релятивистский гравитационный 1 сдвиг красного цвета, а член — (о»с) ' соответствует поправке со- 2 гласно преобразованию Лоренца из специальной теории относительности, о чем говорилось в 2 17.2. Для стационарных спутников релятивистский гравитационный сдвиг равен примерно 50 мкс в сутки, но поскольку его значение довольно постоянно, то его можно скомпенсировать (32). В 1322) приводится обстоятельное обсуждение релятивистских поправок времени. Эффекты второго порядка вызываются изменением гравитационного поля, обусловленным влиянием Солнца и Луны. В момент приема на»сй земной станции импульса от станции и (рис. 17.2) отсчет времени, считываемый с опорного генератора »-й станции, будет С» (т»п (»оИ = С» (»о + Тв ((о) + 7 ртр + 7» (»о + 7 ртр + 7 в (»о)0 (17.3) В этой точке, конечно, существуют вполне определенные разности между С»((1) и», а также между задержками Т и Ть Однако эти разности неизвестны для данной станции.
Следовательно, сам по себе односторонний путь передачи сигналов между земными станциямн является только первым шагом в установлении точной синхронизации сети. Используются несколько методов синхронизации в системах описываемого типа. Два варианта синхронизации рассматриваются ниже: 1) синхронизация по опорному времени спутника; 2) синхронизация по опорному времени центральной земной станции. Как было показано в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
