Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 94
Текст из файла (страница 94)
17.14. швш ао ео еа га еа гама ао вагш в г 1 7 о -г -г о г е в вгоеггемнгогго г а в в шггеемгвгаш га ав. вв аеиаеаеашеае м.овав ааааа Рис. 17.14, Экспериментальные измерения дальности и скорости изменения дальности для спутника АТ5-1, выполненные 13 и 14 мая !968 г. на земной сганпии в Кашиме 1449) (см. также $6.2 и 6.3). На этом рисунке показаны изменения расстояния и изменения скорости этого изменения для стационарного спутника АТ6-1.
Устройства, следящие за дальностью, должны иметь полосу, согласованную с малыми изменениями движения спутника. Эксцентриситет геостационарной орбиты обычно около 10 а, что приводит к малому изменению величины задержки сигнала по сравнению с влиянием наклона орбиты. ' Это соотношение предполагает для простоты идеальную сферичность Земли. Более точная модель Земли — это эллипсоид с экваториальным радиусом 6378,165 км, полярным радиусом 6356,785 км (экваториальный радиус на 21,4 км больше) и зксиеитриситетом 0,08181. 466 17.7. ПОГРЕШНОСТИ ВРЕМЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ В глобальных синхронизированных системах требуется знание статистических характеристик дрейфа временнбй шкалы и полной ошибки временнбго рассогласования между главным источником меток времени и синхронизируемыми часами.
Текущее значение фазы генератора ~р(г) можно непосредственно измерить; она функционально связана с частотой соотношением ЯЯ А д~(1)/й. Текущее время, непосредственно отсчитываемое генератором, выражается числом пересечений нуля, поделенное на значение частоты, или, точнее, с (Г) = р (1)7()., (17.17) где (зи — номинальная частота хронирующего генератора. Конечно, точное значение частоты ЙЯ неизвестно.
Время или фаза колебаний генератора и спектральная плотность фазы обсуждались уже в гл. 14 применительно к оценке кратковременной нестабильности (порядка долей секунды) энергетического спектра фазового шума. Здесь обсуждается та же фаза колебаний генератора, но уже с точки зрения долговременной стабильности на протяжении интервалов времени в несколько часов или месяцев. Фаза обычного кварцевого генератора изменяется по закону (24'1 сР(1)= йи Н1+8) 7+а(и72+Рсз/3+а(1)), (17.18) где б()и — погрешность частоты; а — скорость старения кристалла кварца (практически равная 0,5 1О м за сутки); р — показатель ускорения хода часов и е(1) — фликкер-шум и другие типы фазового шума собственно генератора. Ускорение хода генератора имеет порядок 10 '4 с за с', и им можно пренебречь в большинстве приложений.
Следовательно, разница времени, показываемого данным генератором (часами) и истинным временем равна ЬЯАсЯ вЂ” 1=~рг(й„— 1=81+а1и+р(а+е(7). (17.19) Если в некоторый момент времени ги произведена коррекция показаний как по частоте генератора б, так и по начальному отсчету (фазе), то остаточная ошибка временнбго отсчета будет равной Л (Г) = — (1 — (~'+ — (1 — 1о)'+ а(1) — а(Го). (17 20) 2 3 Для кварцевого генератора и разности времени 1 — 1и порядка нескольких дней первое слагаемое в (17.17) обычно преобладает. и ошибка времени 7з (г) (г г ) (17. 21) 2 Например, если коэффициент старения а=10 м за сутки, то (17.21) принимает вид го м 0 ги) ( ) сутки 16' 467 ,Цля ! — Го=10 суток разница времени оказывается равной 1 /10 — 10 А~1)ж 2 110 24 3600] ~ 10 суток) секунд=432 мкс. Коэффициент старения а относительно предсказуем, и этот эффект может быть значительно ослаблен.
Атомные стандарты частоты обычно формируют выходные колебания непосредственно по квантовым переходам электронов в атомах или по атомным резонансам газа. В активных атомных водородных стандартах, или стандартах на аммонии, кварцевый генератор синхронизируется по фазе. В другом варианте при использовании атомного резонанса газа, например паров цезия или рубидия, могут использоваться стабильные узкополосные фильтры в цепи обратной связи АПЧ для управления частотой кварцевого генератора.
В табл. 17.1 приведены некоторые типичные ха- Таблица 17.1 Характеристики типовых атомных стандартов частоты !52, 308*, 309" 1 Генератор. управ- лнемый Неаиевым стандартом частоты Генератор. управ- лвемый ртеидневым стандартом частоты Водородный стандарт частоты Хараитернстина 192, 631770 МГц 250 Гц ~ 3.!О !420, 405751 МГц 6834, 682608 МГц 200 Гц Номинальная частота резонанса Полоса частот резонанса Внутренняя вослро- мзводимость ! Гц х 5!О Это понятие не применяется из-за чувствительности к давлению и температуре газа в резонансном зле- менте Стабильность (среднеквадратическое значение отклонения от среднего) за время: 5 10 9 1О 5 !Π— 13 5 1О ян!0 — 13/ьс 3 10 8,5.10 2 10 2 10 2 10 — 137оС 10 — 13 6.10 — !4 1 10 6 10 1 0 — !37оС 1 с 1 мнн 1 ч 1 сут Влияние темпера- туры Систематический уход — 1 ° 1О нймес Не обнаруживается, так как (3 10-'а!год Не обнаруживается, так как год рактеристики атомных стандартов частоты.
В этих стандартах либо устранена полностью, либо существенно уменьшена долгоеременная погрешность из-за эффекта старения. Коэффициент 468 старения пренебрежим в цезиевых и водородных стандартах, а для рубидиевых стандартов частоты может быть уменьшен до значений а(!О " за сутки. Среднеквадратическая ошибка частоты о» для цезиевого стандарта частоты' изменяется подобно процессу броуновского движения н для умеренных величин времени усреднения !т~ (! за сутки [308*) ог(т) [ е((р(»+т) — »р(»))а) )»/а 11,29 1 ?р (1?.22) где Р— коэффициент запаса; ( — частота генератора; та ( — (а— время усреднения.
Таким образом, среднеквадратическая величина частоты, вычисленная по ансамблю измерений за время усреднения т, уменьшается как т»»', а среднеквадратическая ошибка а» в текущем времени, взятая за тот же самый интервал из (17,20) для ) =10»о Гц, равна сг,=(Е(С(1) 1)а)1/2 =( ЕПЧ»(»+т)»Р(»Н ) Г' Ыо 1,29»М 1,29»М — »о — т ж — 'с 10 )г" г" (17.23) и о» увеличивается пропорционально т»»'. Следовательно, для це- зиевого стандарта частоты при Р=3 среднеквадратическая ошиб- ка увеличивается как 0,43 т'»'10-'о.
Для т=10' с и 1=10»о сред- неквадратическая ошибка времени равна а»(т)=0,43тц' 10 'а= 0,43 10а 10 'о=0,43 ° 10 ~ =43 нс. 4б9 При (-»-оо относительная нестабильность о»/( не приближается бесконечно близко к нулю из-за фликкер-шума (!»»( шум) и систематических ошибок [255*). Следовательно, рано или поздно она будет определяться долговременным дрейфом, фликкер-шумом (!»( шум) н флуктуациями, вызванными старением и небольшими изменениями окружающих условий, такими, как температура или магнитное поле. Тогда отношение а»»1 приближается к некоторому постоянному значению, а о» равно т при достаточно больших т [26").
Более удобное измерение стандартного отклонения для выбоРочной частоты приведено в [9*). Оно было рассмотрено в гл. 12, где были получены соотношения для спектральной плотности Фазового шума. Здесь мы используем более общее определение отклонения и сосредоточим внимание на долговременных ошибках синхронизации, Если Т вЂ” период, т — длительность отсчета (т(Т), а Ж вЂ” количество отсчетов, участвующих в усреднении, ч ' Временнйя ошибка пропорциональна ) а(»)»(», где а(») — белый частото ный шум. то отклонение частоты по 19о) для бесконечного интервала усред- пения равно п=н-! <~эн, т, Э~= е — '( )' [-е!" +' "~ ]— и о н — ! а ! кч эр (пТ+т) — ер (пТ) (17.24) эу т У' — о где интервалы усреднения показаны на рис.
17.15. Если Т=т, то между интервалами отсчета нет промежутков и (17.24) упрощается йо где эр[(п+1) 71=тр(пТ+ т) и по определению Йрп А ер ((и+ 1) т) — ф (и т). !наго р( т тт гт гпн ренту ннаероооп уередненон до дренено Рис. 17.15. Интервалы усреднения прн оценке дис- персии частоты Второе слагаемое в фигурных скобках — средняя частота, усредненная на интервале 7т1Т, Величина та(У, т) — среднеквадратическая ошибка отсчета, усредненная на интервале т.
17.8. ВОЗМОЖНЫЕ ИСТОЧНИКИ ОШИБОК СИНХРОНИЗАЦИИ Точность измерения времени, обсуждавшаяся в предыдущем параграфе, имеет важное значение, так как влияет на такие характеристики системы, как требования к защитным временнйм интервалам и эффективность систем связи с МДВР, на величину памяти запоминающих устройств и эффективность узлов цифровой связи, на точность навигационных измерений, в частности измерений дальности. Наибольшая часть составляющих ошибки измерения времени может быть разделена на три группы: 1. Влияние теплового шума на ошибки устройств измерения времени.
2. Влияние времени распространения сигналов и задержек в аппаратуре. 3. Влияние физического движения и динамических изменений передающего и приемного оборудования. Влияние теплового шума. Тепловой шум, возникающий в приемном устройстве и в устройствах слежения, вызывает ошибки в 470 задержке сигналов, похожие на описанный выше фазовый шум в следящих схемах. Анализ работы следящих устройств при нали.чии шума обсуждается в гл. 18. Влияние ошибок отслеживания, обусловленных шумом и межканальными (полосными помехами), также рассматривается в гл, 18, Другие же источники ошибок обсуждаются в данном параграфе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
