Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Более конкретно, идеальное текущее время определяется как 1=й' т+1е (17.1) где 1е — оговоренный начальный момент времени, с которого начинается процесс счета периодов; У вЂ” количество периодов, которые наблюдались после момента времени 1о и т — идеальный период, определяемый цезпевым резонансом. Одновременность событий — это третье понятие, связанное с единым временем. Два события являются одновременными в данной системе координат, если соответствующие этим событиям сигналы поступают одновременно (совпадают во времени) в точку, находящуюся на геометрически одинаковых расстояниях от точек местоположения источников событий. Например, рассмотрим временную диаграмму, приведенную на рнс.
!?.1а, Точки А и В яв- ичсслой ель в> Рис. 17.1. Принцип измерения времени в движущейся системе коор- динвт: и — сигналы, передаваемые из точек А н В, принадлежащих одной и той же системе координат, приходят одновременно в среднюю точку ан б — система координат Х' движется со скоростью о относительно системы координат Е 447 ляются фиксированнымн точками в системе координат Х', в которых расположены часы А и В. В каждом периоде, например в начале колебаний этих генераторов, излучается импульс. Начала этих периодов являются одновременными событиями, а сами генераторы — взаимно синхронными, если импульсы от А и В приходят в точку Π— геометрическую середину между точками А и  — в один и тот же момент времени. Следующее подлежащее обсуждению понятие — расширение времени, обусловленное относительным движением двух систем координат, одна из которых движется относительно другой со скоростью о.
Этот эффект является результатом специальной теории относительности. На рис. 17.! б показаны две системы координат Х и Х', при этом система Х' движется со скоростью о относительно системы координат Х. 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 действительиост~ 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
