Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Более подробно свойства ШПС обсуждаются в гл. 18. Шумоподобные сигналы, ограниченные во времени, могут обрабатываться соответствующими разновидностями следящих устройств с задержанной обратной связью. Если длительность сигнала мала, он мо- 464 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 !4 15 0 0 ! ! ! 1 О ! 0 1 ! 0 0 1 0 0 0 1 ! 1 1 0 1 0 1 1 0 0 100011110101.10 0 1 0 0 0 1 ! 1 1 0 1 0 1 1 7 2 д 1 Б Б 7 6 9 16 Пнг Ы Ы М 16 Н М О О О 7 1 1 7 О 7 О 1 1 О О 1,'О О О.. 67 ' лдоонная аоеяедодотемноето О 1 2 д 9 Б Б 7 6 9161712Ы1НМ 16 1 Рис.
!7.12. Псевдослучайная последовательность символов и ее иорреляционная функция: а — 15-элементная псевдослучайная последовательность символов '1 и 0; б — пример расчета конкретного значения корреляционной функции )!(1)=(1/15))з(7)6(7+1)е(! при 1=1. Последовательность 6(1) формируется из исходной двоичной ПО ПраВИЛу: Он+1, 11- — 1. ЗДЕСЬ 7КЕ ИЛЛЮСтрИруЕтСя СВОйСтво цикличности и аддитивности 6(7)з(7+0=6[!+)(7Ц; з— корреляционная функция ЙЯ 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 О 1 17.6. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОРБИТЫ СПУТНИКА И ИЗМЕНЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИГНАЛОВ На рис.
17.13 показаны геометрические соотношения, характери- илу зующие путь прохождения сигнала от земной станции к спутниковому ретранслятору. Здесь показана плоскость сечения, проходящая через земную станцию, спутник и центр Земли. Предполагая, что Земля является идеальным шаром, можно связать расстояние х между земной Зенит Земная станция Рис. г7 И Геометрические соотношения взаимного расположения земной станции и спутника в сечении, прокоцяптем через центр Земли; Ч вЂ” угол направления на спутник от зенита;  — относительная шпрота разнещення земной станции 16 — 166 жет приниматься согласованным фильтром, использующим линию задержки на акустических поверхностных волнах, или цифровым согласованным фильтром.
Выходные импульсы согласованного фильтра, формирующиеся при каждом периодически появляющемся отрезке ШПС, могут использоваться для отслеживания временных интервалов с помощью системы ФАПЧ. Выбор сигнала с точки зрения оптимизации точности (по среднеквадратическому значению ошибки) в условиях воздействия шума и при ограничении полосы пропускания является хорошо известной задачей ~500е1. Решение ее приводит к сигналу, энергия которого целиком сконцентрирована на границах полосы пропускания в виде двух гармонических сигналов.
Среднеквадратическая ошибка оказывается обратно пропорциональной нормированному второму моменту спектра сигнала относительно центральной частоты. Следовательно, синхронизирующий сигнал в виде многочастотного сигнала может обеспечить меньшую сред-, неквадратическую ошибку, нежели ШПС, при одинаковой мощности. Тем не менее использование ШПС для синхронизации дает важные преимущества по сравнению с многочастотным сигналом Множество шумоподобных сигналов могут занимать одну и ту же полосу частот, в то время как многочастотные сигналы в этих же условиях подвержены сильным взаимным помехам.
Кроме того, легко формировать ШПС с достаточно большим периодом длв устранения неоднозначностей отсчета времени. станцией и спутниковым ретранслятором с углом между спутником и зенитом т1, н высотой орбиты с( как х = гз ~ ((1+ Фгз)' — з(пг т))ггг — соз т)), (17.14) тде гз — радиус Земли. Угол т1 в свою очередь связан с широтой р расположения земной станции ' (относительно подспутн~иковой точки) (219]: 'з +и з!п(п+т)) = з(пр (17. 16) или (1 +а11гз) мп н т) = агс з(п (17.16) (4 (1+ ет1гз) ни' 612+ (Н!гз )з) г1г Для наклонной синхронной орбиты угол места спутника пре.терпевает суточные изменения, которые вызывают изменения за.держки сигналов, сходные с теми, что приведены на рис.
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»»'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
