Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 94
Текст из файла (страница 94)
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.
Ошибки в групповом времени задержки сигналов в аппаратуре земной станции, Эти ошибки включают неправильную калибровку группового времени задержки в повышающих и понижающих преобразователях частоты земных станций, изменение во времени величин задержек сигнала в этих устройствах. В большинстве применений синхронизации в системах с МДВР групповая задержка в модуляторе и передающем устройстве должна быть согласована с групповым временем задержки сигналов в модуляторе аппаратуры синхронизации. /'рупповое время задержки сигналов в ретрансляторе. Запаздывание сигналов в спутниковом ретрансляторе и при прохождении его антенио-фидерного тракта также может изменяться по сравнению с калиброванными величинами либо вследствие старения элементов аппаратуры, либо из-за влияния внешней температуры.
Значения группового времени задержки сигналов могут быть' различными на разных участках полосы пропуокания тракта ретрансляции. Следовательно, важно предусмотреть прохождение всех сигналов синхронизации через одни и те же участки полосы пропускания тракта спутникового ретранслятора. Когда же опорные сигналы синхронизации формируются непосредственно в бортовой аппаратуре, как это имеет место в спутниках «Навстар», то групповое время задержки сигналов от выхода опорного генератора до выхода усилителя мощности должно поддерживаться постоянной. Перемещение спутника. Всегда имеется некоторое перемещение спутника относительно земных станций (см. гл.
8); влияние его становится весьма существенным, когда требуется обеспечить точность временнйх соотношений порядка 1 нс. Однако доплеровское смещение частоты из-за дрейфов спутника и частотные отклонения, вызванные наклонением орбиты и ненулевым эксцентриситетом, в общем случае достаточно точно отслеживаются, как это описано в'гл. 18. доплеровское изменение частоты для стационарного спутника обычно очень мало. Задержки сигналов в ионосфере. Влияние ионосферы проявляется в кажущемся увеличении пути прохождения сигналов (влияет на групповую скорость)'. Количественно это влияние описывается соотношением (17.26) д /~ ж /з/~ (Е) й/,(1//') ! Рупповвя скорость и, и фазоввя скорость ое связаны между собой соотношением 12341 о„=сир/Ф(/п)<с<ее, гце пас/ое — индекс рефракции.
471 где й=1,2 10-', О(Е) л вес )' (Е')+(18')' — оценивает степень влияния угла места; Š— угол места; / — частота в ГГц, а й/,— средняя плотность электронов на пути прохождения сигналов, измеряемая числом электронов на квадратный метр (11*, 268*). Средняя плотность электронов примерно равна от 10" до 10м электронов на 1 мз. Для частоты в 1,6 ГГц значение ц/с составляет примерно 20 м. Упрощенное выражение для концентрации электронов в ионосфере имеет вид й/=й/„,(2й/И вЂ” (й/Ь Я, электрон/м', (17.27) где величина /У имеет наибольшее значение примерно для высоты 150 км, равное 10" электрон/м', и существует до высоты порядка 250 км 13571. Ошибки этого вида существенны, если различие значений групповой задержки на линии вверх и на линии вниз влияет на процесс и точность синхронизации. В некоторых вариантах синхронизации задержка сигналов в ионосфере отслеживается и в значительной мере компенсируется.
С этой целью производятся измерения на двух частотах /1 и /ь Разность пути прохождения сигналов на частотах /1 и /г равна дт = К//' — К//' = К ( /' — /')//' /зз. (17.28) Измерение разности задержек позволяет определить коэффициент К, который пропорционален средней плотности электронов, а следовательно, можно рассчитать и общую задержку распространения. //огрешности прохождения сигналов через атмосферу. Влияние атмосферы на распространение радиосигналов обусловлено водяным паром и сухим воздухом, что приводит к искривлени|о прямолинейной траектории распространения сигналов, особенно при малых у~лах места. Изменения индекса рефракции атмосферы приводит к изменению группового времени запаздывания, а также к отклонению пути прохождения сигналов от земной станции к спутнику от прямой линии. Следовательно, кажущееся увеличение дальности приводит к ошибкам как по расстоянию, так и по скорости.
Влияние атмосферы можно описать приближенно с помощью суммы двух экспоненциальных функций, одна из которых учитывает влияние сухого воздуха, а вторая — водяного пара. Индекс рефракции и а с/оф представляет собой отношение скорости света в свободном пространстве к фазовой скорости в данной среде. Для модели атмосферы (в виде двух экспонент) индекс рефракции выражается как п=(1+5/,е +й/,е ) 10 ', (!7.29) где й — высота в километрах; й/, — коэффициент для сухого воздуха; М, — коэффициент для влажного воздуха на уровне мвря. Коэффициент для сухого воздуха изменяется от 260 до 290 в зависимости от сезона года, а параметр а изменяется от 0,103 до 472.
0,110 км '. Коэффициент для влажного воздуха меняется по сезонам года сильнее от 20 до 120, а параметр Ь обычно меняется от О,ЗЗ до 0,45 км ' для СВЧ сигналов. Ошибка в величине пути в тропосфере, обусловленная главным образом изменением скорости распространения сигналов, вызывает ошибку в определении задержки Ьт=(11с) [ ) лЫ вЂ” 01, где .0 — истинное расстояние. Ошибка, обусловленная искривлением пути прохождения сигналов, обычно значительно меньше этой вели- тд . РР."дд.дд,'дду'Ы' "д""""и чины. О,д, На рис. 17.15 и 17.17 показаны зависимости от ка7кушегося угла места ошибок действительного пути прохождения сигналов и дд ошибок в угле места. Г)риВедены усредненные кривые 4то измерениям в течение О,Р всего августа месяца и кривые для одного конкретного уд измерения.
Видно, что погрешность в задержке на распространение может достигать величины 0,5 мкс д,У при малых углах места в о С-диапазоне частот, а ка- дду у д уд гд зо уу до дд и дауд Нааучодрр уРРР НЕРРУП д, грод жущийся угол места О может отличаться от истинно- РНС. 17Д6. ЗаВИСИМОСтв ОШН6КИ УГЛа Мсета ЛО=Π— О, из-за влияния тропосферы от го угла места в пределах од- кажущегося угла места О; О, — истинный ного градуса.
К счастью, од- угол места 1449) пако, большая часть этих ошибок не оказывает заметного влияния на работу систем с МДВР, Поскольку они в значительной мере не зависят от частоты сигнала' и могут быть предсказаны. В диапазоне 10 ГГц при углах места, больших 20', изменение длины пути может быть предсказано с точностью примерно 12 см ~180). Дождь оказывает сравнительно малое влияние на флуктуацию времени распространения. Измерения, приведенные в 1182), показывают, что влияние дождя более чем на порядок ниже, чем влияние атмосферы. Флуктуации времени распро'странения сигналов в атмосфере при прямой видимости обычно меньше чем 0,5 нс/км.
Некоторые из ошибок, обусловленные влиянием атмосферы, при синхронизации в системах с МДВР могут быть почти полно- У ' " "Р" ' """ " "" """ У *Р ""~ч. ' Н"РР "'" Р ких к спект альным айни . фф ц т рефракции не зависит от частоты, однако для частот, б р . ям кислорода илн водяного пара, где отношение груп- лизновой скорости и фазовой ог/се=1+(Х/и) (пп/о)у) меняется с частотой. 473 ог, ига ог ол оз о,г оаг Глава 18 СЛЕДЯЩИЙ ПРИЕМ ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ 18Л. ВВЕДЕНИЕ В гл. 17 рассмотрены методы общей синхронизации в спутниковых системах связи с МДВР, основанные на оценке относительного запаздывания сигнала з(14-т).
Для этого обычно использу- 474 ции, как например, показанных на рис. 17.1, где производятся измерения с помощью двух сигналов, проходящих через одну и ту же атмосферу. Единственным исключением является небольшой вклад в погрешность, вносиОоо,и ьмо мый температурными изме- нениями и шумовыми ошиб- мо кими о,г Неопределенность скоро- , сти света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
