СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ СИНХРОНИЗАЦИИ БОРТОВОЙ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ
METHOD OF SYNCHRONISING ONBOARD TIME SCALE

Изобретение предназначено для использования в радиотехнике, в частности в космических командных радиолиниях гражданского назначения. Известно, что в космических командно-измерительных системах например, «KazSat» и «ГПКС» (КИС-ГПКС, Руководство по эксплуатации, ИВЯФ.461261057 РЭ.) передача информации в прямом и обратном каналах связи осуществляется с привязкой ко времени. Наземные командно-измерительные станции оснащают аппаратурой, выходными сигналами СЕВ которой производят синхронизацию наземной шкалы времени (НШВ) с точностью до долей микросекунды. В то же время в аппаратуру бортовой шкалы времени (БШВ) из-за ряда причин, основной из которых является нестабильность бортового задающего генератора, необходимо время от времени вводить временные поправки, которые осуществляют в три этапа.
1. Сверка
Сверка заключается в определении расхождения между секундными метками бортовой и наземной шкал времени с учетом времени распространения, а также величины задержки в бортовой и наземной аппаратуре, и между кодами оцифровки БШВ и НШВ. Код оцифровки содержит к - разрядов, младшие 6 разрядов которого определяют количество секунд в минуте.
Для перевода бортовой аппаратуры КА в режим «сверка» на КА выдают разовую команду (РК) на включение данного режима. По результату декодирования данной команды с КА передают сигналы секундных меток (СЕК БШВ) и к-разрядного кода текущего времени БШВ. Точность привязки передаваемого импульса СЕК БШВ к секундной метке бортовой шкалы времени не хуже 5 мкс. Сигналы БШВ выделяют в наземной аппаратуре и осуществляют измерение расхождения секундных меток БШВ и НШВ. Результат измерения и код оцифровки БШВ подают в наземную ПЭВМ, где из результатов измерений исключают время распространения и время задержки бортовой и наземной аппаратуры. Если результаты сверки находятся в допустимых пределах, то от ПЭВМ поступает сигнал «Фазир / коррекция - норма».
2. Фазирование
При наличии расхождения секундных меток более требуемого значения от ПЭВМ НКИС подают сигнал «Требуется фазирование» и на борт последовательно выдают разовую команду на проведение фазирования и импульс фазирования или код фазирования.
Фазирование бортовых секундных меток, т.е. сдвиг их по времени до совпадения с метками, пришедшими с Земли (СЕВ), осуществляют следующими способами:
а) для режима «СФК-2» - импульсным сигналом (минутная метка с упреждением на время распространения сигнала и задержки в бортовой аппаратуре);
б) для режима «СФК-3» - импульсным сигналом (минутная метка с упреждением на время распространения сигнала и задержки в бортовой аппаратуре) и двоичным кодом (код сдвига БШВ с ценой младшего разряда 0,2 мкс). Код сдвига БШВ - это 11-разрядный код сдвига (плюс 1 разряд знака), передаваемый в начале 32-разрядного слова в структуре СИ-1.
БА
При фазировании импульсным сигналом на борт посылают минутный импульс (с опережением на tp+tз ), к которому привязывают секундные метки БШВ, а затем производят перезапуск бортовых часов.
При фазировании кодом на бортовую аппаратуру КА посылают код секундной метки. Максимальное значение кода определяется пределами перестройки меток в БА. Минимальное значение определяется точностью фазирования БА. После завершения режима «фазирование» бортовую аппаратуру переводят в режим «Сверка». С борта КА передают сигналы СЕК БШВ и код оцифровки БШВ.
3. Коррекция
При наличии расхождения кодов времени БШВ и НШВ от наземной ПЭВМ поступает сигнал «Требуется коррекция», а также последовательно выдают разовую команду для проведения коррекции и код коррекции.
Коррекцию кода БШВ производят следующими способами:
а) для режима «СФК2» - коррекция натуральным кодом КП (КП1, КП4, КП64). Коррекция натуральным кодом (N=1111…1) - это коррекция кодом, количество «1» в котором соответствует, например, для кода КП1 - номеру минуты в сутках на момент коррекции (N макс для КП1=60×24=1440);
б) для коррекции «СФК3» - коррекция двоичным кодом КК (КК1, КК4, КК64). Код коррекции - это 11 разрядов, передаваемых в начале 32-разрядного слова в структуре СИ1. Точность привязки - 1 с.
После завершения режима «коррекция» бортовая аппаратура переходит в режим «сверка». С борта передают сигналы СЕК БШВ и код БШВ до выдачи с Земли разовой команды на отключение режима «Сверка».
Приведенный способ проведения сеанса синхронизации бортовой шкалы времени принимается за прототип.
Вся процедура проведения синхронизации бортовой шкалы времени в существующих командно-измерительных системах занимает несколько минут, что является большим препятствием для передачи в данный сеанс связи управляющей информации, особенно для КА с низкой орбитой, у которых сеанс связи составляет 5-10 минут. Предлагаемое техническое решение направлено на сокращение времени проведения синхронизации бортовой шкалы времени с одновременным повышением достоверности ее проведения.
Известно, что в космических командно-измерительных системах, с целью обеспечения необходимой точности измерения расстояния до КА и его радиальной скорости, используют широкополосные сигналы. Так в указанной выше системе используют широкополосные сигналы, формируемые псевдослучайной последовательностью М(4095, 12) с периодом повторения Т=1 мс.
Предложен способ проведения синхронизации бортовой шкалы времени, содержащий установку кода оцифровки в соответствие с кодом оцифровки наземной шкалы времени и совмещение по времени секундных сигналов бортовой шкалы времени с секундными метками наземной шкалы времени, отличающийся тем, что с наземной командно-измерительной системы, с опережением на время распространения сигнала, с учетом задержек в бортовой и наземной аппаратуре и также разности привязок к фазе псевдослучайного сигнала при формировании и обработке, на Борт посылают кодовую посылку, состоящую из квазиоптимального кода (31*15) с привязкой конца последнего символа к уточненной секундной метке бортовой шкалы времени и с привязкой конца каждого символа к i-й фазе псевдослучайного сигнала, и укороченного циклического кода М(59, 32), в информационной части которого закладывают код оцифровки наземной шкалы времени с тактом, формируемым синхронно с i-й фазой псевдослучайного сигнала, на Борту последовательно производят выделение сигналов в линейной части приемника и с помощью двухзвенного дискретного согласованного фильтра квазиоптимального кода (31*15), с использованием (i-1) фазы псевдослучайной последовательности опорного сигнала в качестве синхронизирующего тактовые сигналы дискретного согласованного фильтра, выделяют результирующий сигнал, которым производят фазирование бортовой шкалы времени, а достоверно декодируемый укороченный циклический код (59, 32) используют в качестве кода оцифровки бортовой шкалы времени, результаты декодирования (Да, Нет) передают на Землю в виде соответствующих квитанций.
На чертеже представлена временная диаграмма способа синхронизации бортовой шкалы времени, где:
- квазиоптимальный код (31*15) - сложный многозвенный сигнал, где результирующий сигнал предыдущего звена является символом последующего звена (при построении которого целесообразно использовать патент №2331103 от 10.18.2008);
- укороченный циклический код М(59, 32), с кодовым расстоянием d=10, получен из циклического кода (63, 36) с возможностью мажоритарного декодирования с разделенными проверками (В.Д.Колесник, Е.Т.Мирончиков, Декодирование циклических кодов, М., «Связь», 1968, 251 с.);
- длительность символа укороченного циклического кода М(59, 32) - 10 мс;
- время распространения определяется как R/c;
- R - расстояние от наземной станции до КА;
- с - скорость света;
o
- t - время обработки укороченного циклического кода (59,32);
оп
- t - время опережения выдачи конца кода «Фазирование» относительно секундной метки наземной шкалы времени.
Проведем сравнительную оценку предлагаемого способа и прототипа.
1. Достоверность проведения синхронизации бортовой шкалы времени.
1.1 Вероятность правильного формирования на Борту сигнала
ф1
«Фазирование» в прототипе определяется как: Q=q1·q2, где:
- q1 - вероятность правильного приема символа, длительностью 10 мс;
32
- q2=(q) q - вероятность правильного приема символа, длительностью 1 мс.
1.2 Вероятность правильного формирования на Борту сигнала «Фазирование» в предлагаемом способе:
где
ф1
ф2
Тогда, при q=0,99 Q=0,725; Q→1.
к1
32
1.3 Вероятность правильного прохождения на Борт кода оцифровки в режиме («Коррекция») в прототипе Q=(q);
1.4 Вероятность правильного прохождения на Борт кода оцифровки в режиме («Коррекция») в предлагаемом способе:
к1
к2
Тогда, при q=0,9 Q=0,0343; Q→1.
Таким образом, в предлагаемом способе вероятность осуществления синхронизации бортовой шкалы времени значительно выше, чем в прототипе.
2. Время проведения синхронизации
Как следует из данных прототипа и предлагаемого способа (см.чертеж), время проведения синхронизации бортовой шкалы времени в предлагаемом способе сокращено относительно прототипа более чем на порядок.
Использование при декодировании тактовых сигналов, привязанных к (i-1) фазе опорного псевдошумового сигнала, позволяет:
- получить высокую точность выходного импульса «Фазирование», составляющую часть длительности символа псевдошумового сигнала;
ф2
ф1
к2
к1
- допустить применение произвольных кодов, удовлетворяющих требованиям: Q>Q; Q>Q; информационная часть кода оцифровки должна иметь 32 разряда.