МНОГОЧАСТОТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ВРЕМЕНИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
MULTIFREQUENCY METHOD OF MEASURING ABSOLUTE PROPAGATION TIME OF CHIRP RADIO SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов и может использоваться в радиолокации и в системах навигации.
Известен способ измерения времени распространения KB сигналов с синхронизацией по GPS [1]. Также известен способ измерения абсолютного времени распространения при помощи ЛЧМ сигналов [2].
Однако в известных способах измерения или недостаточна точность измерения абсолютного времени распространения в ионосферных каналах связи в KB диапазоне, или требуются специальные радиоприемники GPS.
Предлагаемый способ позволяет проводить измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов при помощи радиокомплекса с линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом.
H
K
H
2
гр
1
гр
Технический результат - повышение точности измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов - достигается тем, что предложен новый способ измерения, состоящий из пяти этапов, заключающихся в том, что на первом этапе - зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом - предварительно определяют модовую структуру ионосферного KB канала, проводят привязку шкал времени разнесенных пунктов по сигналам точного времени с точностью до нескольких миллисекунд и осуществляют зондирование ионосферы во всем диапазоне ЛЧМ радиокомплекса от 3 до 30 МГц; на втором этапе - синхронизации - переходят в режим излучения/приема на скользящей частоте со скоростью dƒ/dt=100 кГц/с в интервале частот от ƒ до ƒ=ƒ+100 кГЦ с периодом повторения ΔT=1 с; затем в ЛЧМ приемнике на другом конце радиолинии путем регулировки момента запуска гетеродина ЛЧМ приемника устанавливают разностную частоту на выходе ЛЧМ приемника F=0; на третьем этапе - режиме измерения - включают ЛЧМ передатчик на противоположном конце линии и, полагая трассы обратимыми, через время t принимают радиосигнал первым ЛЧМ приемником, который будет иметь разностную частоту F=2t(dƒ/dt), а затем определяют время группового распространения:
гр
1
t=F/2(dƒ/dt),
гр
где t - время группового распространения KB радиосигнала;
2
2
2
гр2
'
'
dƒ/dt - скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала; причем новым является то, что вводятся еще два этапа: синхронизации и измерения: на четвертом этапе - режиме синхронизации - включают первый ЛЧМ передатчик при скорости изменения частоты ƒ =200 кГц/с, а на противоположном конце линии во втором ЛЧМ приемнике устанавливают разностную частоту F=0; на пятом этапе - режиме измерения - производят излучение со второго ЛЧМ передатчика при скорости изменения частоты ƒ =200 кГц/с и принимают разностный сигнал на противоположном ЛЧМ приемнике, разностная частота на выходе которого будет пропорциональна времени группового запаздывания t.
На фиг.1 приведена структурная схема радиокомплекса с непрерывным ЛЧМ сигналом, а на фиг.2 - временные диаграммы изменения частоты ЛЧМ передатчиков и ЛЧМ приемников.
Радиокомплекс содержит первый и второй эталонные генераторы, первый и второй ЛЧМ синтезаторы, первое и второе радиопередающие устройства, первое и второе радиоприемные устройства. Измерения проводятся следующим образом.
Предварительно, чтобы определить модовую структуру ионосферного КБ канала и провести привязку шкал времени разнесенных пунктов по сигналам точного времени с точностью несколько миллисекунд, осуществляется зондирование ионосферы во всем диапазоне ЛЧМ радиокомплекса (3-30 МГц).
H
K
H
H
Далее по согласованной программе переходят в режим излучения/приема на скользящей частоте со скоростью 100 кГц/с в более узком интервале частот от ƒ до ƒ=ƒ+100 кГц, т.е. осуществляется режим «пилы» с периодом повторения Δ=1 с. Его можно назвать режимом синхронизации. Частота ƒ лежит в интервале частот прохождения и может изменяться по согласованной программе в процессе измерений.
0
0
расс
расс
В момент времени t в пункте 1 стартует передатчик 1. Приемник 2 на другом конце радиолинии стартует в момент времени t+Δt, где Δt - время рассогласования шкал времени передатчика 1 и приемника 2.
Тогда разностная частота для приемника 2 будет пропорциональна:
2
ИЗМ
F=(dƒ/dt)Δt,
ИЗМ
гр
расс
где Δt=t-Δt,
гр
расс
2
t - время группового распространения от передатчика 1 до приемника 2. Путем изменения Δt мы должны получить разностную частоту во втором ЛЧМ приемнике F=0.
ИЗМ
гр
ш
гр
ш
При этом Δt=t-Δt=0 и t=Δt (скорректированное).
ш
В скобках стоит скорректированное время рассогласования Δt.
расс
2
2
ш
Коррекция проводится в течение нескольких циклов излучения (каждый длительностью 1 с), в течение которых проводится измерение разностной частоты и осуществляется коррекция Δt, чтобы обеспечить F=0 (всего на измерение F и коррекцию Δt затрачивается не более 30 сек). Эта процедура не влияет на измерение абсолютного времени распространения KB сигналов в ионосфере, поскольку время распространения заведомо не превышает периода повторения интервала излучения, равного 1 секунде.
0
ш
0
гр
гр
1
На следующем этапе в момент времени t+Δt=t+t, стартует передатчик 2. Полагая трассы обратимыми, через время t радиосигнал принимается приемником 1. При этом его разностная частота F будет равна:
1
гр
F=2t(dƒ/dt).
Таким образом, измеряем время группового распространения:
гр
1
t=F/2{dƒ/dt).
Разрешающую способность способа измерения можно оценить по формуле:
гр
1
Δt=F/(dƒ/dt).
При скорости изменения частоты dƒ/dt=200 кГц/с (скорость изменения частоты современных ЛЧМ ионозондов) и точности измерения частоты до 0,1 Гц точность измерения может достигать до 0,5 мкс.
К достоинствам предлагаемого способа можно отнести то, что отпадает необходимость в дорогостоящей аппаратуре GPS навигации, а также данный способ позволяет проводить измерения независимо от надежности спутниковой системы GPS или ГЛОНАСС.
Литература
1. www.gpsworid.com/gpsworld.
2. Патент №2228496 Российской Федерации МПК Н03В 23/00. Способ измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов при помощи сигналов с линейно-частотной модуляцией. / Рябов И.В., Урядов В.П. Заявл. 06.04.2005 Опубл. 20.06.2006. Бюл. №14. 5 с.