Способ высокоточного определения положения фронта импульсной метки времени

А. В. Гребенников, К. А. Куличков, А. С. Кондратьев, В. Б. Пудловский

ФГУП «ВНИИФТРИ», г.п. Менделеево, Моск. обл., Россия

На современном этапе высокоточная частотно-временная синхронизация является одним из широко востребованных приложений ГНСС. В некоторых применениях с помощью специализированной аппаратуры частотно-временной синхронизации (АЧВС), работающей по сигналам ГНСС, требуется обеспечить сравнение шкал времени (ШВ) высокостабильных стандартов частоты и времени (СЧВ), установленных на пунктах, удаленных на сотни – тысячи километров [1]. Допустимая погрешность таких сравнений должна составлять не более 1.0 нс [2].

Для решения подобных задач используется установленная на каждом из пунктов АЧВС, которая выполняет высокоточные измерения радионавигационных параметров (РНП) – беззапросной дальности по дальномерному коду и фазе несущей частоты сигналов ГНСС. Последующая совместная обработка результатов измерений РНП, сформированных АЧВС на различных пунктах, позволяет выполнить высокоточное сравнение ШВ СЧВ.

При построении таких систем используется передача от СЧВ к АЧВС стандартных сигналов синхронизации – импульсного сигнала метки времени (МВ) и гармонического сигнала опорной частоты (ОЧ) с тем, чтобы обеспечить формирование в АЧВС внутренней ШВ, относительно которой выполняются измерения РНП, по возможности точно совпадающей по частоте и моменту времени с ШВ СЧВ. Соответственно в АЧВС необходимо решить задачу высокоточного измерения момента времени СЧВ, представленного импульсным сигналом метки времени, относительно ШВ АЧВС. Погрешность сравнения ШВ СЧВ при таком подходе определяется двумя основными факторами:

погрешность измерения АЧВС РНП сигналов ГНСС;
погрешность синхронизации ШВ АЧВС относительно ШВ СЧВ.

Как показывают экспериментальные исследования [3] для АЧВС, стационарно установленных на точке с известными координатами и синхронизируемых от высокостабильных СЧВ, потенциальная точность шкал времени, определяемая погрешностью измерения РНП сигналов ГНСС (без учета систематической погрешности, обусловленной задержками в аналоговых трактах АЧВС) для одномоментных измерений, формируемых с темпом 1 сек, может быть обеспечена на уровне 0.2 нс, а для суточных измерений – 0.05 нс. При этом известный способ измерения положения фронта МВ относительно ШВ АЧВС через аналого-цифровое преобразование импульсного сигнала МВ с соответствующей дискретизацией по времени может иметь максимальную погрешность определения положения фронта МВ до 4.5 нс при частоте дискретизации 220 МГц. Прямое повышение частоты дискретизации до единиц ГГц с це-лью обеспечения субнаносекундной погрешности определения положения фронта МВ не всегда технически целесообразно.

Для уменьшения погрешности оценки положения фронта МВ относительно ШВ АЧВС предлагается использовать совместную оценку параметров когерентных сигналов опорной частоты и импульсной МВ, формируемых СЧВ, с реализацией прецизионного изменения положения ШВ АЧВС относительно фазы опорной частоты СЧВ. Такая перестройка ШВ АЧВС обеспечивается путем изменения фазы сигнала частоты дискретизации АЧВС, используемого для формирования ШВ АЧВС и тактирования аналогово-цифровых преобразователей, на вход которых поступают сигналы опорной частоты и МВ. Изменение фазы сигнала частоты дискретизации производится путем внесения соответствующего рассогласования в выходной сигнал фазового дискриминатора системы фазовой автоподстройки частоты опорного генератора АЧВС под частоту сигнала опорной частоты СЧВ.

В результате использования предлагаемого подхода погрешность дискретизации при измерении положения фронта МВ ШВ СЧВ относительно ШВ АЧВС может быть уменьшена до единиц пикосекунд.

Литература

1) Жуков А. Н., Зотов С. М., Чурилов Н. С. Технология проведения опе-ративного дистанционного контроля точностных характеристик стандартов частоты и времени, входящих в состав беззапросных измерительных систем, по сигналам открытого доступа ГЛОНАСС // Альманах современной метрологии. 2022. № 1 (29). С. 63–70.

2) Донченко С. С. Результаты разработки и исследования высокоточной модернизированной системы сравнений и передачи шкал времени (СОДС ШВ-М) по волоконно-оптической линии связи // Альманах современной метрологии. 2021. № 4 (28). С. 56–64.

3) Гребенников А. В., Казанцев М. Ю., Кудревич А. П., Сизасов С. В. По-тенциальные возможности синхронизации шкал времени удаленных объектов по сигналам ГНСС // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 10. С. 113–116.