Система частотно-временной синхронизации

Реализация точностных характеристик РСДБ комплекса «Квазар-КВО» в существенной мере определяется характеристиками системы частотно-временной синхронизации (СЧВС), обеспечивающей работу пространственно-разнесенных радиотелескопов с независимыми гетеродинами как единой фазоизмерительной радиосистемы. Во время геодезических РСДБ наблюдений, далекие космические объекты (квазары) наблюдаются по единой программе одновременно на нескольких радиотелескопах, расположенных на значительных расстояниях друг от друга (до нескольких тысяч километров). Радиосигналы от объектов когерентно принимаются в заданном диапазоне частот высокочувствительными радиоприемниками, преобразуются на промежуточную частоту, затем требуемая полоса частот вырезается видеоконверторами в зависимости от спектра принимаемого радиосигнала, оцифровывается и записывается на магнитную ленту, видеокассеты или жесткие диски вместе со шкалой времени пункта. Для каждого наблюдения коррелятор по записанной информации определяет задержку прибытия волны одинаковой фазы на разные радиотелескопы. Эта задержка используется для вычисления местоположения фазовых центров радиотелескопов друг относительно друга.

При наблюдениях космических радиоисточников в интерферометрическом режиме на сверхдлинных базах необходимо решение проблем когерентности частотного преобразования и одновременности регистрации сигналов на удаленных пунктах. Для решения проблемы когерентности требуется обеспечение высокой стабильности частоты гетеродинов и фазовой стабильности приемо-преобразующих трактов. Все частотные преобразования приемного тракта на радиотелескопах привязываются к опорному водородному стандарту частоты, обеспечение фазовой стабильности достигается с помощью введения во входной тракт приемной системы импульсов пикосекундной длительности и контроля задержек их гармонических составляющих, выделяемых на выходе радиотракта. Шкала времени пунктов ведется также от водородного стандарта. Для обеспечения одновременности регистрации сигналов необходима предварительная синхронизация шкал времени с точностью до долей микросекунд, что достигается использованием для привязки местной шкалы времени сигналов спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.

Система частотно-временной синхронизации (СЧВС) комплекса «Квазар-КВО» решает следующие задачи:

• обеспечения когерентного преобразования (на интервалах до 1000 с) принимаемых радиосигналов в диапазоне радиочастот до 22 ГГц на всех радиотелескопах комплекса к диапазону сигналов, регистрируемых на магнитную ленту или цифровые носители для последующей передачи в Центр управления, сбора и обработки данных;
• синхронизации моментов начала регистрации информации на наблюдательных пунктах с точностью не хуже 100 нс;
• обеспечения синхросигналами и кодовыми сигналами времени следующих систем комплекса: системы регистрации и передачи данных, автоматизированной системы контроля и управления радиотелескопом;
• хранения шкалы времени комплекса и синхронизации ее с национальной шкалой времени UTC(SU) и со шкалой эталона времени Министерства обороны России;
• обеспечения измерений и контроля фазовых характеристик приемо-преобразующих трактов.

Решение этих задач СЧВС обеспечивается средствами, решающие частные частотно-временные задачи и объединенных по системному принципу в три основные функциональные группы:

1. хранитель времени и частоты;
2. средства контроля фазовых характеристик приемопреобразующего тракта;
3. средства временной привязки (тайминга) РСДБ наблюдений.

В группе водородных стандартов хранителя времени и частоты на основе внутренних измерений выбирается стандарт, обладающий лучшими характеристиками. Этот стандарт назначается основным (ведущим) и высокостабильный сигнал частотой 5 МГц с этого стандарта является опорным для всей системы частотно-временной синхронизации.

В устройстве формирования местной шкалы времени (ШВ) происходит деление опорной частоты 5 МГц до 1 Гц и осуществятся счет, и цифровая индикация текущего времени в секундах, минутах, часах. Также реализуются выдача сигналов ШВ потребителям в виде импульсов 1 pps и последовательного кода времени (КВ). Синхронизация местной шкалы времени с UTC(SU) осуществляется с помощью GPS/ГЛОНАСС приемника.

Система распределения сигналов размножает и доводит опорный сигнал 5 МГц и сигналы времени (1 pps и КВ1) до аппаратуры потребителей, где они используются для синхронизации частотно-временных преобразований.

Точность геодезических и астрометрических РСДБ наблюдений определяется точностью абсолютного измерения разности фаз или задержки сигналов принятых от радиоисточника на различных радиотелескопах. Поэтому приемно-регистрирующие РСДБ системы, должны иметь стабильную фазу и задержку или быть тщательно откалиброваны

Влияние эффекта задержки сигнала в атмосфере может быть уменьшено до уровня, который соответствует точности калибровки инструментальной фазы и задержки около 3 pс (соответствует 1 мм длины базы). Это достигается использованием радиометра паров воды, измерением метеопараметров, проведением двухчастотных наблюдений или проведением дифференциальных наблюдений двух близко расположенных источников.

Изменение задержки и фазы сигнала в приемно-регистрирующей системе радиотелескопа происходит в результате изменения температуры, атмосферного давления, а также кабельных рассогласований и механических воздействий на кабель при вращении радиотелескопа. Калибровка этих эффектов, учитывающая случайные воздействия на электрическую длину кабеля, осуществляется системой фазовой калибровки. Система фазовой калибровки, используемая на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО» позволяет контролировать фазовую стабильность приемно-регистрирующего тракта с точностью 10 пс.

Основные технические характеристики системы частотно временной синхронизации