9.4. Синхронизация временных шкал
Без обсуждения проблемы высокоточной увязки используемых при навигационных определениях временных шкал (ВШ) вне поля зрения читателя останется важный момент, играющий одну ия ключевых ролей R обеспечении высокоточного определения местоположения и скорости потребителей НИ.
Отметим прежде всего, что измеряемые навигационные параметры и определяемые (оцениваемые) параметры движения объекта отсчитывают в различных системах координат. Измерения ведут в системе отсчета, связанной со спутником, место-определение же осуществляют в земных системах координат (геоцентрической или топоцентрических). Использование такой схемы навигационных определений возможно только в том случае, когда данные, полученные в различных координатах тем или иным способом, приводят к единой системе отсчета. Приемом, обеспечивающим такое приведение, служит передача на борт ПНИ эфемеридной информации. Поскольку НИСЗ не являются неподвижными относительно принятой базовой земной системы координат, а движутся с орбитальной угловой скоростью, будет иметь место непрерывное расхождение систем отсчета. В связи с этим эфемериды должны постоянно и желательно непрерывно уточняться. Идеальным был бы вариант, когда БЦВМ ПНИ не только обеспечивает решение навигационной задачи, но и одновременно производит полный расчет эфемерид НИСЗ. Для этого, правда, на борт ПНИ на момент начала навигационного Определения должны быть переданы начальные условия движения НИСЗ. Второе условие реализации такого подхода — наличие на борту ПНИ БЦВМ с большим объемом запоминающего устройства и с очень высоким быстродействием. Проблема не относится к числу неразрешимых. Но с учетом достигнутого уровня развития вычислительной техники до сих пор использовался несколько иной вариант решения рассматриваемой задачи. В нем предусматривают наземный расчет эфемерид с некоторой дискретностью и ретрансляция их с задержкой через НИСЗ на борт ПНИ с последующим перерасчетом эфемерид на моменты измерений. Принятый в системе «Навстар» интервал дискретности, равный 30 мин, требует возложения на БЦВМ решения задачи кратковременного прогноза движения НИСЗ в этих временных пределах, принимая за начальные условия эфемериды ближайшей точки. При проведении измерений одновременно по нескольким НИСЗ ПНИ должен располагать информацией о положении и движении всех спутников, входящих в систему. Эту информацию принято называть эфемеридами второго рода или альманахом. Подчеркнем, что альманах играет вспомогательную роль. Он непосредственно не используется для навигационных расчетов, а предназначен для выбора НИСЗ, поиска их и вхождения в радиосвязь. Данное обстоятельство делает возможным понизить требования по точности задания эфемеридной информации о спутниковой системе. В связи с этим для передачи одного их комплекта в системе «Навстар» предусматриваегся всего 180 дв. ед., гарантируя при этом действенность прогноза до 5 недель. Альманах является носителем информации, формируемой впрок, поэтому он может передаваться частями от кадра к кадру, распределяясь, в частности, по 25 последовательным кадрам навигационного сигнала.
Собственно, применительно к обсуждению проблемы приведения навигационной информации в СНС к единой системе отсчета здесь можно было бы поставить точку, если бы не одно немаловажное обстоятельство. Дело заключается в том, что СНС функционируют в собственном системном времени. Все процессы функционирования отдельных элементов СНС фиксируют в этой временной шкале. Поскольку военные ПНИ реализуют способ навигационных измерений с использованием пассивного дальномера с хранением начала отсчета и при использовании сетевых СНС производят определение дальности одновременно до нескольких НИСЗ, необходимо, чтобы временные шкалы задействованных НИСЗ были согласованы как между собой, так и с временной шкалой ПНИ. Этого достигают независимой привязкой шкал каждого из спутников к системному времени и синхронизацией временной шкалы ПНИ в каждом сеансе навигационных определений путем оценивания ухода фазы бортового генератора относительно фазы генераторов НИСЗ.
системная шкала времени задается наземным хранителем времени в составе НКИК. Она может совпадать, но может и несколько расходиться со всемирным временем. Приведение в соответствие бортовых шкал НИСЗ со шкалой наземного хранителя производят путем операции сверки и коррекции времени с использованием каналов радиосвязи.
В современных навигационных системах для формирования системных шкал времени используют групповые атомные стандарты (как правило, цезиевые), что обеспечивает очень высокую равномерность этих шкал. Кроме того, системные шкалы времени у большинства навигационных систем синхронизируют со шкалой всемирного координированного времени. Таким образом обеспечивают достаточно высокую стабильность как для целей навигации, так и для передачи сигналов точного времени. Все потребители сигналов времени удобно классифицировать условно по трем категориям в зависимости от величины требуемой ими точности временной шкалы: низкая точность (погрешность более 1 мс), средняя точность (погрешность 1 МС...50 мкс), высокая точность (погрешность менее 50 мкс). Следует отметить, что в настоящее время число потребителей, которым требуется субмикросекундная погрешность, постоянно возрастает.
Естественно, возникает вопрос о допустимой нестабильности генераторов ПНИ различного назначения. Оказывается, что для обеспечения точности местоопределения движущегося объекта, декларируемой иностранными авторами в отношении системы «Навстар», смещение временной шкалы НИСЗ должно быть существенно меньше 1 не. При синхронизации временных шкал каждого из НИСЗ с периодичностью один раз за полный оборот по орбите (полусуточный период) бортовые генераторы должны обладать стабильностью 10-9/43 200 ~ 2 • 10-14. Насколько велик допустимый уровень нестабильности, отвечающей указанной цифре, можно судить по тому, что, например, обеспечение полета сверхзвукового самолета в коридоре шириной не более ±20 км с прибытием в конечный пункт, находящийся на расстоянии 95 км с ошибкой в пределах 9,5 км при определении расчетного времени за 30 мин до окончания полета, осуществляется при временной ошибке, не превосходящей 90 с. Такая точность может быть достигнута даже с помощью обычных часов при тщательном определении их поправки перед полетом. Уровень нестабильности хранения времени для СНС может быть обеспечен только с помощью современных атомных генераторов (стандартов) времени, называемых атомихронами. Последние представляют собой сложнейшие аппаратурные комплексы, функционирующие в условиях, гарантированно обеспечивающих постоянство температуры, исключение вибрации, влияния внешнего и внутреннего магнитных полей и т. п.
|
