11. Bernese GPS Software. Version 5.0 / Ed. R. Dach, U. Hugentobler, P. Fridez e. a. // Astronomical Institute of Bern University, 2007.
12. Ипатов А. В. и др. Ежедневные оперативные определения Всемирного времени по наблюдениям РСДБ-комп-лекса «Квазар-КВО» // Тр. ИПА РАН. 2013. Вып. 27. С. 237—242. ISBN 978-5-93197-029-5.
13. Boehm J. e. a. Plans for the Vienna VLBI Software VieVS // Proc. 19th Europ. VLBI for Geodesy and Astrometry Working Meeting. 24—25 March 2009, Bordeaux, edited by G. Bourda, P. Chariot and A. Collioud, 2009.
14. Кауфман M. Б., Пасынок С. Л. Оперативные выч исле-ния параметров вращения Земли по данным РСДБ с помощью программы VieVS // Тр. ИПА РАН. 2012. Вып. 23. С. 361—363. ISBN 978-5-02-038188-9.
15. Белоцерковский Д. Ю. О вычислении эталонного в ре-мени в средние моменты передач радиосигналов // Труды институтов комитета стандартов. 1962. Вып. 58 (118).
16. Кауфман M. Б. «Вероятностно-статистический» метод вычисления всемирного времени из обработки астрономических наблюдений служб времени // Исследования в области измерений времени и частоты: Труды ВНИИФТРИ. 1976. Вып. 29 (59).
17. Кауфман M. Б. Методика выч ислений параметров вращения Земли в ГСВЧ СССР // Измерительная техника. 1989. № 4. C. 38—39; Kaufman M. B. Procedure employed in SSTF USSR for calculating the earth's rotational parameters // Measurement Techniques. 1989. V. 32. N. 4. P. 348—350.
18. Кауфман M. Б. Точные методы измерения параметров вращения Земли в интересах навигационно-временных определений // Точные измерения для высоких технологий. Монография под общей редакцией П. А. Красовского. Мен-делеево: ВНИИФТРИ, 2008. C. 80—118.
19. Сервер ВНИИФТРИ. [Электрон. ресурс]. ftp://ftp.vniiftri.ru/ Out_data/ (дата обращения 11.09.2014 г.)
Дата принятия 10.11.2014 г.
006.924.4
Система одно- и двухсторонних сравнений
шкал времени
С. С. ДОНЧЕНКО, О. В. КОЛМОГОРОВ, Д. В. ПРОХОРОВ
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево, Россия, e-mail: nio8@vniiftri.ru
Предложен способ одно- и двухсторонних сравнений шкал времени удаленных наземных объектов с использованием оптоволоконной линии связи. Оптический импульс с одного из объектов направляется в оптоволоконную линию, в шкале времени излучающего объекта определяются моменты времени излучения этого импульса и приема импульса, отраженного от конца оптоволоконной линии на втором объекте. На основании полученных данных определяется расхождение шкал времени объектов. Рассмотрена схема системы, реализующей указанный способ и позволяющей синхронизировать шкалы времени с погрешностью не более 100 пс.
Ключевые слова: сравнение шкал времени, передача шкалы времени, синхронизация.
The method for comparison and synchronization of time scales of distant terrestrial objects by means of unilateral and bilateral comparisons using a fiber-optic communication line is suggested. An optical pulse from one of objects is directed in fiber-optic line. In the time scale of this object the moments of pulse emission and of receiving the pulse reflected from the end of an optical fiber on the second object are determined. On the basis of this data the divergence of time scales is determined. A scheme system with an error less than 100 ps based on this method is proposed.
Key words: comparison of time scales, synchronization, time scale transfer.
Развитие глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС, в первую очередь повышение ее точностных характеристик, невозможно без усовершенствования средств метрологического обеспечения. Одна из важных задач — обеспечение прослеживаемости средств измерений (СИ) системы, т. е. установление и документальное подтверждение их связи с государственными первичными эталонами физических величин посредством поверок и сличений.
В целях развития СИ ГЛОНАСС и достижения заданных технических характеристик системы во ВНИИФТРИ проводятся работы по созданию стационарного комплекса метрологического обеспечения (СКМО) средств оценки характеристик беззапросных и запросных измерительных радио-
технических средств наземного комплекса управления (НКУ), основу которого составляют СИ параметров навигационных сигналов ГЛОНАСС, антенно-фидерных устройств, а также средства воспроизведения навигационных сигналов и средства формирования шкалы времени. Данный комплекс предназначен для оценки точностных характеристик СИ ГЛОНАСС при проведении автономных и комплексных испытаний, испытаний в целях утверждения типа, первичной и периодической поверки.
Требованиями к СКМО НКУ предусмотрено обеспечение синхронизации шкал времени (ШВ) удаленных объектов в режиме реального времени с инструментальной погрешностью не более 100 пс. Один из объектов — аппаратно-программный комплекс формирования шкалы времени (АПК ФШВ)
Государственного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1—2012 [1], а другой — аппаратура СКМО НКУ. Существующие методы сравнения ШВ, такие как TWSTFT (two-way satellite time and frequency transfer) или перевозимые квантовые часы, имеют погрешность более 0,5 нс [2]. Поэтому для достижения заданных характеристик синхронизации ШВ между этими объектами предложено использовать волоконно-оптическую линию связи (ВОЛС). В ряде работ, например [3], показано, что на сегодняшний день применение ВОЛС обеспечивает наилучшую точность синхронизации.
Наиболее распространенными являются системы двух-путевой передачи времени с применением телекоммуникационных протоколов SONET (SDH). В таких системах используют кадры протокола для передачи метки времени и его значения от удаленных часов. Суть метода, основанного на передаче времени туда и обратно, состоит в сравнении времени двух пространственно-разнесенных часов, связанных каналом ВОЛС. Часы на каждом конце линии передают местное время и принимают время удаленных часов. В этом случае на каждом из пунктов измеряется разность времени. Если разности отличаются, то с помощью подстройки часов результат путевой задержки устраняется в предположении, что путь сигналов туда и обратно одинаков [4].
Также известен метод сравнения ШВ с применением оптического шлейфа, но, по оценкам авторов, только случайная погрешность этого метода составляет 90 пс при условии абсолютного равенства длин используемых волокон [5, 6].
Оба метода основаны на вычислении времени задержки оптических сигналов в оптоволокне и требуют нескольких, соответственно двух или трех оптических волокон, проложенных совместно между пунктами, в которых сравнивают и синхронизируют ШВ. При этом для достижения погрешности синхронизации не более десятков пикосекунд необходимо обеспечить равенство длин волокон с погрешностью не более 1 см. Однако под влиянием физических факторов в процессе эксплуатации ВОЛС, в том числе суточных и сезонных
колебаний температуры, время задержки сигналов в разных волокнах может изменяться по-разному, что приводит к неконтролируемому увеличению погрешности синхронизации ШВ.
Равенства длин нескольких оптических волокон можно достичь только с помощью оптических кабелей, специально прокладываемых для синхронизации ШВ, что не позволяет использовать арендованные у операторов связи волокна, длину которых невозможно определить точно (так называемые темные волокна). Для проведения необходимых коммутаций и контроля состояния оборудования при синхронизации удаленных ШВ необходим доступ ко всем узлам ВОЛС и установленному в них оборудованию. В узлах связи операторов могут происходить неконтролируемые потребителем изменения, например, при переходе на резервное оборудование, что может привести к скачкообразному изменению временных задержек сигналов в ВОЛС и фактическому сбою в работе систем синхронизации ШВ.
Недостатки рассмотренных методов ограничивают точность систем, что приводит к необходимости разработки системы синхронизации ШВ, использующей только одно оптическое волокно и учитывающей задержку в этом волокне в текущий момент времени.
Для обеспечения требуемой точности синхронизации ШВ удаленных объектов предложена система одно- и двухсторонних сравнений и синхронизации (СОДС) ШВ, схема которой показана на рис. 1. Аппаратно-программный комплекс формирования шкалы времени АПК ФШВ формирует ШВ п. А в виде физических сигналов 1 PPS (секундные метки времени), синхронизированных с национальной шкалой времени UTC(SU). В качестве формирователя ШВ п. В — СКМО НКУ, используют промежуточный генератор ПГ, на вход которого поступает сигнал опорной частоты 5 МГц с водородного стандарта частоты, и усилитель-распределитель УР, с выхода которого сигналы 1 PPS поступают на другие элементы. Элементы СОДС соединены ВОЛС, проложенной между объектами.
В качестве промежуточного генератора могут быть использованы вспомогательный выходной генератор AOG-110
Рис. 1. Функциональная схема системы сравнения и синхронизации шкал времени: АПК ФШВ — аппаратно-программный комплекс формирования шкалы времени; ТС — таймеры событий; УВП — устройства временной привязки; ПК — персональные компьютеры; МК — медиаконверторы; ШУ — широкополосные усилители; ФП — фотоприемные модули; ППЗ — полупрозрачное зеркало; ВОЛС — волоконно-оптическая линия связи; БРО — блок оптоволоконных разветвителей-объединителей; ПГ, ИГ — промежуточный и импульсный генераторы, соответственно; ПМ — передающий лазерный модуль; УР — усилитель-распределитель
фирмы Symmetricom или импульсный генератор HROG-5 фирмы Spectradynamics, Inc. Указанные генераторы являются основными исполнительными устройствами ФШВ и предназначены для прецизионного ввода отстроек по частоте и фазе в опорный сигнал 5 МГц. Данные приборы имеют выходы синусоидальных и импульсных сигналов 1 PPS и могут работать в составе автоматизированных комплексов. Управляют генераторами с помощью интерфейсов RS-232.
Принцип действия СОДС ШВ состоит в следующем. Секундный импульс с промежуточного генератора через усилитель-распределитель поступает на импульсный генератор ИГ и таймер событий ТС п. В. Импульсный генератор формирует последовательность импульсов (метки времени), которы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.