Способ измерения абсолютного времени распространения коротких радиоволн в ионосфере с помощью радиосигналов с линейно-частотной модуляцией

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации и в системах навигации. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов. В способе измерения абсолютного времени распространения коротких радиоволн в ионосфере с помощью радиосигналов с линейно-частотной модуляцией определяют модовую структуру ионосферного KB канала и проводят привязку шкал времени разнесенных пунктов по сигналам точного времени с точностью до нескольких миллисекунд, осуществляют зондирование ионосферы во всем диапазоне ЛЧМ радиокомплекса (3-30 МГц). По согласованной программе переходят в режим излучения/приема на скользящей частоте со скоростью 100 кГц/с в более узком интервале частот от f_н до f_к=f_н+100 кГц, т.е. осуществляется режим «пилы» с периодом повторения ΔТ=1с. Его можно назвать режимом синхронизации. Частота f_н лежит в интервале частот прохождения и может изменяться по согласованной программе в процессе измерений. В момент времени t₀ стартует передатчик, приемник на другом конце радиолинии стартует в момент времени t₀+Δt_pacc, где Δt_pacc - время рассогласования шкал времени указанных передатчика и приемника. Разностная частота для приемника будет пропорциональна: F₂=(df/dt)Δt_изм, где Δt_изм=t_гр-Δt_pacc, а t_гр - время группового распространения от передатчика до приемника; Δt_изм=t_гр-Δt_ш=0 и t_гр=Δt_ш. Коррекция проводится в течение нескольких циклов излучения, в течение которых проводится измерение разностной частоты и осуществляется коррекция Δt_pacc для обеспечения F₂=0. На следующем этапе в момент времени t₀+Δt_ш=t₀+t_гр стартует передатчик. Полагая трассы обратимыми, через время t_гр радиосигнал принимается приемником. При этом его разностная частота F₁ будет равна F₁=2t_гр(df/dt), а время группового распространения определяется как t_гр+F₁/2(df/dt). 2 ил.

 

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].

Однако в известных способах измерения нет возможности проводить измерения абсолютного времени распространения в ионосферных каналах связи в KB диапазоне и требуются специальные радиоприемники GPS.

Предлагаемый способ позволяет проводить измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов при помощи радиокомплекса с линейно-частотно-модулированным сигналом.

Технический результат - обеспечение возможности измерения абсолютного времени распространения KB радиосигналов - достигается тем, что предложен новый способ измерения, состоящий из трех 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 df/dt=100кГц/с в интервале частот от f_н до f_к=f_н+100 кГц с периодом повторения ΔТ=1 с; затем в ЛЧМ приемнике на другом конце радиолинии путем регулировки момента запуска гетеродина ЛЧМ приемника устанавливают разностную частоту на выходе ЛЧМ приемника F₂=0; на третьем этапе - режиме измерения - включают ЛЧМ передатчик на противоположном конце линии и, полагая трассы обратимыми, через время t_гр принимают радиосигнал первым ЛЧМ приемником, который будет иметь разностную частоту F1=2t_гр(df/dt), а затем определяют время группового распространения:

t_гр=F1/2(df/dt),

где t_гр - время группового распространения KB радиосигнала;

df/dt - скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала.

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 второй радиопередающие устройства, первое и второе радиоприемные устройства.

Измерения проводятся следующим образом.

Предварительно, чтобы определить модовую структуру ионосферного KB 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).

Далее по согласованной программе переходят в режим излучения/приема на скользящей частоте со скоростью 100 кГц/с в более узком интервале частот от f_н до f_к=f_н+100 кГц, т.е. осуществляется режим «пилы» с периодом повторения ΔT=1 с. Его можно назвать режимом синхронизации. Частота f_н лежит в интервале частот прохождения и может изменяться по согласованной программе в процессе измерений.

В момент времени t₀ в пункте 1 стартует передатчик 1. Приемник 2 на другом конце радиолинии стартует в момент времени t₀+Δt_pacc, где Δt_pacc - время рассогласования шкал времени передатчика 1 и приемника 2.

Тогда разностная частота для приемника 2 будет пропорциональна:

F₂=(df/dt)Δt_изм,

где Δt_изм=t_гр-Δt_pacc,

t_гр - время группового распространения от передатчика 1 до приемника 2. Путем изменения Δt_pacc мы должны получить разностную частоту во втором ЛЧМ приемнике F2=0.

При этом Δt_изм=t_гр-Δt_ш=0 и t_гр=Δt_ш (скорректированное).

В скобках стоит скорректированное время рассогласования Δt_ш.

Коррекция проводится в течение нескольких циклов излучения (каждый длительностью 1 с), в течение которых проводится измерение разностной частоты и осуществляется коррекция Δt_pacc, чтобы обеспечить F₂=0 (всего на измерение F₂ и коррекцию Δt_ш 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.

На следующем этапе в момент времени t₀+Δt_ш=t₀+t_гр стартует передатчик 2. Полагая трассы обратимыми, через время t_гр радиосигнал принимается приемником 1. При этом его разностная частота F₁ будет равна:

F₁=2t_гр(df/dt).

Таким образом, измеряем время группового распространения:

t_гр=F₁/2(df/dt).

Разрешающую способность способа измерения можно оценить по формуле:

Δt_гр=F₁/(df/dt).

При скорости изменения частоты df/dt=100 кГц/с (скорость изменения частоты современных ЛЧМ ионозондов) и точности измерения частоты до 0,1 Гц точность измерения может достигать до 1 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 №2058659 Российской Федерации МКИ Н 03 В 19/00, Цифровой синтезатор частот. / Рябов И.В., Фищенко П.А. - Заявл. 23.09.1993. Опубл. 20.04.1996. Бюл.№11.

Способ измерения абсолютного времени распространения коротких радиоволн в ионосфере с помощью радиосигналов с линейно-частотной модуляцией, состоящий из трех этапов, заключающихся в том, что на первом этапе - зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом - предварительно определяют модовую структуру ионосферного KB канала и 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 df/dt=100 кГц/с в интервале частот от f_н до f_к=f_н+100 кГц с периодом повторения ΔТ=1 с, затем в ЛЧМ приемнике на другом конце радиологии путем регулировки момента запуска гетеродина ЛЧМ приемника устанавливают разностную частоту на выходе ЛЧМ F₂=0, на третьем этапе - режиме измерения - включают ЛЧМ передатчик на противоположном конце линии и, полагая трассы обратимыми, через время t_гр принимают радиосигнал первым ЛЧМ приемником, который будет иметь разностную частоту F1=2t_гр(df/dt), a затем определяют время группового распространения 2t_гр=F1/2(df/dt),

где t_гр - время группового распространения KB радиосигнала;

df/dt - скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала;

f_н - начальная частота излучения;

f_к - конечная частота излучения.