Введение к работе
Актуальность темы определяется возраставдим значением повы-ения точности сличения разнесенных временных шквл, с которым свя-ан радиотехнический и научный прогресс в службе единого времени, осмических исследованиях и цифровых системах связи. Метеорная ра-иотехника в последнее десятилетие выходит на новый уровень точ-остных и оперативных характеристик благодаря появлении пврсональ-ых высокоскоростных ЭВМ, твердотельных передатчиков, развитию ин-эгральных схем и сборок, новым методам радиотехнической сбработ-и сигналов и адаптации к условиям распространения радиоволн в мз-еорном канале. К традиционным достоинствам метеорной радиосвязи -аправленностя излучения и приема, работе на одной частоте, устои-ивости к ионосферным возмущениям - добавились новые - высокая на-вжность, оперативность, небольшая стоимость аппаратуры, что приело к появлению кустовых радиотехнических систем связи и второму ождениш ыетеорннх информационных радиотрасс в США, Канада, Европе, ндии и Вжной-Африке.
В России традиционно развивались радиотехнические системы инхронизєции разнесенных временных шкал через метеорный канал, вторые с применением персональных ЭВМ и цифровых каналов обработ-я сигналов могут выйти на новый порядок точности. Это будет воз-юяно с переходом на фазовые радиотехнические методы сличения шкал іремеви. Однако в метеорном квнале существует фазовая невзаимность ютречных радиоволн из-за резонансных эффектов и других причин яе-;табильности метеорного радиоканала (МРК).- Это сделало актуальной гатребность экспериментально и модельно оценить пределы фэзовой взаимности и нестабильности канала метеорного распространения іадиоволн (МРР).
В настоящее время в России, как и в других странах с протявшими территориями, начинается разработка кустовых радиотех-гаческих систем связи. Сейчас актуальной является оценка стати-ітяческих характеристик метеорных радиотрасс для оптимального вы-fopa параметров проектируемой радиотехнической аппаратуры путем юдэлирования на имитационной модели МРК. Это- безусловно экономи-іески выгодней, чем использовать экспериментальное продвижение к яггимальным характеристикам радиотехнической аппаратуры трасс путем альтернативных аппаратурных разработок. Для повышения же точ-юсти прогноза имитационной модели МРК прежде всего актуален учет іффекта фэдингования отражений из-за многоцентровости метеорных ;ледов, т.к. ни в одной из существупцих имитационных моделей МРК ю производится моделирование федингующих метеорных отражений,
_ 4 -реально составляющих от 20 до 50 от общей численности для метеорных радиотрасс.
Цель работы - исследование фазочастотной невзаимности и нестабильности метеорного радиоканала с получением оценки потенциально достижимой точности метеорной синхронизации эталонов времени. Для достижения цели требуется провести исследование механизмов фазовой невзаимности и нестабильности метеорного радиоканала, проведение экспериментов по измерения) относительной фазовой невзаимности МРК, моделирование статистических характеристик абсолютной фазовой невзаимности МРК при учете федингования метеорных следов.
Научная новизна работы заключается в том, что:
-
Впервые были измерены пределы относительной фазовой невзаимности метеорного радиоканала. Получено экспериментальное подтверждение сохранения разностной фазы встречных радиоволн от отражения к отражению в метеорном канале, что является доказательством высокого уровня стабильности и взаимности сигналов МРР.
-
Впервые произведено моделирование статистических характеристик многолучевости МРК из-за многоцентровости метеорных сле--дов, введен блок федингования метеорных радиоотражений в статистическую имитационную модель МРК и сделан учет ограничений полосы пропускания МРК из-за многоцентровости метеорных следов.
-
Впервые проведено моделирование статистических характеристик фазовой невзаимности сигнала МРР из-за резонансных эффектов
и неодновременности облучения метеорных следов при учете многолучевости метеорных радиоотражений, рассчитаны статистические характеристики точности сличения временных шкал через МРК и пределы потенциальной точности радиоканала из-за фазоневзаимных эффектов распространения радиоволн.
Достоверность результатов определяется тем, что:
-
Полученные автором экспериментальные оценки наносекундной точности метеорного радиоканала подтверждены последующими экспериментальными работами других авторов.
-
Достоверность моделирования статистических параметров фазовой невзаимности и нестабильности метеорного радиоканала подтверждается сличением модельных и экспериментальных распределений по фазовой ветровой нестабильности и по относительной фазовой невзаимности МРК.
-
Модельные результаты по статистическим характеристикам многолучевости хорошо совпадают с экспериментальными результатами, полученными другими авторами.
Практическая значимость исследований - в теоретическом и экс-іериментальном доказательстве наносекундного уровня потенциальной точности сличения временных шкал через метеорный радиоканал, что тозволяет обосновать принципиальную возможность создания наносе-{ундной техники дистанционных частотно-временных измерений и син-фонизации вынесенных позиций радиотехнических систем навигации, юленгации и радиосвязи. Разработанная имитационная фазочастотная юдель многолучевого метеорного радиоканала позволяет повысить качество и возможности оценки работоспособности проектируемых метеорных радиотехнических систем.
Результаты работы использованы в хоздоговорных темах "Тропа", 'Конус", "Радиоволны", "Ливр", "Третиор", получены акты о внедре-ши модели МРК с блоком федингования для расчета параметров мете->рных трасс в ЗНИРС (г. Запорожье, Украина) и в ВНИРС"(г. Воронеж, 'оссия). В будущем результаты работы могут бить использованы в 3ИНВ и в объединении "Нептун" ( оба - г. Санкт-Петербург), ХПИ (г. Сарьков, Украина), а также на предприятиях Министерства связи и промышленности, использующих метеорную радиосвязь.
На защиту выносятся: [. Методика измерений фазочастотной нестабильности и невзаимности МРК на комплексе радиотехнической аппаратуры, в создании которого участвовал автор. 2. Полученные экспериментальные результаты по измерению фЗЗОБОЙ нестабильности и относительной фазовой невзаимности метеорного радиоканала. }. Экспериментальное доказательство возможности слежения через метеорный канал за разностной фазой стандартов частоты разнесенных шкал времени. I. Методика модельного расчета статистики фазовой невзаимности метеорного канала из-за резонансных эффектов и неодновременности облучения метеорных следов. >. Методика модельного расчета на имитационной модели МРК статистических характеристик многолучевых радиоотражений от многоцентровых метеорных следов. 5. Имитационная модель МРК расчета погрешности сличения временных шкал по метеорному радиоканалу, учитывающая одновременное действие эффекта Фарадея на путях распространения радиоволн в ионосфере, эффектов резонансного рассеяния радиоволн метеорными следами и эффектов многолучевости, возникающих при разрушении метеорных следов. Апробация работы, материалы, изложенные в. диссертации, док-
- 6 -ладавались на Всесоюзной конференции по точному времени (Москва,. 1983), на XIII, XIV, XV, XVI Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн (Горький 1981, Ленинград 1984, Алма-Ата 1987. Харьков 1990) и на XVII Всероссийской конференции по распространению рэдиоволн (Ульяновск 1993), а также на 14 Итоговых научных конференциях Казанского государственного университета в 1979-93 г.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 научных статьях и 10 отчетэх по научно-исследовательской работе.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы из 154 наименований и приложения; содержит 132 страницы машинописного текста и 41 страницу рисунков.