способ сличения шкал времени станций

Формула изобретения

1. Способ сличения шкал времени станций путем излучения первичного радиосигнала с основной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени основной станции, в направлении на космический аппарат, приема основного первичного радиосигнала на космическом аппарате, ретрансляции основного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на дополнительную станцию, приема основного первичного радиосигнала на дополнительной станции, излучения дополнительного первичного радиосигнала с дополнительной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени дополнительной станции, в направлении на космический аппарат, приема дополнительного первичного радиосигнала на космическом аппарате, ретрансляции дополнительного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на основную станцию, приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции, измерения момента излучения основного первичного радиосигнала на основной станции и момента приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции и измерения интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций, отличающийся тем, что одновременно с ретрансляцией основного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на дополнительную станцию осуществляют ретрансляцию этого основного первичного радиосигнала в направлении на основную станцию и принимают основной первичный радиосигнал на основной станции, одновременно с приемом основного первичного радиосигнала на дополнительной станции преобразуют этот основной первичный радиосигнал в конечный радиосигнал ретрансляцией в направлении на космический аппарат, принимают конечный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют конечный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную станцию и принимают конечный радиосигнал на основной станции, после измерения момента излучения основного первичного радиосигнала на основной станции измеряют моменты приема основного первичного и конечного радиосигналов на основной станции, измерение интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций, осуществляют измерением интервалов времени между моментом излучения основного первичного радиосигнала и моментами приема соответственно основного и дополнительного первичных радиосигналов на основной станции и интервала времени между моментами приема основного первичного и конечного радиосигналов на основной станции, а перед суждением о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций дополнительно осуществляют измерение доплеровских сдвигов соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, и осуществляют суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций по измеренным интервалам времени и доплеровским сдвигам соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций по измеренным интервалам времени и доплеровским сдвигом соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, осуществляют по следующему соотношению:

- сдвиг шкалы времени основной станции относительно шкалы времени дополнительной станции;

t₀ - момент излучения основного первичного радиосигнала на основной станции;

t₁ - момент приема основного первичного радиосигнала на основной станции;

t ₂ - момент приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции;

t₃ - момент приема конечного радиосигнала на основной станции;

N ₁ - доплеровский сдвиг частоты несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции;

N₂ - доплеровский сдвиг частоты несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что доплеровский сдвиг частоты несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, определяют по следующему соотношению:

N ₁=(mf₀-f₁)/2mf ₀,

N₁ - доплеровский сдвиг частот;

f₀ - частота несущей основного первичного радиосигнала, излученного на основной станции;

f₁ - частота несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что доплеровский сдвиг частоты несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, определяют по следующему соотношению:

N ₂=(mf₀-f₂)/2mf ₀,

N₂ - доплеровский сдвиг частот;

f₂ - частота несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области организации службы единого времени, а более точно - к способам сличения шкал времени станций и синхронизации шкал времени станций.

Настоящее изобретение может быть использовано при проведении измерений, научных исследований и экспериментов, требующих временной синхронизации, как, например, в области позиционирования, радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, космической навигации, геофизики, геодезии и так далее.

Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано для взаимной привязки шкал времени космических аппаратов и станций, используемых в системе глобального позиционирования объектов ГЛОНАСС (а также GPS, Gallileo, и др.), с целью уточнения орбит космических аппаратов, входящих в систему, их взаимного положения и повышения, тем самым, точности позиционирования определяемых объектов. Также предлагаемый способ может быть использован для взаимной синхронизации и привязки различных навигационных систем (GPS, Gallileo, ГЛОНАСС и др.) друг к другу с целью повышения точности синхронизации и определения координат объектов с помощью систем позиционирования.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время все большее внимание уделяется повышению точности измерений, научных экспериментов и углублению научных исследований. При этом одним из важнейших условий является их координатно-временное обеспечение. Это требует, в частности, организации службы единого времени, что предусматривает сравнение показаний шкал времени станций, участвующих в службе единого времени. В связи с этим возрастают требования к повышению точности сличения шкал времени станций и оперативности путем снижения времени, необходимого для проведения этого сличения.

Известен способ сличения шкал времени станции, заключающийся в том, что на одной станции, выбранной опорной, выставляют на перевозимом стандарте времени шкалу этого пункта и затем во включенном состоянии этот стандарт перевозят на вторую станцию, шкалу времени которого выставляют по шкале перевозимого стандарта (см., например, Время и частота. Под ред. Дж.Джесперсона и др. Пер. с английского, Москва, 1973, с.46-47).

Основными недостатками известного способа являются низкие оперативность сличения шкал времени и надежность, что связано с необходимостью перевозки стандарта во включенном состоянии.

Известен способ сличения шкал времени станции (High precision Time Comparison via Satellite and Observed Discrepancy of Synchronization. Y.Yamomoto, K.Harada. IEEE Transactions on instrumentation and measurement, vol.IM-25, №4, December 1976, p.473-477) путем излучения основного первичного радиосигнала с основной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени основной станции, в направлении на космический аппарат, приема основного первичного радиосигнала на космическом аппарате, ретрансляции основного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на дополнительную станцию, приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции, измерения момента излучения основного радиосигнала на основной станции и момента приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции и измерения интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станции.

По данному способу после измерения момента излучения основного радиосигнала на основной станции и момента приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции осуществляют измерение моментов излучения дополнительного первичного радиосигнала и приема основного первичного радиосигнала на дополнительной станции, а измерение интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций, осуществляют измерением интервала времени между моментами излучения дополнительного первичного и приема основного первичного радиосигналов на дополнительной станции и интервала времени между моментами излучения основного первичного и приема дополнительного первичного радиосигналов на основной станции.

Однако по данному способу раздельное измерение интервалов времени на соответствующих основной и дополнительной станциях, как правило, не соответствует одному и тому же положению космического аппарата на орбите при его перемещении относительно этих станций, что, в свою очередь, снижает точность определения сдвига между шкалами времени основной и дополнительной станций.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является разработка способа сличения шкал времени станций, позволяющего повысить точность определения сдвига между шкалами времени станций и ее оперативность.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сличения шкал времени станций излучают первичный радиосигнал с основной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени основной станции, в направлении на космический аппарат, принимают основной первичный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют основной первичный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную и дополнительную станции, принимают основной первичный радиосигнал на основной и дополнительной станциях, преобразуют основной первичный радиосигнал в конечный радиосигнал ретрансляцией в направлении на космический аппарат, принимают конечный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют конечный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную станцию, принимают конечный радиосигнал на основной станции, излучают дополнительный первичный радиосигнал с дополнительной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени дополнительной станции, в направлении на космический аппарат, принимают дополнительный первичный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют дополнительный первичный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную станцию, принимают дополнительный первичный радиосигнал на основной станции, измеряют момент излучения основного радиосигнала на основной станции, измеряют моменты приема основного и дополнительного радиосигналов на основной станции, измеряют интервалы времени между моментом излучения основного первичного радиосигнала и моментами приема соответственно основного и дополнительного первичных радиосигналов на основной станции, интервала времени между моментами приема основного первичного и конечного радиосигналов на основной станции, измеряют доплеровские сдвиги соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, и осуществляют суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций по измеренным интервалам времени и доплеровским сдвигам соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

Задача, которая должна быть решена посредством изобретения

В основу изобретения была положена задача разработки отсюда способа сличения шкал времени между станциями, имеющего такие дополнительные операции, а измерение интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций, осуществлялось бы между такими моментами, что измерение интервалов времени между моментами излучения и приема радиосигналов с основной и дополнительной станций соответствовало бы одному и тому же положению космического аппарата на орбите или позволяло бы учесть смещение его по орбите при проведении измерений.

Метод решения задачи

Это достигается тем, что в способе сличения шкал времени станций путем излучения первичного радиосигнала с основной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени основной станции, в направлении на космический аппарат, приема основного первичного радиосигнала на космическом аппарате, ретрансляции основного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на дополнительную станцию, приема основного первичного радиосигнала на дополнительной станции, излучения дополнительного первичного радиосигнала с дополнительной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени дополнительной станции, в направлении на космический аппарат, приема дополнительного первичного радиосигнала на космическом аппарате, ретрансляции дополнительного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на основную станцию, приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции, измерения момента излучения основного радиосигнала на основной станции и момента приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции и измерения интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций, согласно изобретению одновременно с ретрансляцией основного первичного радиосигнала с космического аппарата в направлении на дополнительную станцию осуществляют ретрансляцию этого основного первичного радиосигнала в направлении на основную станцию и принимают основной первичный радиосигнал на основной станции, одновременно с приемом основного первичного радиосигнала на дополнительной станции преобразуют этот основной первичный радиосигнал в конечный радиосигнал ретрансляцией в направлении на космический аппарат, принимают конечный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют конечный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную станцию и принимают конечный радиосигнал на основной станции, после измерения момента излучения основного первичного радиосигнала на основной станции измеряют моменты приема основного первичного и конечного радиосигналов на основной станции, измерение интервалов времени, по которым судят о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций, осуществляют измерением интервалов времени между моментом излучения основного первичного радиосигнала и моментами приема соответственно основного и дополнительного первичных радиосигналов на основной станции и интервала времени между моментами приема основного первичного и конечного радиосигналов на основной станции, а перед суждением о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций дополнительно осуществляют измерение доплеровских сдвигов соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, и осуществляют суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций по измеренным интервалам времени и доплеровским сдвигам соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

Целесообразно, чтобы в способе сличения шкал времени станций суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительно станций по измеренным интервалам времени и доплеровским сдвигам соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, осуществлялось бы по следующему соотношению:

,

где

- сдвиг шкалы времени основной станции относительно шкалы времени дополнительной станции;

t₀ - момент излучения основного первичного радиосигнала на основной станции;

t₁ - момент приема основного первичного радиосигнала на основной станции;

t ₂ - момент приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции;

t₃ - момент приема конечного радиосигнала на основной станции;

N ₁ - доплеровский сдвиг частоты несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции;

N₂ - доплеровский сдвиг частоты несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

Желательно, чтобы в способе сличения шкал времени станций доплеровский сдвиг частоты несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, определяли бы по следующему соотношению;

N₁=(mf₀-f ₁)/2mf₀,

где N ₁ - доплеровский сдвиг частот;

f₁ - частота несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате.

Разумно, чтобы в способе сличения шкал времени станций доплеровский сдвиг частоты несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основной первичного радиосигнала, излученного с основной станции, определяли бы по следующему соотношению:

N₂=(mf ₀-f₂)/2mf₀,

где N₂ - доплеровский сдвиг частот;

f₂ - частота несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате.

Настоящее изобретение позволяет производить определения сдвига между шкалами времени станций по результатам измерений, которые позволяют учесть изменения положения космического аппарата на орбите, что повышает точность определения сдвига между шкалами времени станций.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает прием и обработку всех радиосигналов на одной станции, что дает возможность определить сдвиг между шкалами времени станций в каждый текущий момент времени.

Также обеспечение настоящим изобретением приема и обработки всех радиосигналов на одной станции снижает время, необходимое для сличения шкал времени станций.

Подробное описание изобретения

Способ сличения шкал времени станций заключается в том, что излучают первичный радиосигнал с основной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени основной станции, в направлении на космический аппарат и принимают основной первичный радиосигнал на космическом аппарате, затем ретранслируют основной первичный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную и дополнительную станции, принимают основной первичный радиосигнал на основной и дополнительной станциях и преобразуют на дополнительной станции основной первичный радиосигнал в конечный радиосигнал ретрансляцией в направлении на космический аппарат. Далее принимают конечный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют конечный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную станцию и принимают конечный радиосигнал на основной станции. Излучают дополнительный первичный радиосигнал с дополнительной станции в момент времени, соответствующий сигналу времени со шкалы времени дополнительной станции, в направлении на космический аппарат, принимают дополнительный первичный радиосигнал на космическом аппарате, ретранслируют дополнительный первичный радиосигнал с космического аппарата в направлении на основную станцию и принимают дополнительный первичный радиосигнал на основной станции.

Затем измеряют момент излучения основного первичного радиосигнала на основной станции и моменты приема основного и дополнительного первичных и конечного радиосигналов на основной станции.

После этого измеряют интервалы времени между моментами излучения основного первичного радиосигнала и моментами приема соответственно основного и дополнительного первичных радиосигналов на основной станции, интервал времени между моментами приема основного первичного и конечного радиосигналов на основной станции и доплеровские сдвиги соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

По измеренным интервалам времени и доплеровским сдвигам соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, осуществляют суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций.

По патентуемому способу сличения шкал времени станций суждение о сдвиге между шкалами времени основной и дополнительной станций по намеренным интервалам времени и доплеровским сдвигам соответственно частот несущих основного первичного и конечного радиосигналов, принятых на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, осуществляют по следующему соотношению:

,

где - сдвиг шкалы времени основной станции относительно шкалы времени дополнительной станции;

t₀ - момент излучения основного первичного радиосигнала на основной станции;

t₁ - момент приема основного первичного радиосигнала на основной станции;

t ₂ - момент приема дополнительного первичного радиосигнала на основной станции;

t₃ - момент приема конечного радиосигнала на основной станции;

N ₁ - доплеровский сдвиг частоты несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции;

N₂ - доплеровский сдвиг частоты несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции.

Кроме того, по патентуемому способу сличения шкал времени станций доплеровский сдвиг частоты несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, определяют по следующему соотношению:

N₁=(mf₀-f ₁)/2mf₀,

где N ₁ - доплеровский сдвиг частот;

f₀ - частота несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции;

f₁ - частота несущей основного первичного радиосигнала, принятого на основной станции;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате.

Также по патентуемому способу сличения шкал времени станций доплеровский сдвиг частоты несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции, относительно частоты несущей основного первичного радиосигнала, излученного с основной станции, определяют по следующему соотношению:

N₂=(mf ₀-f₂)/2mf₀,

где N₂ - доплеровский сдвиг частот;

f₂ - частота несущей конечного радиосигнала, принятого на основной станции;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате.

Краткое описание чертежей

Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут показаны ниже при рассмотрении описания примера его конкретного выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает структурную схему известной геодезической системы, реализующей патентуемый способ сличения шкал времени станций;

Фиг.2 изображает схематически временную последовательность приема и передачи радиосигналов на станциях и космическом аппарате при реализации патентуемого способа сличения шкал времени станций.

Способ реализован на известной геодезической системе (High precision Time Comparison via Satellite and Observed Discrepancy of Synchronization. Y.Yamomoto, K.Harada. IEEE Transactions on instrumentation and measurement, vol.IM-25, №4, December 1976, p.473-477).

Известная геодезическая система содержит основную 1 и дополнительную 2 станции, каждая из которых имеет соответственно антенну 3, 4. По орбите 5, условно показанной пунктиром, указано перемещение космического аппарата 6 через ее точки 7, 8, 9. На чертеже также даны условно обозначенные радиосигналы. Основной первичный радиосигнал 10, излученный с основной станции 1 в направлении на космический аппарат 6; основной первичный радиосигнал 11, ретранслированный с космического аппарата 6 в направлении на основную станцию 1; основной первичный радиосигнал 12, ретранслированный с космического аппарата 6 в направлении на дополнительную станцию 2; дополнительный первичный радиосигнал 13, излученный с дополнительной станции 2 в направлении на космический аппарат 6; дополнительный первичный радиосигнал 14, ретранслированный с космического аппарата 6 в направлении на основную станцию 1; конечный радиосигнал 15, ретранслированный с дополнительной станции 2 в направлении на космический аппарат 6; конечный радиосигнал 16, ретранслированный с космического аппарата 6 в направлении на основную станцию 1. Основные первичные радиосигналы 10, 11, 12 определены при нахождении космического аппарата 6 в точке 7 (B₁) орбиты 5. Дополнительные первичные радиосигналы 13, 14 определены при нахождении космического аппарата 6 в точке 8 (В ₂) орбиты 5. Конечные радиосигналы 15, 16 определены при нахождении космического аппарата 6 в точке 9 (В ₃) орбиты 5.

На фиг.2 дополнительно схематически показаны временные последовательности приема и передачи радиосигналов на станции А (1), космическом аппарате В (6) и станции D (2).

Известная геодезическая система, реализующая способ сличения шкал времени станций 1 (фиг.1) и 2, работает следующим образом.

На основной станции 1 формируют и излучают с помощью антенны 3 в направлении движущегося по орбите 5 космического аппарата 6 основной первичный радиосигнал 10. Этот радиосигнал 10 излучают в момент времени, соответствующий сигналу времени t ₀ (фиг.2) шкалы времени станции 1. Этот радиосигнал 10 принимают в момент времени t_b1 на космическом аппарате 6, находящемся в точке 7 орбиты 5, и ретранслируют в направлении на основную 1 и дополнительную 2 станции соответственно основными первичными радиосигналами 11 и 12. Затем принимают основной первичный радиосигнал 11 на станции 1 (в момент t ₁), а основной первичный радиосигнал 12 - на дополнительной станции 2 (t_d1). Преобразуют радиосигнал 12 на станции 2 в конечный радиосигнал 15 когерентной ретрансляцией в направлении на космический аппарат 6 и принимают конечный радиосигнал 15 на космическом аппарате 6 (t_b3), который за это время переместится из точки 7 в точку 9 орбиты 5. Ретранслируют радиосигнал 15 с космического аппарата 6 в направлении на основную станцию 1 конечным радиосигналом 16 и принимают этот радиосигнал 16 на основной станции 1 (t₃).

На дополнительной станции 2 формируют и излучают с помощью антенны 4 в направлении на космический аппарат 6 дополнительный первичный радиосигнал 13. Этот радиосигнал 13 излучают в момент времени (t₀₁), соответствующий сигналу времени со шкалы времени станции 2. Радиосигнал 13 принимают на космическом аппарате 6 (t_b2), находящемся в точке 8 орбиты 5, и когерентно ретранслируют в направлении на основную станцию 1 дополнительным первичным радиосигналом 14. Затем принимают дополнительный первичный радиосигнал 14 на основной станции 1 (t₂).

Далее измеряют момент t ₀ излучения основного первичного радиосигнала 10 с основной станции 1 и моменты приема t₁, t ₂, t₃ соответственно основного первичного 11, дополнительного первичного 14 и конечного 16 радиосигналов на основной станции 1. Затем измеряют интервалы времени (t ₁-t₀), (t₂-t ₀), (t₃-t₁), определяемые этими моментами t₀, t ₁, t₂, t₃. Кроме того, измеряют доплеровский сдвиг N₁ частоты f₁ несущей принятого основного первичного радиосигнала 11 относительно частоты f ₀ несущей основного первичного радиосигнала 10, излученного с основной станции 1. Далее измеряют доплеровский сдвиг N ₂ частоты f₂ несущей конечного радиосигнала 16 относительно частоты f₀ несущей основного первичного радиосигнала 10, излученного с основной станции 1.

По измеренным интервалам (t₁-t ₀), (t₂-t₀), (t₃-t₁) времени и доплеровским сдвигам N₁, N ₂ определяют сдвиг между шкалами времени основной 1 и дополнительной 2 станций из следующего соотношения.

,

где N₁=(mf ₀-f₁)/2mf₀, a N₂=(mf₀-f ₂)/2mf₀,

m - коэффициент преобразования частот несущей первичных 10, 13 радиосигналов и конечного радиосигнала 15, принятого на космическом аппарате 6, в частоты несущих первичных 11, 14 и конечного радиосигнала 16, когерентно ретранслированных с космического аппарата 6.

Рассмотрим подробнее соотношения, иллюстрирующие реализацию предлагаемого способа.

Расстояние AB₁ от основной измерительной станции 1 до космического аппарата 6 и расстояние B₁ D₁ от дополнительной измерительной станции 2 до космического аппарата 6 (фиг.1) соответствуют моменту (фиг.2) t_b1 (где ) приема и ретрансляции радиосигнала 10 на космическом аппарате 6 в точке 8 (B₁), при этом дополнительная измерительная станция 2 находится в точке D

где С - скорость распространения радиосигналов.

Выразим расстояние В₂А

где V_ab - средняя скорость изменения расстояния между космическим аппаратом 6 и основной измерительной станцией 1 в интервале времени (t _b2-t_b1). Примем, что средняя скорость V_ab в интервалах времени (t _b2-t_b1) и (t_b3 -t_b2) не изменяется.

Из (2)

Выразим расстояние B₂D

где B₀D - расстояние между космическим аппаратом 6 и дополнительной станцией 2 в момент излучения радиосигнала с дополнительной станции 2;

V _bd - средняя скорость изменения расстояния между космическим аппаратом 6 и дополнительной измерительной станцией 2 в интервале времени (t_b2-t_b1). Примем, что средняя скорость V_bd в интервалах времени (t_b2-t_b1) и (t_b3-t_b2) не изменяется.

или

С учетом того, что:

Получим

или

Отсюда

Определим временные соотношения при излучении и приеме радиосигналов (фиг.2) в момент t₂

Выразим скорости V_ab и V_bd через доплеровские сдвиги частот несущих сигналов f₁ и f₂ для соответственно конечных радиосигналов 11 и 14, относительно частоты несущей f₀ первичного радиосигнала 10:

Для упрощения выражения для f₁ временно не будем учитывать составляющую уравнения т.к. ; тогда можно написать:

аналогично

и тогда

Выразим скорости V_ab и V _bd через доплеровские сдвиги N₁ и N₂

Из (12) получим с учетом (16) и (17)

Преобразуем (5) с учетом (12), (16), (17), (18):

Из выражения для (3) с учетом (16) и (17) найдем

Преобразуем (13) с учетом (16) и (17)

Из (21) получаем:

Окончательно из последнего выражения получаем:

Это выражение может быть упрощено с учетом того, что при раскрытии уравнения (22) значения каждого из членов (N ₂)², (N₁) ², (N₂)(N₁) меньше, чем 10^-10, то тогда

С учетом того, что первичный сигнал 10, излученный с измерительной станции 1, при приеме и ретрансляции на космическом аппарате 6 когерентно ретранслируется с коэффициентом преобразования m (на станции 2 сигнал 12 когерентно ретранслируется с коэффициентом преобразования 1/m), окончательно выразим используемые в соотношениях (22) и (23) выражения (16) и (17) следующим образом:

Таким образом, по предлагаемому способу возможно определить временной сдвиг между шкалой времени основной измерительной станции 1 и шкалой времени дополнительной измерительной станции 2, существующий в момент времени t₀, соответствующий моменту времени излучения радиосигнала 10 с измерительной станции 1.

При реализации способа (в т.ч. при формировании, передаче, преобразовании, приеме и обработке радиосигналов, коррекции атмосферной и других составляющих измерений) могут быть использованы известные аппаратурные и программные решения, применяемые в системах глобального позиционирования GPS, ГЛОНАСС, Galileo и др. (см., например: http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_ftoc.html, http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/documents/technical_en.htm).

В качестве станций могут быть использованы как стационарные, так и мобильные объекты, космические аппараты, суда, морские платформы и т.д.

При определении временного сдвига кроме доплеровского сдвига частоты N можно использовать и другие соотношения, содержащие информацию о доплеровском сдвиге частот излученных и принятых радиосигналов (т.е. скоростях изменения расстояний между космическим аппаратом 6 и станциями 1 и 2), например, доплеровский счет за определенный интервал времени, отношение мгновенных значений частот, интегральный доплеровский счет и т.д., преобразовав соответствующим образом уравнения (14)-(25).

При пролете космического аппарата в зоне радиовидимости станций и проведении серии последовательных измерений значения временного сдвига эти значения, определенные с помощью предлагаемого способа, могут быть уточнены в процессе этих измерений с учетом принятия во внимание при расчетах реальных параметров траекторий перемещения космического аппарата 6, станции 1 и станции 2. В частности, при каждом определении могут быть уточнены значения средних скоростей V _ab, V_bd на участке измерений в интервалах времени (t_b3-t_b2) и (t_b2-tb₁), параметры которых входят в выражения (2), (4), (14)-(25), уточнены значения доплеровского сдвига в выражениях (14), (15), учтены все составляющие в выражении (22) и так далее.

Кроме того, по результатам каждой серии определения желательно проводить коррекцию временного сдвига между шкалой времени основной измерительной станции 1 и шкалой времени дополнительной измерительной станции 2 до достижения минимальных значений.

Эффективность изобретения

Настоящее изобретение позволяет определять сдвиг между шкалой времени основной измерительной станции 1 и шкалой времени дополнительной измерительной станции 2, причем количество дополнительных измерительных станций может быть неограниченным, чем может быть достигнуты сличение и синхронизация шкал времени сети измерительных станций в реальном масштабе времени. При этом обеспечивается повышенная точность и оперативность синхронизации этой сети, так как для этого не требуется предварительного точного знания орбит космических аппаратов, участвующих в процессе синхронизации, а сама синхронизация может быть проведена сразу после получения данных измерений.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает прием и обработку всех радиосигналов на одной основной измерительной станции, что дает возможность определять сдвиг шкал времени в каждый текущий момент времени без необходимости сбора и передачи дополнительных данных.

Также настоящее изобретение позволяет использовать в реализующей патентуемый способ геодезической системе достаточно простые радиотехнические устройства - ретрансляторы, что повышает надежность и мобильность этой геофизической системы, а также позволяет автоматизировать режим ее работы.

В качестве космических аппаратов возможно использовать искусственные спутники Земли (ИСЗ) с наиболее оптимальными (с точки зрения геометрии расположения измерительных станций) параметрами орбит. При этом не требуется знания точных параметров орбит этих ИСЗ и определение параметров сдвига шкал времени может быть произведено непосредственно в процессе измерений. Возможна установка ретрансляторов на многочисленных ИСЗ, предназначенных для мониторинга состояния атмосферы Земли и прогноза погоды.

Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано для взаимной привязки шкал времени космических аппаратов и станций, используемых в системе глобального позиционирования объектов ГЛОНАСС (а также GPS, Gallileo и др.), с целью уточнения орбит космических аппаратов, входящих в систему, их взаимного положения и повышения, тем самым, точности позиционирования определяемых объектов (см., например: http: //www.glonass-center.ru/; http: //www.igeb.gov/; http://www.gallileolonass-center.ru/).

При этом на ИСЗ навигационных систем могут быть дополнительно установлены указанные выше ретрансляторы, кроме того, может быть рассмотрен вариант программного перепрограммирования штатных радиосистем этих ИСЗ для реализации предлагаемого способа. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован для взаимной временной синхронизации и привязки различных навигационных систем (GPS, Gallileo, ГЛОНАСС и др.) друг к другу с целью повышения точности синхронизации и определения координат объектов с помощью систем позиционирования и/или их совместных комплексов.

Перечень позиций и буквенных обозначений, использованных в описании изобретения

1 - основная станция,

2 - дополнительная станция,

3 - антенна станции 1;

4 - антенна станции 2;

5 - орбита космического аппарата;

6 - космический аппарат;

7 (B₁), 8 (B ₂), 9 (В₃), В₀ - точки орбиты 5;

10, 11, 12 - основные первичные радиосигналы

13 - дополнительный первичный радиосигнал,

14 - дополнительный первичный радиосигнал;

15, 16 - конечные радиосигналы;

- сдвиг шкал времени станций 1 и 2;

N ₁ - доплеровский сдвиг частоты f₁ несущей основного первичного радиосигнала 11, принятого на основной станции 1, относительно частоты f₀ несущей основного первичного радиосигнала 10, излученного с основной станции;

N₂ - доплеровский сдвиг частоты f₂ несущей конечного радиосигнала 16, принятого на основной станции 1, относительно частоты f ₀ несущей основного первичного радиосигнала 10, излученного с основной станции;

t₀ - момент излучения радиосигнала 10 на станции 1;

t₁ - момент приема радиосигнала 11 на станции 1.

t ₂ - момент приема радиосигнала 14 на станции 1;

t ₃ - момент приема радиосигнала 16 на станции 1;

f ₀ - частота несущей основного первичного радиосигнала 10;

f₁ - частота несущей основного первичного радиосигнала 11;

f₂ - частота несущей конечного радиосигнала 16;

m - коэффициент преобразования частоты несущей радиосигнала при его когерентной ретрансляции на космическом аппарате 6.

t₀₁ - момент излучения радиосигнала 13 на станции 2;

t _b1 - момент приема радиосигнала 10 на космическом аппарате 6

t_b2 - момент приема радиосигнала 13 на космическом аппарате 6;

t_b3 - момент приема радиосигнала 15 на космическом аппарате 6;

t_d1 - приема радиосигнала 12 на станции 2;

с - скорость распространения радиосигналов.