способ измерения абсолютного времени распространения коротких радиоволн в ионосфере с помощью радиосигналов с линейно-частотной модуляцией
| Классы МПК: | G04C11/02 с помощью радиотехнических средств H04B7/165 с использованием частотной или фазовой модуляции H04B7/22 системы, основанные на распространении радиоволн со вторичным излучением при отражении (например тропосферное распространение радиоволн) G01S1/22 в которых синхронизированные сигналы являются частотными модуляциями несущей частоты и длительность их распространения сравнивается путем измерения разности мгновенных значений несущей частоты в момент приема |
| Автор(ы): | Рябов Игорь Владимирович (RU), Урядов Валерий Павлович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2005-05-13 публикация патента:
27.08.2006 |
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 fк=fн+100 кГц, т.е. осуществляется режим «пилы» с периодом повторения 
Т=1с. Его можно назвать режимом синхронизации. Частота fн 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+ tpacc, где tpacc - время рассогласования шкал времени указанных передатчика и приемника. Разностная частота для приемника будет пропорциональна: F2=(df/dt) tизм, где tизм=tгр- tpacc, а tгр - время группового распространения от передатчика до приемника; tизм=tгр- tш=0 и tгр= tш. Коррекция проводится в течение нескольких циклов излучения, в течение которых проводится измерение разностной частоты и осуществляется коррекция tpacc для обеспечения F2=0. На следующем этапе в момент времени t0+ tш=t0+tгр стартует передатчик. Полагая трассы обратимыми, через время tгр радиосигнал принимается приемником. При этом его разностная частота F 1 будет равна F1=2tгр(df/dt), а время группового распространения определяется как tгр+F 1/2(df/dt). 2 ил. 
Формула изобретения
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 fн до fк=f н+100 кГц с периодом повторения Т=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 tгр принимают радиосигнал первым ЛЧМ приемником, который будет иметь разностную частоту F1=2tгр(df/dt), a затем определяют время группового распространения 2tгр=F1/2(df/dt),
где tгр - время группового распространения KB радиосигнала;
df/dt - скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала;
f н - начальная частота излучения;
fк - конечная частота излучения.
Описание изобретения к патенту
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=100 
кГц/с в интервале частот от fн до f к=fн+100 кГц с периодом повторения Т=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 tгр принимают радиосигнал первым ЛЧМ приемником, который будет иметь разностную частоту F1=2tгр(df/dt), а затем определяют время группового распространения:
t гр=F1/2(df/dt),
где tгр - 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 fн до fк=fн+100 кГц, т.е. осуществляется режим «пилы» с периодом повторения T=1 с. Его можно назвать режимом синхронизации. Частота fн 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 t 0+ tpacc, где
tpacc - время рассогласования шкал времени передатчика 1 и приемника 2.
Тогда разностная частота для приемника 2 будет пропорциональна:
F2=(df/dt) tизм,
где tизм=tгр-
tpacc,
tгр - время группового распространения от передатчика 1 до приемника 2. Путем изменения tpacc мы должны получить разностную частоту во втором ЛЧМ приемнике F2=0.
При этом tизм=tгр-
tш=0 и tгр=
tш (скорректированное).
В скобках стоит скорректированное время рассогласования tш.
Коррекция проводится в течение нескольких циклов излучения (каждый длительностью 1 с), в течение которых проводится измерение разностной частоты и осуществляется коррекция tpacc, чтобы обеспечить F2=0 (всего на измерение F2 и коррекцию
tш 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 + tш=t0+tгр стартует передатчик 2. Полагая трассы обратимыми, через время tгр радиосигнал принимается приемником 1. При этом его разностная частота F 1 будет равна:
F1=2tгр(df/dt).
Таким образом, измеряем время группового распространения:
tгр=F1/2(df/dt).
Разрешающую способность способа измерения можно оценить по формуле:
tгр=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.
Класс G04C11/02 с помощью радиотехнических средств
Класс H04B7/165 с использованием частотной или фазовой модуляции
Класс H04B7/22 системы, основанные на распространении радиоволн со вторичным излучением при отражении (например тропосферное распространение радиоволн)
Класс G01S1/22 в которых синхронизированные сигналы являются частотными модуляциями несущей частоты и длительность их распространения сравнивается путем измерения разности мгновенных значений несущей частоты в момент приема
