Методы и алгоритмы повышения точности передачи информации в импульсно-фазовых радионавигационных системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Грунин Алексей Петрович

• Грунин Алексей Петрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Грунин Алексей Петрович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Принципы функционирования и методы обработки сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем

1.1. Принцип функционирования ИФРНС

1.2. Факторы, влияющие на точность определения координат

1.3. Метод итерационного усреднения сигналов цепочки

1.4. Обзор методов позиционирования по сигналам ИФРНС

1.5. Метод накопления с экспоненциальным скользящим средним

1.6. Нахождение огибающей радиоимпульсов ИФРНС

1.7. Выводы

I ЛАВА 2. Повышение точности определения местоположения объекта по сигналам ИФРНС

2.1. Итерационный алгоритм позиционирования

Обработка результатов измерения координат с применением стандартного фильтра Калмана

2.2.1. Фильтр Калмана

2.2.2. Применение фильтра Калмана в городском режиме

2.2.3. Стоянка. Движения с малой скоростью

2.2.4. Прямолинейное движение

2.2.5. Криволинейное движение

2.2.6. Применение адаптивного метода фильтрации

2.3. Выводы

Формирование сигналов ИФРНС с возможностью синхронизации и передачи данных

3.1. Принцип синхронизации радионавигационных цепей

3.2. Форматы и возможности канала передачи данных

3.3. Алгоритм генерации радиоимпульсов

3.3.1. Особенности систем в разных странах

3.3.2. Генерация импульсов

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. Аппаратно-программный комплекс для приема сигналов

импульсно-фазовых радионавигационных систем

4.1. Реализованные алгоритмы в аппаратно-программном комплексе

4.1.1. Корреляционный поиск станций в полном кадре

4.1.2. Детектирование начала поверхностной и отраженных составляющих принятого радиоимпульса

4.1.3. Определение огибающей принятого радиоимпульса

4.1.4. Алгоритм контроля шкалы времени радиостанции РНС-В(А)

4.1.5. Температурная компенсация задержки распространения эталонных сигналов времени и частоты

4.1.6. Термостабилизация антенного усилителя для снижения погрешности измерения шкалы времени ИФРНС

Разработка аппаратно-программного комплекса для приема сигналов радионавигационного поля ИФРНС

4.3. Результаты долговременной работы аппаратно-программного комплекса для приема сигналов радионавигационного поля ИФРНС

4.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Технические задание «Осуществление мероприятий по обеспечению непрерывного функционирования пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» в 2021 году»

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной

работы

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

-

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ARMA - Autoregressive moving-average;

ASF - Additional Secondary Factor;

DGPS - Differential Global Positioning System;

ECD - Envelope to Cycle Difference;

ED - Emission Delay;

FDTD - Finite Difference Time Domain;

FPGA - Field Programmable Gate Array;

GPS - Global Positioning System;

GRI - Group Repetition Interval;

IFM - Intrapulse Frequency Modulation;

ITUR - International Telecommunication Union Radiocommunication Sector; LS - Leap Second;

NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration;

PCI - Phase Code Interval;

PF - Primary Factor;

PPM - Pulse Position Modulation;

PPS - Pulse Per Second;

SBAS - Satellite Based Augmentation System;

SF - Secondary Factor;

SQR - Signal to Quantization Noise Ratio;

TD - Time Difference;

TOCI - Time of Coincidence Interval;

UART - Universal Asynchronous Receiver-Transmitter;

UTC - Universal Time Coordinated;

VHDL - VHSIC (Very high-speed integrated circuits) Hardware Description Language;

АМФ - Адаптивный метод фильтрации; АЧХ - Амплитудно-частотная характеристика; ВКФ - Взаимно-корреляционная функция;

ГНСС - Глобальная навигационная спутниковая система; ГУН - Генератор, управляемый напряжением; ДВ - Длинные волны;

ИНС - Инерциальная навигационная система;

ИФРНС - Импульсно-фазовая радионавигационная система;

НОК - Наименьшее общее кратное;

ПИД - Пропорциональный интегральный дифференциальный; ПК - Персональный компьютер;

ПЛИС - Программируемая логическая интегральная схема;

ПО - Программное обеспечение;

РНС - Радионавигационная система;

СКО - Среднеквадратическое отклонение;

ФК - Фильтр Калмана;

ФНЧ - Фильтр нижних частот;

ЦАП - Цифро-аналоговый преобразователь;

ЭВМ - Электронно-вычислительная машина.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы повышения точности передачи информации в импульсно-фазовых радионавигационных системах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) используются повсеместно в военных и гражданских целях. Китай, Япония, Индия и Европа проводят работы по запуску собственных ГНСС. Все эти системы имеют общие особенности - это постоянное наличие группировки спутников на орбите Земли и передача данных с использованием сантиметровых и дециметровых диапазонов несущих частот. В целом космические навигационные системы достаточно дороги в исполнении и требуют огромных материальных ресурсов для поддержания систем на должном уровне. Для осуществления задач резервирования и обхода ограничений ГНСС необходима система одновременно независимая и вместе с тем способная использовать возможности спутниковых систем для улучшения собственных характеристик. Им-пульсно-фазовые радионавигационные системы (ИФРНС), такие как еЬогап и «Чайка» подходят для выполнения задачи резервирования.

Согласно Радионавигационному плану Российской Федерации от 4 сентября 2019 года, одним из приоритетных направлений развития национальных систем навигационно-временного (координатно-временного) обеспечения России является модернизация и развитие импульсно-фазовых радионавигационных систем до уровня полноценной дублирующей (дополняющей) радионавигационной системы (РНС). Также отмечается, что дальнейшее повышение точностных параметров навигационных измерений сопряжено с уменьшением инструментальных погрешностей измерения навигационного параметра, совершенствованием алгоритмов пересчета полученных результатов из гиперболической в прямоугольную систему координат и созданием моделей поправок к фазовой скорости распространения радиоволн в зависимости от рельефа и состояния подстилающей поверхности.

В декабре 2015 года Национальный исполнительный комитет США по космическому позиционированию, навигации и синхронизации предложил использовать eLoran в качестве ближайшей альтернативы спутниковой навигации. В

феврале 2016 года Национальный институт стандартов и технологий США объявил о своем намерении создать приемник сигналов eLoran в форм-факторе микрочипа для резервирования критических объектов американской инфраструктуры, полностью основанных на GPS. В 2017 году Министерство внутренней безопасности США объявило об использовании eLoran в качестве резерва для спутниковой навигации. Причины тому - малая мощность сигналов GPS, а также их уязвимость к случайным или целенаправленным помехам.

Разработку и внедрение новейших радионавигационных систем ДВ диапазона проводит множество государств, включая Японию, Корею, Россию, Китай, страны ЕС, США. Несмотря на общие принципы построения систем во всех странах, каждая система имеет свои индивидуальные особенности и стандарты, связанные с мощностью станций, формой радиоимпульсов, методами передачи информации и т.д. Современные приемники радионавигационной информации ДВ диапазона работают по принципу «All-in-View», то есть принимают информацию от всех радионавигационных станций, работающих в точке приема. Территории (включая акваторию) Азиатско-Тихоокеанского региона и Евро-Атлантического региона имеют области перекрывающихся зон покрытия радионавигационных цепочек разных стран.

Степень разработанности темы исследования. Данная работа выполнялась опираясь на мировой опыт многих научных коллективов из США, России, Китая и других стран в лице: S. Li, Y. Wang, Y. Hua, Y. Gao, X. Xi, L.L. Zhou, J. Zhang, Y.Pu, Y. Cao, H. Jiang, T. Haipeng, X. Haigang, G. W. Johnson, R. Shalaev, C. Oates, P. F. Swaszek, Царева В.М., Пичугина С.М., Трошина П.В., P. W. Son, S. H. Park, K. Seo, Yo. Han, J. Seo, J. H. Rhee, D.A. Divis, D.A. Goward, F.M. Bahr, E.E. Abdelkawy, S.A. Shedied, H. Tong, H. Xu, A. Mohammed, D. Last, P. Williams., W.F. Roland, C. Hargreaves проводивших исследования в области импульсно-фа-зовых радионавигационных систем.

Основные направления исследований в области импульсно-фазовых радионавигационных систем можно классифицировать следующим образом:

- разработка методов и алгоритмов приема сигналов в условиях высокого уровня помех;

- методы и алгоритмы обработки навигационной информации для снижения погрешности определения местоположения, передачи единиц времени и дополнительных данных;

- исследования, направленные на моделирование трасс распространения сигналов ИФРНС для повышения эффективности определения мест развертывания и форматов работы новых систем.

На сегодняшний день системы наземной радионавигации являются актуальным объектом исследований. Исследовательскими группами достигнуты следующие результаты:

- в результате исследований источников возникновения погрешностей случайного и систематического характера определены пути их сокращения за счет применения перспективных способов интеграции систем космического и наземного базирования.

- разработана статистическая модель дифференциальных поправок, учитывающая случайный характер проводимости земной поверхности по трассам распространения радиоволн, позволяющая сформировать оптимальные дифференциальные поправки по всей зоне действия дифференциальной подсистемы.

- обоснована эффективность применения комплексной первичной обработки сигналов импульсно-фазовых систем наземного базирования и спутниковых систем в авиационной аппаратуре потребителей с использованием информации от инерциальной системы объекта.

- предложен быстрый метод обнаружения сигнала Ьогап-С в присутствии помех. Метод выделяет синфазную/квадратурную (1^) составляющие сигнала посредством смешивания оцифрованного сигнала Loran-C с сигналом локальной несущей. Далее, при помощи методов цифровой обработки и корреляционного анализа определяются пики огибающих радиоимпульсов Loran-C. Теоретический анализ и результаты экспериментов показывают, что время обнаружения метода составляет менее 200 мс.

- предлагается применение метода конечных разностей во временной области (FDTD) для повышения точности прогнозирования дополнительных вторичных факторов (ASF) ИФРНС сигналов на местности со значительными перепадами высот. ASF определяются как функции градиента горного склона, высоты и ширины горы, соответственно. Также в статье рассматриваются случаи с несколькими горами на трассах распространения. Сравнения показывают, что метод FDTD хорошо согласуется с реальными измеренными значениями ASF сигналов Loran-C, полученными на двух реальных маршрутах между горами Пучэн и Циньлин в провинции Шэньси, Китай.

- предложен новый метод обработки сильно зашумленных сигналов ИФРНС. Метод предполагает использование согласованного фильтра с импульсной характеристикой, представляющей собой отраженную относительно нуля эталонную форму сигнала Loran-C.

- производится совместная обработка информации ИФРНС с GPS (Global Position System). Интеграция двух систем существенно повышает точность радионавигационной системы при кратковременном отсутствии сигналов спутниковой навигации.

- предложен комбинированный имитатор сигналов ГНСС и ДВ сигналов Loran-C/eLoran. Имитатор не поддерживает симуляцию российских ДВ систем «Чайка», не учитывает динамику движения объекта и недостаточно полно имитирует искажения сигналов на трассе распространения.

- проводятся исследования влияния различных значений проводимости земной поверхности на затухание сигналов в ДВ диапазоне. Подобные исследования могут быть расширены и эффективно использованы в разработке имитатора.

- проводится оценка точности позиционирования по сигналам планируемой к развертыванию системы eLoran на территории Южной Кореи. Из-за отсутствия реально действующих станций eLoran авторам приходится производить оценку теоретически, опираясь на сигналы станций предыдущего поколения Loran-C и «Чайка».

- предложен алгоритм определения навигационных параметров сразу от нескольких цепочек ИФРНС, действующих в регионе Южной Кореи и ее акватории. Метод основывается на грубом первичном определении позиции приемника, по которой можно разрешить неоднозначности получения навигационного параметра от всех цепочек в регионе в независимости от того синхронизированы ли они с UTC или нет.

Объектом исследования являются импульсно-фазовые радионавигационные системы.

Предмет исследования: методы и алгоритмы обработки навигационной информации для совершенствования параметров импульсно-фазовых радионавигационных систем, выполняющих функцию дублирующей навигационной системы.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование методов и алгоритмов для повышения точности передачи единиц времени, определения местоположения и передачи дополнительных данных.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- разработка методов и алгоритмов приема и обработки сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем для снижения погрешности определения местоположения;

- разработка методов и алгоритмов генерации сигналов импульсно-фазо-вых радионавигационных систем для разработки и испытаний радионавигационных приемников, а также определения мест развертывания и форматов новых систем;

- разработка приемника сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем для контроля их параметров.

Методы исследования. Для решения задач исследования применяются следующие методы:

- метод вероятностного анализа;

- методы цифровой обработки сигналов;

- методы математического и компьютерного моделирования;

- сбор и анализ экспериментальных данных.

Научная новизна представлена в работе в виде:

1. Разработан и исследован оригинальный итерационный алгоритм позиционирования, основанный на использовании разностей времен прихода радиоимпульсов. Данный алгоритм позволяет эксплуатировать импульсно-фазо-вые радионавигационные системы в режиме одновременной работы с несколькими цепями вне зависимости от степени их синхронизации.

2. Произведено моделирование различных типов движения объекта позиционирования. На основе которых предложен оригинальный алгоритм обработки навигационной информации с использованием различных методов и параметров фильтрации. Тип и параметры фильтра адаптируются к характеру движения объекта.

3. Впервые разработан алгоритм генерации сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем, позволяющий добиться соответствия формы радиоимпульсов национальным стандартам, обеспечить одновременную генерацию сигналов нескольких цепей и широкий динамический диапазон амплитуд радиоимпульсов.

4. Разработан программно-аппаратный комплекс для приема сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем. Комплекс позволил осуществлять непрерывный многолетний контроль выхода в эфир радиостанции РНС-В(А) и регистрировать данные о положении шкалы времени этой станции относительно шкалы времени вторичного эталона.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

Разработанный программно-аппаратный комплекс для контроля шкал времени предающих станций успешно функционирует в составе вторичного эталона времени и частоты ВЭТ1-7 в Дальневосточном филиале ФГУП «ВНИИФТРИ». Комплекс позволяет оперативно обнаруживать аномальные смещения шкалы

времени станции РНС-В(А), осуществляющей передачу эталонных сигналов точного времени в Дальневосточном регионе.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный итерационный алгоритм позиционирования позволяет снизить погрешность определения местоположения по двум навигационным цепям на 50% по сравнению с использованием классического алгоритма вместе с усреднением результатов. Использование предложенного алгоритма позволило в три раза увеличить площадь рабочей зоны, обеспечивающей необходимую погрешность позиционирования.

2. Алгоритм обработки навигационной информации с использованием различных методов и параметров фильтрации, основанных на характере движения объекта, позволил снизить стандартное отклонение ошибки определения местоположения на 24%-60% в зависимости от степени зашумленности исходных данных.

3. Алгоритм генерации радиоимпульсов радионавигационных станций с использованием цифро-аналоговых преобразователей низкой разрядности позволил использовать 16-битный ЦАП и фильтр нижних частот для одновременной генерации до трех цепочек навигационных станций с динамическим диапазоном сигнала каждой станции 54 дБ. Кроме того, форма всех сигналов в этом случае отличается от стандартной не более чем на 5%.

4. Программно-аппаратный комплекс для приема сигналов импульсно-фа-зовых радионавигационных систем позволяет осуществлять контроль положения шкал времени предающих станций относительно эталонной шкалы времени и контролировать форму радиоимпульсов. Комплекс обеспечивает разрешение многозначности фазовых измерений. Случайная погрешность сравнения шкалы времени вторичного эталона и радиостанции РНС-В(А) составила 7 нс на интервале времени наблюдения два месяца.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных методов обоснования полученных результатов, выводов и рекомендаций, а также высокой

сходимостью результатов численных экспериментов и результатов натурных испытаний.

Соответствие паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 2.2.11 (05.11.16) - Информационно-измерительные и управляющие системы:

п.1. Научное обоснование перспективных информационно-измерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и метрологического обеспечения, повышение эффективности существующих систем.

п. 2. Новые методы и технические средства контроля и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем.

п. 3. Методы и технические средства метрологического обеспечения информационно-измерительных и управляющих систем, метрологического обеспечения испытаний и контроля, метрологического сопровождения и метрологической экспертизы информационно-измерительных и управляющих систем, методы проведения их метрологической аттестации.

п. 4. Методы и системы программного и информационного обеспечения процессов отработки и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем.

п. 5. Методы анализа технического состояния, диагностики и идентификации информационно-измерительных и управляющих систем.

п. 6. Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений.

Апробация работы. Основные положения, и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Международная конференция «Информационные технологии в бизнесе и производстве» (г. Томск, 2018 г.);

XXI краевой конкурс молодых ученых и аспирантов (г. Хабаровск, 2019

г.);

XXII международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (г. Москва, 2020 г.);

Уральский симпозиум по биомедицинской инженерии, радиоэлектронике и информационным технологиям (г. Екатеринбург, 2020 г.);

XXIV международная научная конференция «Волновая электроника и ин-фокоммуникационные системы» (г. Санкт-Петербург, 2021 г.);

The 14th International Conference on Computer and Electrical Engineering (Пекин, 2021).

Часть представленных в диссертационной работе исследований выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках конкурса "Аспиранты". Номер научного проекта № 19-37-90014.

Публикации. Основные результаты, полученные в рамках работы над диссертацией опубликованы в девяти работах, в том числе трех статей из списка ВАК, четырех публикациях в изданиях, входящих в базы Web of Science и/или Scopus. Получено одно свидетельство о регистрации программ для ЭВМ (Приложение 3).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из списка сокращений, введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, трех приложений и содержит 128 страниц основного текста, 8 таблиц, 83 рисунка, 71 формулу и 87 наименований библиографических источников.

Во введении изложена актуальность работы, сформулированы основные цели и задачи, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе произведён анализ факторов, влияющих на точность определения координат по сигналам ИФРНС. Описан алгоритм опознавания ведущей и ведомых станций в цепи ИФРНС. Рассмотрен современный метод преобразования разностей времен прихода в географические координаты с использова-

нием касательной сферы. Рассмотрен метод усреднения сигналов ИФРНС с использованием алгоритма экспоненциального скользящего среднего. Представлен способ определения огибающей радиоимпульса ИФРНС;

Во второй главе представлен разработанный итерационный метод позиционирования, который позволяет снизить погрешность определения местоположения по двум навигационным цепям на 50% по сравнению известным алгоритмом. На основе разработанного итерационного алгоритма позиционирования произведено моделирование областей перекрывающихся зон покрытия радионавигационных цепочек разных стран.

Предложен метод фильтрации полученных координат с применением стандартного фильтра Калмана. Проведены исследования влияния характера движения объекта и параметров фильтра на точность определения местоположения. Полученные результаты могут быть использованы для обработки навигационных данных от различных навигационных систем. Оценка точности метода проводилась на основе полуэмпирической модели перемещения транспортного средства раздельно для различных типов движения;

В третьей главе обоснована необходимость создания имитационного оборудования ИФРНС. Представлен принцип синхронизации радионавигационных цепей ИФРНС, включая передачу меток окраски времени. Произведен обзор существующих и планируемых к реализации методов передачи данных по каналам ИФРНС, включая типы модуляции, приведены их преимущества и недостатки. Представлен алгоритм генерации радиоимпульсов сложной формы с настраиваемыми параметрами с помощью ЦАП низкого разрешения, позволяющий одновременно генерировать сигналы до трех радионавигационных цепочек с широким динамическим диапазоном амплитуд радиоимпульсов;

В четвертой главе представлен аппаратно-программный комплекс для приема сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем. Описаны реализованные и планируемые к реализации в комплексе алгоритмы, в частности, корреляционный способ поиска ведущей и ведомых станций, метод деления спектров для разделения поверхностного и пространственного сигнала, алгоритм

определения огибающей радиоимпульса. На основе алгоритма определения огибающей принятого радиоимпульса представлен фазовый метод контроля шкалы времени радиостанции РНС-В(А) в Дальневосточном регионе. Приведены исследования возможности термостабилизации предающего тракта для снижения его влияния на показатели нестабильности передаваемых эталонных сигналов времени и частоты. Описана, реализованная в комплексе схема термостабилизации антенного предусилителя, которая позволила снизить погрешность определения положения шкалы времени радиостанции РНС-В(А) относительно вторичного эталона. Приведена конструкция и описание основных узлов комплекса. Представлены результаты длительной работы комплекса в составе Государственного вторичного эталона времени и частоты ВЭТ1-7.

Реализация результатов работ:

Основные результаты работы используются в составе вторичного эталона времени и частоты ВЭТ1-7 в Дальневосточном филиале ФГУП «ВНИИФТРИ» при выполнении частного технического задания «Осуществление мероприятий по обеспечению непрерывного функционирования пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» в пунктах 10.2.1 - 10.2.3 (Приложение 1 и Приложение 2).

Личный вклад автора при проведении исследований заключается в разработке методов генерации, приема и обработки радионавигационных сигналов, структуры и аппаратно-программного обеспечения для приема сигналов импуль-сно-фазовых радионавигационных систем, проведении вычислительных экспериментов, моделирования и натурных испытаний, постановке задач и выборе методов анализа, подготовке материалов публикаций, участии в конференциях.

] ЛАВА 1. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1,1. Принцип функционирования ИФРНС

Стандартная цепочка ИФРНС включает от трех до пяти передающих станций. Схематический вид излучаемых двумя цепочками пакетов импульсов представлен на рис. 1. Первая станция является ведущей (M), остальные ведомыми (W, X, Y). Станции излучают группы импульсов с определенным интервалом, называемым GRI.

Рис. 1 Схематический вид излучаемых двумя цепочками пакетов импульсов На рис. 1 GRП и GRI2 - периоды повторения групп радиоимпульсов каждой цепочки. А Тму - разность времени прихода первого импульса /-той станции (/ = Ж, X, У, X)/-той цепочки и первого импульса ведущей станции М/. Для обеспечения условия отсутствия совпадения сигналов ведомых станций по времени в любой точке рабочей зоны применяются фиксированные кодовые задержки по времени излучения радиоимпульсов каждой ведомой станцией. Эти задержки

фиксированы для конкретной цепочки и должны вычитаться из значений АТМу перед преобразованием координат.

1.2, Факторы, влияющие на точность определения координат

Точность определения координат по сигналам передающих станций ИФРНС зависит от трех основных факторов

- точность определения времен прихода сигналов от минимум трех радиостанций в цепочке;

- точность перевода разности времен прихода сигналов АТ в разность расстояний между приемником и стациями;

- точность преобразования АТ в географические координаты.

Точность определения времени прихода сигнала зависит от соотношения

сигнал/шум в точке приема, времени усреднения и алгоритмов определения начала импульса, используемых в приемнике. В диапазоне длинных волн источниками шума в основном являются грозы и помехи, вызванные мощными импульсными источниками электричества. Влияние атмосферных шумов изменяется как в течение суток, так и в течение года.

Точность перевода разности времен прихода импульсов в разность расстояний между приемником и станцией зависит от ошибки определения скорости распространения радиоволн от станции до приемника. Обычно скорость распространения радиоволн складывается из трех основных факторов:

- первичный фактор - скорость распространения радиоволн в однородной атмосфере Земли;

- вторичный фактор - поправка к скорости, обусловленная расстоянием, пройденным радиоволной над морской поверхностью;

- расширенный вторичный фактор - поправка к скорости, включающая дополнительные задержки, возникающие при прохождении волны над землей.

Первичный и вторичный факторы легко вычисляются для любого региона. Однако учет только первичного и вторичного факторов без оценки расширенного вторичного может приводить к ошибке определения местоположения до 1 км [1].

- 19 -

Расширенный вторичный фактор включает:

- различия в проводимости земной поверхности. Сигнал станций ИФРНС быстрее распространяется над сельскохозяйственными угодьями, чем над скальной или песчаной поверхностью;

- наличие возвышенностей на пути распространения сигнала, огибая которые сигнал получает дополнительную задержку;

- сезонные изменения температуры поверхности.

Методы оценки вторичного расширенного фактора:

- анализ публикуемых диаграмм поправок. Например, Национальное управление океанических и атмосферных исследований NOAA публикует диаграммы, которые включают поправки расширенного вторичного фактора, достаточные для удовлетворения требований береговой охраны США;

- использование методов моделирования поправок расширенного вторичного фактора для данной местности на основе точных карт местности и диаграмм проводимости;

- расчет поправок в реальном масштабе времени с использованием данных глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС);

- прием и использование в реальном времени поправок, передаваемых базовыми станциями ИФРНС (система «Еврофикс»).

На рис. 2 показаны результаты повышения точности позиционирования путем моделирования поправок расширенного вторичного фактора на основе карты местности. Здесь используется итерационный алгоритм, описанный в [2]. На рисунках видно значительное улучшение точности позиционирования после применения поправок расширенного вторичного фактора.

Рис. 2 Сравнение точности позиционирования по сигналам ИФРНС и GPS

Методы компенсации поправок расширенного вторичного фактора представлены в работах [3] и [4].

В работе [5] проведены исследования влияния температуры окружающего воздуха на скорость распространения радиоволн и предложен метод учета такого влияния.

На основе программно-аппаратного комплекса для приема сигналов ИФРНС в течение нескольких лет проводились ежедневные измерения смещения положения «особой» точки одиночного импульса станции РНС В(А) относительно шкалы координированного времени UTC(Km). Столь длительные эксперименты позволили выявить сезонные тенденции изменения скорости распространения радиоволн. Из рис. 3 видно, что амплитуда смещения времени составляет приблизительно 1,5 мкс, а период один год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Грунин Алексей Петрович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Williams, P. Mapping the ASFs of the Northwest European Loran-C System / P. Williams and D. Last // Journal of Navigation - 2000. - Vol. 53. - No. 2. - P. 225-235.

2. Brock, M. LORAN for vehicle and pedestrian tracking: a viable backup to GPS? / M. Brock, R. Hoath and G. Smithson // Cambridge Consultants Ltd. - 2008.

3. Lo, S. Defining Primary, Secondary, Additional Secondary Factors for RTCM Minimum Performance Specifications (MPS) / S. Lo, M. Leatham, G. Offermans, B. Peterson, G. Johnson, P. Enge and G. Gunther // Proceedings of 38th Annual Convention and Technical Symposium of the International Loran Association - 2009.

4. Son, P.-W. Universal Kriging for Loran ASF Map Generation / P.-W. Son, J.H. Rhee, J. Hwang and J. Seo // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems - 2019. - Vol. 55. - No. 4. - P. 1828-1842.

5. Грунин, А.П. Исследование влияния скорости распространения радиоволн от передающих станций / А.П. Грунин, Д.С. Мигунов, С.В. Сай // ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА - 2018. - С. 175-179.

6. Williams, D.P. On Loran-C Time-Difference to Coordinate Converters / D.P. Williams and P.D. Last // University of Wales - P. 19-39.

7. Быков В.И. Импульсно-фазовая радионавигационная система «ЛОРАН-С». / В.И. Быков, Ю.И. Никитенко - Транспорт, 1967. - 200 с.

8. Kamp P. A Cheap SDR Loran-C frequency receiver // Электронный ресурс, 30 июля 2022 года. URL: http://phk.freebsd.dk/AducLoran/AducLoran-0.3.pdf

9. Hargreaves, C. ASF Measurement and Processing Techniques, to allow Harbor Navigation at High Accuracy with eLoran / C. Hargreaves // University of Nottingham. -2010.

10. A guide to coordinate systems in Great Britain. - 2020.

11. Степанов Н.Н. Сферическая тригонометрия. / Н.Н. Степанов - ОГИЗ, 1948. -154 с.

12. Belyaev, A. Analysis of noisy signal restoration quality with exponential moving average filter / A. Belyaev, I. Tutov and D. Butuzov // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) - 2016. - P. 1-4.

13. Hansun, S. A new approach of moving average method in time series analysis / S. Hansun // Conference on New Media Studies (CoNMedia) - 2013. - P. 1-4.

14. Wilson, A.R. Event Triggered Analog Data Acquisition Using the Exponential Moving Average / A.R. Wilson // IEEE Sensors Journal - 2014. - Vol. 14. - No. 6. -P. 2048-2055.

15. Fikri, M. On the Performance Similarity Between Exponential Moving Average and Discrete Linear Kalman Filter / M. Fikri, S. Herdjunanto and A. Cahyadi // Asia Pacific Conference on Research in Industrial and Systems Engineering (APCoRISE) -2019. - P. 1-5.

16. Грешилов А.А. Математические методы построения прогнозов. / А.А. Гре-шилов, В.А. Стакун, А.А. Стакун - Москва: Радио и связь, 1997. - 112 с.

17. Булашев С.В. Статистика для трейдеров. / С.В. Булашев - Москва: Компания Спутник+, 2003. - 246 с.

18. Ponomareva, O. Hilbert Envelope Extraction from Real Discrete Finite Signals Considering the Nonlocality of Hilbert Transform / O. Ponomareva, A. Ponomarev and N. Smirnova // 22th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA) - 2020. - P. 1-4.

19. Caetano, M. Improved estimation of the amplitude envelope of time-domain signals using true envelope cepstral smoothing / M. Caetano and X. Rodet // IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP) - 2011. -P. 4244-4247.

20. Yang, Y. A Signal Theoretic Approach for Envelope Analysis of Real-Valued Signals / Y. Yang // IEEE Access - 2017. - Vol. 5. - P. 5623-5630.

21. Kumaresan, R. An inverse signal approach to computing the envelope of a real valued signal / R. Kumaresan // IEEE Signal Processing Letters - 1998. - Vol. 5. - No. 10. - P. 256-259.

22. Ponomareva, O. Determining the Envelope of Real Finite Discrete Signal via Parametric Discrete Fourier Transform / O. Ponomareva and A. Ponomarev // 2020 International Conference on Dynamics and Vibroacoustic of Machines - 2020. - P. 1-6.

23. Bracewell R. The Fourier Transform and Its Applications. / R. Bracewell -McGraw-Hill, 1999. - 640 p.

24. Boashash, B. Estimating and Interpreting the Instantaneous Frequency of a Signal—Part 1: Fundamentals / B. Boashash // Proceedings of the IEEE - 1992. - Vol. 80. - P. 520-538.

25. Offermans, G. eLoran Initial Operational Capability in the United Kingdom - First Results / G. Offermans, E. Johannessen, S. Bartlett, C. Schue, A. Grebnev, M. Bransby and P. Williams // Proceedings of the 2015 International Technical Meeting of The Institute of Navigation - 2015. - P. 27-39.

26. Son, P.W. Novel Multichain-Based Loran Positioning Algorithm for Resilient Navigation / P.W. Son, J.H. Rhee and J. Seo // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems - 2018. - Vol. 54. - No. 2. - P. 666-679.

27. Son, P.W. Development of the Korean eLoran Testbed and Analysis of its Expected Positioning Accuracy / P.W. Son, S.H. Park, K. Seo, Y. Han and J. Seo // 19th IALA Conference - 2018.

28. Rhee, J.H. eLoran Signal Strength and Atmospheric Noise Simulation over Korea / J.H. Rhee and J. Seo // Journal of Positioning, Navigation and Timing - 2013. - Vol. 2. - No. 2. - P. 101-108.

29. Bahr, F. e-Loran Navigation System for Egyptian Coasts & Maritime / F. Bahr, E. Abdelkawy and S. Shedied // Journal of Engineering Science and Military Technologies - 2017. - Vol. 17. - P. 1-17.

30. Grunin, A.P. All-in-View Time Difference Solution for eLoran / A.P. Grunin, S.V. Sai and B.P. Zakirov // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems - 2021. - P. 1-7.

31. Mertikas, S.P. Error distributions and accuracy measures in navigation: an overview / S.P. Mertikas // 2021.

32. Specht, M. Statistical Distribution Analysis of Navigation Positioning System Errors - Issue of the Empirical Sample Size / M. Specht // Sensors - 2020. - Vol. 20. -P. 7144.

33. Specht, M. Consistency Analysis of Global Positioning System Position Errors with Typical Statistical Distributions / M. Specht // Journal of Navigation - 2021. - Vol. 74.

- P. 1201-1218.

34. Kalafus, R.M. Measures of Accuracy in the Navstar/GPS: 2drms Vs. CEP / R.M. Kalafus and G.Y. Chin // National Technical Meeting of The Institute of Navigation -1986.

35. Specht, M. Consistency of the Empirical Distributions of Navigation Positioning System Errors with Theoretical Distributions—Comparative Analysis of the DGPS and EGNOS Systems in the Years 2006 and 2014 / M. Specht // Sensors - 2020. - Vol. 21.

- P. 31.

36. Diggelen, F. GNSS accuracy: Lies, damn lies, and statistics / F. Diggelen // GPS World - 2007. - Vol. 18. - No. 1. - P. 26-32.

37. Грунин, А.П. Оценка рабочих зон импульсно-фазовых радионавигационных систем при совместном использовании сигналов от двух цепей / А.П. Грунин, С.В. Сай // Цифровая обработка сигналов - 2022. - №. 2. - С. 29-33.

38. Grunin, A.P. Method to improve accuracy of positioning object by eLoran system with applying standard Kalman filter / A.P. Grunin, G.A. Kalinov, A.V. Bolokhovtsev and S.V. Sai // Journal of Physics: Conference Series - 2018. - Vol. 1015. - P. 032050.

39. Strid, I. Block Kalman Filtering for Large-Scale DSGE Models / I. Strid and K. Walentin // Computational Economics - 2009. - Vol. 33. - P. 277-304.

40. Andreasen, M.M. Nonlinear DSGE Models and The Optimized Central Difference Particle Filter / M.M. Andreasen // Journal of Economic Dynamics and Control - 2010.

- Vol. 35. - P. 1671-1695.

41. Simon D. Optimal State Estimation: Kalman, H», and Nonlinear Approaches. / D. Simon - Wiley-Interscience, 2006. - 552 p.

42. Cappelle, C. GPS/INS Data Fusion for Land Vehicle Localization / C. Cappelle, D. Pomorski and Y. Yang // Proceedings of the Multiconference on «Computational Engineering in Systems Applications» - 2006. - Vol. 1. - P. 21-27.

43. Faragher, R. Understanding the Basis of the Kalman Filter Via a Simple and Intuitive Derivation / R. Faragher // IEEE Signal Processing Magazine - 2012. - Vol. 29.

- P. 128-132.

44. Chen G. Approximate Kalman Filtering. / G. Chen - World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 1993. - 240 p.

45. Modalavalasa, N. A new method of target tracking by EKF using bearing and elevation measurements for underwater environment / N. Modalavalasa, G. Rao, K. Prasad, G. Laveti and M.N.V.S.S. Kumar // Robotics and Autonomous Systems - 2015. -Vol. 74. - P. 221-228.

46. Song, T. A stochastic analysis of a modified gain extended Kalman filter with applications to estimation with bearings only measurements / T. Song and J. Speyer // IEEE Transactions on Automatic Control - 1985. - Vol. 30. - No. 10. - P. 940-949.

47. El Badaoui El Najjar, M. A Road-Matching Method for Precise Vehicle Localization Using Belief Theory and Kalman Filtering / M. El Badaoui El Najjar and P. Bon-nifait // Auton. Robots - 2005. - Vol. 19. - P. 173-191.

48. Betaille, D. Road Maintenance Vehicles Location using DGPS, Map-Matching and Dead-Reckoning: Experimental Results of a Smoothed EKF / D. Betaille // IAIN World Congress in Association with the US ION Annual Meeting - 2000. - P. 409416.

49. Krakiwsky, E.J. A Kalman filter for integrating dead reckoning, map matching and GPS positioning / E.J. Krakiwsky, C.B. Harris and R.V.C. Wong // IEEE PLANS '88., Position Location and Navigation Symposium, Record. «Navigation into the 21st Century» - 1988. - P. 39-46.

50. Jiang, C. A Novel Robust Interval Kalman Filter Algorithm for GPS/INS Integrated Navigation / C. Jiang, S. Zhang and Q. Zhang // Journal of Sensors - 2016. - Vol. 2016. - P. 3727241.

51. Mohamed, A.H. Adaptive Kalman Filtering for INS/GPS / A.H. Mohamed and K.P. Schwarz // Journal of Geodesy - 1999. - Vol. 73. - P. 193-203.

52. Shen, Y. Interval Kalman filtering algorithm for high dynamic navigation and positioning / Y. Shen, L. Zhang, Z.-Q. Fu and J.-Y. Wang // Journal of Astronautics -2013. - Vol. 34. - P. 355-361.

53. U.S. Department of Transportation SPECIFICATION OF THE TRANSMITTED LORAN-C SIGNAL. - United States Coast Guard, 1994.

54. Roland, W. Loran-C chain and UTC synchronization / W. Roland // Journal of Navigation - 2000. - Vol. 53. - P. 215-223.

55. Enhanced Loran (eLoran) Definition Document. - International Loran Association, 2007.

56. Boyer, J.M. High Speed Loran-C Data Channel Communications / J.M. Boyer // International Loran Association - 29th Annual Convention and Technical Symposium - 2000.

57. Писарев, С.Б. Анализ характеристик канала передачи информации, использующего различные методы модуляции навигационного сигнала ИФРНС / С.Б. Писарев, А.В. Балов, В.С. Жолнеров, С.Н. Малюков, Б.В. Шебшаевич // Новости навигации - 2004. - №. 2. - С. 13-27.

58. Helwig, A. eLoran System Definition and Signal Specification Tutorial / A. Hel-wig, G. Offermans, C. Stout and C. Schue // International Loran Association - 40th Convention and Technical Symposium - 2011.

59. Technical characteristics of methods of data transmission and interference protection for radionavigation services in the frequency bands between 70 and 130 kHz. -Draft revision of recommendation ITU-Rm. 589-2, 2001.

60. Offermans, G. EGNOS TRAN: Broadcasting EGNOS messages over the Eurofix datalink / G. Offermans, A. Helwig, D. Willigen, J. Seybold and A. Salonico // International Loran Association - 32th Convention and Technical Symposium - 2003.

61. Lo, S.C. Data Transmission Using LORAN-C / S.C. Lo and P.K. Enge // Department of Aeronautics and Astronautics - 2010.

62. Lo, S.C. Analysis of the Enhanced LORAN Data Channel / S.C. Lo and P.K. Enge // Computer Science - 2001.

63. ГОСТ Р 53168-2008. Система радионавигационная «Чайка». Сигналы передающих станций. Технические требования. М.: Стандартинформ, 2020. - 16 с.

64. Рекомендация МСЭ-R P.368-9. Кривые распространения земной волны для частот между 10 кГц и 30 МГц. Международный союз электросвязи, 2007. - 54 с.

65. Gentile, K. A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis / K. Gentile and R. Cushing // Analog Devices - 1999.

66. Grunin, A.P. Imitation of Low Frequency Radio Navigation Pulses / A.P. Grunin and S.V. Sai // Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT) - 2020. - P. 407-410.

67. Грунин, А.П. Метод имитации сигналов наземных радионавигационных систем ДВ диапазона / А.П. Грунин, С.В. Сай // ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ - DSPA-2020 - 2020.- С. 303-307.

68. Грунин, А.П. Повышение точности приема и опознавания сигналов радионавигационных систем Loran-C и «Чайка» / А.П. Грунин // Ученые заметки ТОГУ

- 2018. - Т. 9 - №. 2. - С. 77-87.

69. Xiong, W. Loran-C skywave delay estimation using improved ESPRIT techniques / W. Xiong, H. Yonghui and L. Qing // 4th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing - 2008. - P. 1-4.

70. Mohammed, A. Estimation of Loran-C Ionospheric Signal Parameters via ESPRIT Algorithm / A. Mohammed // The Second European Conference on Antennas and Propagation - 2007. - P. 1-5.

71. Mohammed, A.F. Loran-C skywave detection using rational modelling techniques / A.F. Mohammed and J.D. Last // Sixth International Conference on Radio Receivers and Associated Systems - 1995. - P. 100-104.

72. Bian, Y. Eigen-decomposition techniques for Loran-C skywave estimation / Y. Bian and D. Last // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems - 1997.

- Vol. 33. - No. 1. - P. 117-125.

73. Mohammed, A. Detection and minimization of ionospheric interference in Loran-C receivers / A. Mohammed and T. Hult // The Institution of Engineering and Technology 11th International Conference on Ionospheric radio Systems and Techniques -2009. - P. 1-6.

74. Mohamed, A. Loran-C skywave delay detection using ARMA algorithm / A. Mohamed and D. Last // Electronics Letters - 1998. - Vol. 34. - No. 17. - P. 1654-1655.

75. Mohamed, A. Detection of Loran-C Skywave Interference Using Sub-Space Signal Processing Algorithms / A. Mohamed // 3rd International Conference: Sciences of Electronic, Technologies of Information and Telecommunications - 2005.

76. International Electrotechnical Commission Draft Standard - Loran-C Receivers for Ships. IEC Technical Committee, 1989. - 27 p.

77. Radio Technical Commission for Marine Services, U.S. Federal Communication Commission, Minimum Performance Standards (MPS) Marine Loran-C Receiving Equipment. Report of Special Committee, 1977.

78. Mohammed, A. Performance Evaluation of IFFT Technique for Skywave Detection in Loran-C Receivers / A. Mohammed and D. Last // International Loran Association - 29th Convention and Technical Symposium - 2000.

79. Тюляков, А.Е. Направления совершенствования Государственной системы единого времени и эталонных частот «Цель» с учетом ее модернизации / А.Е. Тюляков, Л.Я. Белов, В.Е. Дружин, В.К. Кошелев, Д.В. Филиппов // Радионавигация и время - 2019. - Т. 9 - №. 4. - С. 55-63.

80. Allan, D.W. Statistics of atomic frequency standards / D.W. Allan // Proceedings of the IEEE - 1966. - Vol. 54. - No. 2. - P. 221-230.

81. Подогова, С.Д. Анализ нестабильности частоты группового сигнала ансамбля активных водородных стандартов / С.Д. Подогова, К.Г. Мишагин, И.Н. Чернышев, В.Г. Воронцов // Измерительная техника - 2014. - №. 7. - С. 26-30.

82. Демидов, Н. Водородные стандарты частоты и времени современное состояние и тенденция развития / Н. Демидов, В. Васильев // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес - 2011. - №. 4. - С. 92-97.

83. Czuba, K. Temperature Stability of Coaxial Cables / K. Czuba and D. Sikora // Acta Physica Polonica a - 2011. - Vol. 119. - No. 4. - P. 333-337.

84. Hirai, N. Location Attempt of Multiple Heated Spots in a Polymer insulated Coaxial Cable by Frequency Domain Reflectometry / N. Hirai and Y. Ohki // Condition Monitoring and Diagnosis - 2018. - P. 1-4.

85. Grunin, A.P. Increasing the Accuracy of Coaxial Cable Transmission of Standard Frequency and Time Signals / A.P. Grunin, D.G. Kalinov and D.S. Migunov // Measurement Techniques - 2020. - Vol. 63. - P. 135-139.

86. Грунин, А.П. Термостабилизация антенного модуля для снижения погрешности измерения положения шкал времени длинноволновых радионавигационных станций / А.П. Грунин, С.В. Сай // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2022. - № 1 (64). - C. 9-16.

87. Грунин, А.П. Разработка приемника импульсно-фазовых радионавигационных систем нового поколения / А.П. Грунин // МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ -ХАБАРОВСКОМУ КРАЮ - 2019. - С. 134-138.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Технические задание «Осуществление мероприятий по обеспечению непрерывного функционирования пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» в 2021 году»

1. Наименование мероприятий: «Осуществление мероприятий по обеспечению непрерывного функционирования пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» в 2021 году».

2. Шифр: «ГСВЧ-2021 -ДВФ».

3. Основание для выполнения: Федеральные законы: от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», от 3 июня 2011 г. № 107-ФЗ «Об исчислении времени», Указ Президента РФ № 638 от 17 мая 2007 г. «Об использовании глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах социально-экономического развития РФ», постановление Правительства Российской Федерации от 23 марта 2001 г. № 225 «Об утверждении Положения о Государственной службе времени, частоты и определения параметров вращения Земли» (с изменениями от 2 августа 2005 г., 10 марта, 2 сентября 2009 г., 8 сентября 2010 г., 31.01.2012 г., 01.12.2018 г.), постановление Правительства РФ от 30 апреля 2008 г. № 323 «Об утверждении Положения о полномочиях федеральных органов исполнительной власти по поддержанию, развитию и использованию глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах обеспечения обороны и безопасности государства, социально-экономического развития Российской Федерации и расширения международного сотрудничества, а также в научных целях», постановление Правительства РФ от 31 января 2012 г. № 63 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации в связи с принятием Федерального закона «Об исчислении времени», приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 марта 2015 г. № 381 «Об обеспечении деятельности Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли», приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 09 апреля 2018 г. № 650 «Об утверждении состава и структуры технических средств и систем Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли».

4. Заказчик: Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП «ВНИИФТРИ»).

5. Исполнитель: Дальневосточный филиал ФГУП «ВНИИФТРИ».

6. Обоснование осуществления мероприятий: Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ) осуществляет научно-техническую и метрологическую деятельность по воспроизведению национальной шкалы времени и эталонных частот, по определению параметров вращения Земли, а также по обеспечению потребностей государства в эталонных сигналах частоты и времени, в информации о параметрах вращения Земли, точном значении московского времени и календарной дате.

Распространяемые службой эталонные сигналы частоты и времени (ЭСЧВ) и информация о точном значении московского времени и календарной дате необходимы для обеспечения потребителей в промышленности, экономике, науке, в области обороны и безопасности государства, в том числе, населения страны.

Информация о точном значении московского времени и календарной дате, а также

ЭСЧВ формируются на основе национальной шкалы координированного времени UTC(SU).

Информация о точном значении московского времени и календарной дате, распространяемая Государственной службой времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ПВЗ), является официальной, общедоступной и обязательной для использования на территории Российской Федерации.

7. Цель проведения мероприятий: Обеспечение непрерывного функционирования пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ».

8. Ожидаемые результаты и технические требования: В результате осуществления мероприятий «ГСВЧ-2021-ДВФ» должно быть обеспечено:

- непрерывное функционирование вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7 и других технических средств и систем пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ»;

- хранение и передача с заданными характеристиками единиц времени и частоты, воспроизводимых Государственным первичным эталоном единиц времени, частоты и национальной шкалы времени (ГЭВЧ);

- формирование, хранение и передача шкалы времени UTC(Khm), согласованной с национальной шкалой времени UTC(SU) с заданными характеристиками;

- контроль выполнения расписания и программы работы радиостанцией РНС-В(А);

- контроль характеристик ЭСЧВ, передаваемых ДВ радиостанцией РНС-В(А);

- контроль характеристик эталонных сигналов времени (ЭСВ), передаваемых космическими навигационными системами (КНС) ГЛОНАСС и GPS;

- передача информации о точном значении времени через глобальную сеть Интернет;

- проведение непрерывных наблюдений КА КНС GPS/ГЛОНАСС с целью определения и прогнозирования ПВЗ с заданными характеристиками;

- представление в ГМЦ ГСВЧ измерительной информации ВЭТ 1-7, информации о ПВЗ и результатов контроля передач эталонных сигналов частоты и времени в соответствии с установленным регламентом.

Должны быть проведены мероприятия по совершенствованию вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7. Мероприятия по совершенствованию эталона должны быть проведены в соответствии с требованиями приказа Минпромторга России от 11.02.2020 № 456 «Об утверждении требований к содержанию и построению государственных поверочных схем и локальных поверочных схем, в том числе к их разработке, утверждению и изменению, требований к оформлению материалов первичной аттестации и периодической аттестации эталонов единиц величин, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, формы свидетельства об аттестации эталона единицы величины, требований к оформлению правил содержания и применения эталона единицы величины, формы извещения о непригодности эталона единицы величины к его применению». Требования к метрологическим характеристикам усовершенствованного ВЭТ 1-7 приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Требования к характеристикам усовершенствуя»™™ pryr i 7

1 ЙЯГ ДиПуСКаСМЫХ смещений шкалы координированного времени и ГС(Кт) относительно национальной шкалы времени иТС(8и) не ± 10

2 Относительная нестабильность частоты эталона при т„= 10 + 30 сут Тн= 1 ГОД, <3,0x10"15

3 Случайная погрешность (СКО) сравнения шкалы времени иТС(Кш) с иТС(8и) по сигналам ГНСС прит„ = 1 сут, тн= 30 сут не ^ 1

4 Пределы допускаемых смещении рабочей шкалы времени относительно шкалы координированного времени иТС(Кт), не ±1

Ь Суммарная погрешность й 5,0х10'15

Должно быть обеспечено содержание специализированных зданий, сооружений и помещений, непрерывное функционирование систем энергообеспечения, систем прецизионного кондиционирования, пожарной безопасности, средств связи и других технических средств ПМК ГСВЧ.

9. Сроки выполнения мероприятий: январь 2021 г. - декабрь 2021 г.

10. Этапы и содержание мероприятий:

№ п/п

ЮЛ

10.1.1

Содержание этапа

Период (периодичность) выполнения

Вид отчетности

Когда и кому представляется отчет

10.1.2

D

Обеспечение непрерывного функционирования частоты ВЭТ 1-7. Организация обслуживания и Закупка материалов II оборудования

и развития вторичного эталона единиц времени и ремонта. Контроль метрологических характеристик.

Содержание и применение вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭТ 1-7: организация эксплуатации, обслуживания и ремонта комплекса хранения национальной шкалы времени; - организация эксплуатации, обслуживания и ремонта комплекса передачи единиц времени, частоты и шкалы времени; организация эксплуатации, обслуживания и ремонта комплекса средств технического обеспечения.

Формирование и хранение шкалы атомного времени ТА(Кт), относительная нестабильность частоты щ(т) ¿3,0x1 (У'5, т„- 10-30 сут, т«= 1 год

Непрерывно

Непрерывно

Запись в отчете о выполнении 413

Запись в отчете о выполнении ЧТЗ; Бюллетень серии «Е»

Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчётным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии.

При выходе из строя технических средств эталона - доклад в ГМЦ ГСВЧ по тлф. [phone] и на e-mail [e-mail]

Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчётным:

- отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии;

- бюллетень «Е» - на Лр-сервер ftp.vmiftri.ru

1 10.1.3 а 2 Формирование и хранение шкаль координированного времени иТС(К,„), пределы допускаемых смещений ЛТцт-рпитжш)!* 10 нс: 3 Непрерывно 4 Запись в отчете о выполнении ЧТЗ; Бюллетень серии «Е» 5 Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении ЧТЗ - в виде твердой копии; - Бюллетень «Е» - на Ар-сервер ftp.vniitiri.rii

10.1.4 □ Сравнение шкалы времени иТС(К,„) с национальной шкалой времени ЦТС(8И) по сигналам ГНСС, случайная погрешность (СКО) <1 нс, при Ти = / суш, Ти = 30 суш Непрерывно Запись в отчете о выполнении ЧТЗ; Бюллетень серии «Е» Файлы с результатами измерений смещений ШВ ГНСС относительно И'ГС(Кт) в форматах г тех. о Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчётным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии; - Бюллетень «Е» - на Лр-сервер ftp.vniiftri.ru - ежедневно на йр-сервер ftp.vniiflri.ru (допускаемая задержка представления - 2 дня +12 часов)

10.1.5 И Формирование и хранение рабочей шкалы времени: Т(КщРЧ), пределы допускаемых смещений ЛТцшчкпи го'чл ± / нс Непрерывно Запись в отчете о выполнении 413; Бюллетень серии «Е» Файлы с данными о разности местных координированных и рабочих ШВ: иТС(КИт)_ШС_ххххх_ drt.dat Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчётным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии; - Бюллетень «Е» - на йр-сервер ftp.vniiftri.ru - каждый понедельник и четверг на йр-сервер ftp.vniiftri.ru

10.1.6 Передача единиц времени и частоты: поверка (калибровка) рабочих эталонов и рабочих СИ По заявкам потребителей Запись в отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии

10.1.7 Мероприятия по совершенствованию вторичного эталона единиц времени и частоты ВЭ'Г 1-7 Январь -сентябрь 2021 г. Комплект документов эталона в соответствии с требованиями приказа Минпромторга России от 11.02.2020 №456 10.09.2021 г.

10.2 Обеспечение непрерывного функционирования технических средств контроля ЭСЧВ. Контроль характеристик ЭСЧВ, передаваемых российскими и иностранными техническими средствами и системами. Организации обслуживания и ремонта. Закупка материалов и оборудования

10.2.1 Организация эксплуатации, обслуживания и ремонта аппаратуры контроля ЭСЧВ Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии 1ри выходе из строя технических средств - доклад в ГМЦ ГСВЧ по глф. [phone] и та e-mail utc vmiftrifet.vmiflri.ru

1 2 3 4 5

10.2.2 Контроль выполнения расписания и программы работы радиостанцией РНС-В(А) Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии При нарушениях в работе -доклад в ГМЦ ГСВЧ по тлф. [phone] и на e-mail и 1С viuiñriíSvtfiiftri. ги

10.2.3 Контроль характеристик ЭСНВ, передаваемых российскими и иностранными техническими средствами и системами Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии

Радиостанцией РНС-В(А): - относительная погрешность по частоте ЛИ¿5,0x1 (У-, т„ - 1 сут; - допускаемое среднесуточное значение смещений временного положения меток шкалы времени передаваемых ЭСЧВ, относительно ЦТС^и) ± 5,0 мке; Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении 413 Файлы сданными о среднесуточных значениях смещений временного положения меток шкалы времени ЭСЧВ, относительно VTC(Khm) RNS Report dd-mm-yyyy.txt Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии - каждый понедельник и четверг на ftp-сервер ftp.vniiftri.ru

0 ГНСС ГЛОНАСС/СР8: - среднесуточные смещения системных шкал времени относительно шкалы координированного времени ища«,) ЛТ/ип •(кш)-шосо:юнлсс арцн Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Бюллетень серии «Е» Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии; - бюллетень «Е» - на йр-сервср ftp.vniiftri.ru

10.2.4 Удаленный мониторинг шкал времени ОТР-серверов ФГ'УП «ВНИИФТРИ» Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчётным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии

Файлы с результатами измерений в формате, аналогичном ntpq ntp-stat.txt Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным на Лр-сервер ftp.vniiftri.ru

10.2.5 Обеспечение передачи информации о точном значении времени через глобальную сеть Интернет Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении 413 Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: отчет о выполнении ЧТЗ в виде гвердой копии

1 10.3 --1- 1 3 1 4 | 5 - Обеспечение непрерывного функционирования технических средств ОПВЗ в ПМК ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ». Закупка материалов и оборудования

10.3.1 организация эксплуатации, обслуживания и ремонта технических средств ОПВЗ Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчётным: - отчет о выполнении ЧТЗ в виде твердой копии При выходе из строя технических средств - доклад в ГМЦ ГСВЧ по тлф. [phone] и на e-mail [e-mail]

10.3.2 Проведение измерений фазовыми приёмниками GPS/ГЛОНАСС JAVAD Sigma Непрерывно Запись в ежемесячном отчете о выполнении ЧТЗ Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении 413 в виде твердой копии

Сжатые файлы с результатами измерений в формате Hatanaka (Compact Rinex) с шагом не менее 30 с Ежечасно, не позже 15 минут следующего часа на йр-сервер ftp.vniiftri.ru

10.3.3 Измерение разности шкал водородного стандарта и внутренних шкал приемников JAVAD Sigma. Непрерывно Часовые файлы разностей внутренних шкал приёмников и шкалы водородного генератора из состава эталона Ежедневно, не позже 15 минут следующих суток на йр-сервер ftp.vniiftri.ru.

10.4 Анализ результатов функционирования и планирование работ ПМК П ФГУП «ВНИИФТРИ» ~ВЧ Дальневосточного филиала

10.4.1 Анализ результатов функционирования ПМК ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» Ежемесячно Отчет о выполнении ЧТЗ по теме «ГСВЧ-2021-ДВФ» Ежемесячно, не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным: - отчет о выполнении 413 в виде твердой копии.

10.4.2 Обоснование и планирование работы ПМ1С ГСВЧ на 2022 год 111 кв. 2021 - проект плана работ, - проект плана потребностей. ФГУП «ВНИИФТРИ», до 15.09. 2021 г. - проект плана работ; - проект плана потребностей

10.4.3 Составление итогового отчета о выполнении мероприятий по обеспечению непрерывного функционирования ПМК ГСВЧ ДВ филиала ФГУП (ВНИИФТРИ» в 2021 году IV кв. 2021 г. Итоговый отчет о выполнении 413 на (Осуществление мероприятий по обеспечению ■епрсрывного функционирования ПМК ГСВЧ ДВ филиала ФГУП (ВНИИФТРИ» в 2021 году». ФГУП «ВНИИФТРИ», 16.11. 2021 г. - элекгронная версия; 07.12. 2021 г. - твердая копия.

И. Порядок внесения изменений: Настоящее техническое задание при необходимости может изменяться и уточняться по согласованию сторон.

- 1З8 -

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной

работы

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Грунина Алексея Петровича

Комиссия в составе: Председатель:

- директор Дальневосточного филиала ФГУГ1 «ВНИИФТРИ» Бусовикова В.И. Члены комиссии:

- начальник лаборатории метрологического обеспечения ультразвуковой дефектоскопии и акустических измерений, Романко АА.;

- и.о. начальника лаборатории оптико-акустических измерений, к.т.н., Базылев П.В.;

- начальник лаборатории метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля, испытаний и технической экспертизы, к.т.н., Шулатов A.B.

составили настоящий акт о том, что отдельные результаты диссертационной работы «МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦ ВРЕМЕНИ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы при выполнении ЧТЗ «Осуществление мероприятий по обеспечению непрерывного функционирования пункта метрологического контроля ГСВЧ Дальневосточного филиала ФГУП «ВНИИФТРИ» в 2021 году».

Разработанный программно-аппаратный комплекс для приема сигналов импульсно-фазовых радионавигационных систем осуществляет контроль выполнения расписания и программы работы радиостанции РНС(В)-А, осуществляет контроль относительной погрешности по частоте и смещения меток шкалы времени, передаваемых радиостанцией относительно UTC(SU) в соответствии с пунктами 10.2.2 и 10.2.3 ЧТЗ.

Председатель комиссии: Члены комиссии:

"A.A. Романко

П.В. Базылев A.B. Шулатов

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Свидетельство о государственной регистрации программы

для ЭВМ