Дипломная работа на тему: Обзор существующих методов решения задачи синхронизации шкал времени разнесённых пунктов

Введение

Развитие радионавигационных средств на протяжении всей истории их

существования неизменно стимулировалось расширением области применения и

усложнением задач, возлагавшихся на них, и прежде всего ростом требований к их

дальности действия и точности. Если в первые десятилетия радионавигационные

системы обслуживали морские корабли и самолеты, то затем состав их потребителей

значительно расширился, и в настоящее время охватывает все категории подвижных

объектов, принадлежащих различным ведомствам. Если для первых РИС -

амплитудных радиомаяков и радиопеленгаторов - была достаточна дальность

действия в несколько сотен километров, то затем постепенно требования к

дальности возросли до 1...2.5 тыс. км (для внутриконтинентальной навигации), до

8...10 тыс. км (для межконтинентальной навигации) и, наконец, превратились в

требования глобального навигационного обеспечения. Что касается точности, то

поначалу устраивала точность в несколько километров, затем оказалось возможным

реализовать точности в сотни метров и, наконец, с появлением технических

возможностей для создания сетевых СРНС удалось удовлетворить требованиям на

уровне десятка метров. Но требования продолжают ужесточаться, возникает

необходимость в дециметровых и сантиметровых точностях, которые можно

обеспечить, совершенствуя сетевые СРНС и применяя в них дифференциальный

режим работы.

К настоящему времени в арсенале радионавигационной техники скопилось

немало систем, отличающихся между собой дальностью действия и точностью, что

предопределяет различие их в принципах действия. Средства ближней навигации

(РСБН) в диапазоне УКВ используют импульсные дальномеры и фазовые или

частотные угломерные устройства на примерах системы "ВОР", "ДМЕ", "РСБН".

Из средств дальней радионавигации (РСДН) можно отметить длинноволновые

"Чайку" и "Лоран-С", работающие в импульсно-фазовом режиме, и

сверхдлинноволновые "Омегу" и "РСДН-20" с фазовыми измерениями. Находят

также применение амплитудные многолепестковые радиомаяки типа "ВРМ-5" и

"Консоль". Низкоорбитные спутниковые РНС "Цикада" и "Транзит", основанные на

доплеровских (частотных) измерениях, широко обеспечивают кораблевождение.

Наконец, находятся в стадии интенсивного развертывания среднеорбитные сетевые

СРНС "Глонасс" и "Навстар", обладающие самыми высокими показателями:

глобальностью, высокой точностью, непрерывным обслуживанием неограниченного

числа потребителей.

Наиболее высоким уровнем эффективности использования различных РИС

представляется создание единого радионавигационного поля, когда излучения всех

источников навигационных сигналов синхронизированы. При этом информация,

выделяемая при обработке сигналов любой из излучающих радиостанций, способна

в соответствующей степени повысить точность и надежность навигационно-

временных определений. Синхронизация излучения всех радионавигационных

средств с помощью сигналов системы единого времени (СЕВ) будет способна

объединить частные радионавигационные поля в Единое радионавигационное поле,

что позволит более гибко предоставлять навигационно-временное обеспечение

различным потребителям в необходимых районах.

Важно подчеркнуть, что основу Единого поля составит глобальное поле

сетевых СРНС. Эти системы 2-го поколения являются сетевыми системами

непрерывного действия, обеспечивающими глобальное высокоточное определение

полного вектора состояния П. Сеть НИСЗ развертывается из 18-24 спутников,

координировано обращающихся по круговым орбитам высотой около 20000 км

(период обращения 12 ч), лежащим в 3-6 пересекающихся плоскостях с

наклонением 55...65? так, что на каждой из орбит равномерно размещается 3-8

НИСЗ. Спутники на таких орбитах имеют достаточно обширную зону видимости и

позволяют уверенно выполнять по ним радиально-скоростные измерения. Это

позволило реализовать важную техническую идею - координацию

пространственного расположения НИСЗ на орбитах и координацию по времени

излучаемых спутниками сигналов. Именно координация движения всех НИСЗ

придает системе сетевые свойства, которых она лишена при отсутствии коррекции

положения НИСЗ.

В СНГ СРНС 2-го поколения получила наименование "Глонасс" (Глобальная

навигационная спутниковая система), в США "Навстар" (Navstar-Navigational

Satellite Time and Randin - навигационный спутник измерения времени и координат)

или по ее фактическому назначению GPS (Global Position Sistem - глобальная

система местоопределения). Основные свойства обеих СРНС определяются

выбором системы НИСЗ (баллистическим построением), высокой стабильностью

бортовых эталонов частоты, выбором сигнала и способов его обработки, а так же

действенными способами устранения и компенсации ряда погрешностей.

ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система, предназначенная

для определения положения, скорости и точного времени для кораблей, самолетов,

наземных объектов и других типов пользователей. Система "Глонасс состоит из

трех подсистем: подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и

управления, оборудование пользователей.

Орбитальная группировка ИСЗ состоит из 24 спутников, по восемь в каждой из

трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости размещаются через каждые

120 градусов по возрастанию абсолютного угла долготы.

Определение пространственных координат и составляющих скорости

основывается на дальномерных и доплеровских измерениях. Спутниковые РИС

характеризуются высокими требованиями к формированию системной шкалы

времени и ее поддержанию (хранению) в течение всего срока существования

системы. Необходимость в высокой стабильности временной шкалы возрастает по

мере повышения требований к точности навигационных определений, в особенности

при использовании пассивного дальномерного метода. Параметры системы и ее

отдельных звеньев, а также математическое обеспечение (МО) выбираются так,

чтобы точность навигационных определений оценивалась значениями по

координатам до 10 м, по скорости до 0,05 м/с.

Глобальное поле сетевых СРНС при успешном развитии международного

сотрудничества будет образовано полями обеих систем "Глонасс" и "Навстар", т.к.

близость этих систем как по баллистическому построению орбитальной

группировки КЛА, так и по радиосигналам, излучаемым КЛА, позволяет создать

АП, работающую по сигналам обеих систем. При этом в качестве рабочих созвездий

будут одновременно использованы КА, принадлежащие обеим системам.

В бортовой аппаратуре навигационно-временного обеспечения подвижных

объектов, создаваемой в виде комплексов соответствующих средства основным

радионавигационным каналом явится канал сетевых СРНС, позволяющий

определять полный вектор состояния подвижного объекта - три его координаты, три

составляющие вектора скорости, поправки к бортовой ШВ и к частоте местного

эталонного генератора. Поскольку потребителями ССРНС будут не только

подвижные объекты, но и стационарные, нуждающиеся в высокоточном

определении их координат и поправок к местной ШВ, речь может идти не только о

навигационно-временном обеспечении, но и о более широкой задаче - координатно-

временном обеспечении. Применительно к такой постановке вопроса можно также

утверждать, что основу координатно-временного обеспечения составит именно

применение сетевых спутниковых РИС.

Можно утверждать, что основой навигационно-временного обеспечения

потребителей всех видов (исследовательских, народнохозяйственных, оборонных)

на ближайшие десятилетия явятся именно сетевые спутниковые системы "Глонасс"

и "Навстар".

Целью дипломного проекта является разработка устройства при помощи

которого можно осуществлять синхронизацию шкал времени (ШВ) удалённых

пунктов. В качестве эталона времени принимается ШВ системы "ГЛОНАСС". При

помощи этого устройства можно осуществлять привязку к другим системам точного

времени (СЕВ, UTC). Этого можно достигнуть, учитывая известные расхождения

между ШВ "ГЛОНАСС" и ШВ других систем. Ещё более повысить точность

временного обеспечения можно путём использования сигналов американской

спутниковой навигационной системы GPS (NAVSTAR), однако в данном проекте

такая задача не ставится.

Оглавление

- Введение 3

- Обзор существующих методов решения задачи синхронизации шкал времени разнесённых пунктов

- Краткие сведения о спутниковых навигационных системах

- Возможность решения задачи согласования шкал времени по сигналам систем глонасс и навстар

- Методы синхронизации шв удаленных пунктов

- Краткая характеристика хранителей времени

- Способы синхронизации удалённых пунктов

- Методы сверки временных шкал применяемые в ссрнс для синхронизации бхв исз с нхв

- Методы коррекции временных шкал на примере нисз

- Необходимость коррекции

- Коррекция методом фазирования

- Коррекция кода БШВ

- Оценка точности сверки шв удаленных пунктов по выборке одновременных псевдодальномерных измерений

- Потенциальная точность сверки шв пункта с известными координатами по данным псевдодальномерных и радиальных псевдоскоростных измерений

- Синхронизация временных шкал сети нисз на основе взаимных временных измерений

- Способы учёта в навигационном сеансе смещений временных шкал нисз

- Структурная схема типовой ап ссрнс

- Состав АП потребителя

- Задачи решаемые блоками АП

- Выбор и обоснование принятого варианта устройства коррекции шкал времени удалённых пунктов

- Выбор и обоснование метода сверки и коррекции шкал времени

- Выбор и обоснование аппаратуры приёма шкалы времени

- Одноканальная АП

- Многоканальная АП

- Выбор и обоснование структурной схемы аппаратуры сверки и коррекции шв

- Выбор и обоснование функциональной схемы устройства сверки и коррекции шв

- Выбор микропроцессора

- Выбор ОЗУ

- Выбор ПЗУ

- Выбор устройства ввода-вывода

- Алгоритм работы устройства скшв

- Синтез принципиальной схемы устройства скшв

- Электрический расчёт

- Краткие сведения о вторичных источниках питания

- Расчёт силовой части импульсного преобразователя

- Принцип действия преобразователя

- Расчёт преобразователя

- Конструктивный расчёт

- Конструкция печатной платы

- Конструкции блоков микроэлектронной аппаратуры

- Технико-экономическое обоснование дипломного проекта

- Методы экономического обоснования дипломного проекта

- Характеристика проекта

- Определение смётной стоимости и отпускной цены на ниокр

- Построение сетевого графика

- Охрана труда и экологическая безопасность

- Требования к персоналу при обслуживании и регламентных работах на оборудовании находящимся под высоким напряжением

- Охрана труда в помещениях с техническим микроклиматом

- Общая характеристика технологического микроклимата в помещении и его влияние на организм работающих

- Нормативные санитарно-гигиенические параметры среды, средства и методы их обеспечения при организации технологического микроклимата

- Заключение 81

- Литература 83

- Приложение

Заключение

В данном дипломном проекте разработано устройство синхронизации шкал

времени удалённых пунктов по сигналам "Глонасс".

Синхронизация излучения всех радионавигационных средств с помощью

данного устройства будет способна объединить частные радионавигационные поля в

Единое радионавигационное поле, что позволит более гибко предоставлять

навигационно-временное обеспечение различным потребителям в необходимых

районах.

В первой главе дипломного проекта был произведен обзор и анализ различных

литературных источников. В ней даны краткие сведения о спутниковых

навигационных системах, возможности решения задачи согласования шкал времени,

методах сверки и коррекции ШВ. Результатом выполнения этой главы явилась

систематизация знаний в данной области. Стали чётко понятными задачи дипломного

проекта.

Во второй главе был выбран наиболее подходящий для поставленной задачи

метод. Таким способом является способ синхронизации который заключается в

независимой работе синхронизируемых пунктов по НИСЗ ССРНС. При этом каждый

из синхронизируемых пунктов независимо сверяет свою ШВ С ШВ сети НИСЗ

определяет поправку и корректирует свою ШВ на размер этой поправки. Очевидно

что, после проведения сеансов сверки в пунктах ШВ каждого из них оказываются

привязанными к шкале времени НИСЗ.

Подверглись рассмотрению различные виды аппаратуры потребителя системы

"Глонасс".

Была проанализирована и выбрана структурная схема. Для вычисления поправки

к ШВ ЭЧ как наиболее удовлетворяющий современным тенденциям области

проектирования устройств цифровой обработки информации использован

микропроцессорный элемент. Тем самым обеспечена гибкость разработанного

устройства по отношению к изменениям в его структуре (например, изменение

алгоритма вычисления), уменьшится количество применяемых элементов, снизится

стоимость разработки на этапе проектирования и внедрения, повысятся

характеристики по точности и быстродействию.

Далее была разработана функциональная схема. Были выбраны микропроцессор,

ОЗУ, ПЗУ и другие узлы. Далее был разработан алгоритм работы устройства.

Всё это позволило произвести синтез принципиальной схемы.

В третьей главе приведен электрический расчет принципиальной схемы

устройства вторичного питания для обеспечения работоспособности разработанного

устройства.

В четвёртой главе рассмотрен конструктивный расчет и разработан корпус

изделия.

В следующей главе произведен расчет себестоимости научно?исследовательской

работы, построен сетевой график, сетевой график с

привязкой ко времени и дано обоснование дипломного проекта с экономической

точки зрения.

Последняя глава посвящена вопросам охраны труда и экологической

безопасности, как не отъемлющей части любого производства.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что задание на дипломный

проект выполнено - разработано устройство коррекции шкал времени разнесённых

навигационных пунктов по сигналам ССРНС "Глонасс".

Список литературы

1. Носенко А.А. Сетевые методы методы планирования НИР и ОКР. Методическое

пособие по дипломному проектированию (для студентов всех специальностей).

2. Елецких Т.В., Литвинович К.Р. и др. Методические указания к практическим

занятиям по курсу "Экономика предприятия". Минск: БГУИР, 1996, 100с.

3. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Экономика

предприятия" для студентов радиотехнических специальностей. Под редакцией

Елецких Т.В. Минск: БГУИР, 1996, 100с.

4. Елецких Т.В., Афитов Э.А. и др. Методические указания по технико-

экономическому обоснованию дипломных проектов. Минск: БГУИР, 1996, 122с.

5. Технологические указания по выполнению регламентных работ и проверке на

соответствие нормам основных технических параметров. ? М.: Воздушный

транспорт, 1978г.

6. Под ред. Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. - 2-

е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1993.- С. 235-240.

7. Мёллер К. Теория относительности: Пер. с англ./ Под ред. Д. Д. Иваненко.- М.:

Атомиздат, 1975.- 400 с.

8. Чуров Е.П. Спутниковые системы радионавигации. ? М.: Советское радио, 1977г.

9. Кузенков В. Д. Спутниковые системы радионавигации. ? Куйбышев:

Куйбышевский авиационный институт, 1987г.

10. Гражданской Авиации. ? М.: Транспорт,1983г.

11. Микропроцессоры. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-

управляющие системы. /Вернер В. Д., Воробьев Н. В. и др.; Под ред. Преснухина Л.

Н. ? Минск : Выш. шк.,1987г.

12. Проектирование цифровых систем на комплектах микро программируемых БИС.

/Под ред. Колесникова. В. Г. ? М.: Радио и связь, 1984г.

13. Однокристальные микроЭВМ. Справочник. ? М.: МИКАП, 1994г.

14. Лебедев О.Н. и др. Изделия электронной техники. Микросхемы памяти. ? М.:

Радио и связь, 1994г.

15. Сосновский А.А. Авиационная радионавигация. Справочник. ? М.: Транспорт,

1990г.

16. Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения

координат. ? М.: Советское радио,1977г.

17. Олянюк П.В., Астафьев Г.П., Грачев В.В. Радионавигационные устройства и

системы Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. ? М.: Бином, 1993г.

18. Интегральные микросхемы: Микросхемы для телевидения и видеотехники. ? М.:

ДОДЭКА, 1995г.

19. Функциональные устройства на микросхемах / Под ред. Найдерова В.З. ? М.: Радио

и связь, 1985г.

20. Булычев А.Л. Аналоговые интегральные схемы. ? Минск: Беларусь, 1994г.

21. Кислярский Е.Е. Справочник по полупроводниковым приборам. ? Симферополь:

Серафима, 1996г.

22. Анализ и расчет интегральных схем. Часть 1. Под ред. Линна А. и др.. Перевод с

английского под ред. Ермолаева Б. И. ? М.: Мир, 1969г.

23. Елецких Т.В., Афитов Э.А. и др. Методические указания по

технико?экономическому обоснованию дипломных проектов. ? Минск: БГУИР,

1996г.

24. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры. Под ред. Высоцкого

Б.Ф. и др. ? М.: Радио и связь, 1982г.

25. Бондаренко О.Е., Федотов Л.М., Конструктивно?технологическая основа

проектирования микросборок. ? М.: Радио и связь, 1988г.

26. Анализ и расчет интегральных схем. Часть 2. Под ред. Линна А. и др.. Перевод с

английского под ред. Ермолаева Б. И. ? М.: Мир, 1969г.

27. Гуськов Г.Я. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. ? М.: Радио и связь, 1986г.

28. Лебедев О.Т. Конструирование и расчет электронной аппаратуры на основе

интегральных микросхем. ? Л.: Машиностроение, 1976г.

29. Носенко А.А. Сетевые методы планирования НИР и ОКР. Методическое пособие

по дипломному проектированию (для студентов всех специальностей). ? Минск:

БГУИР, 1992г.

30. Елецких Т.В., Литвинович К.Р. и др. Методические указания к практическим

занятиям по курсу "Экономика предприятия". ? Минск: БГУИР, 1996г.

31. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Экономика

предприятия" для студентов радиотехнических специальностей. Под редакцией

Елецких Т.В. ? Минск: БГУИР, 1996г.

32. Нечаев И.А. Конструирование на логических элементах цифровых микросхем. ?

М.: Радио и связь, 1993г.

33. Конструирование функциональных узлов ЭВМ на интегральных микросхемах /

Под ред. Ермолаева. - М.: Сов. радио, 1978