R&S®ESMD: повышение точности меток времени в системах TDOA

Пользовательские требования

В сети TDOA (на основе разности времени прихода сигналов) временная разница измеряется для приемников, расположенных в трех или более местах. Измеренная разница позволяет определить географическое местоположение источника сигнала. Из-за высокой скорости распространения электромагнитных волн самая большая проблема для приемников заключается в добавлении высокоточной метки времени в поток I/Q-данных. Для этого требуется подходящий метод синхронизации времени в приемниках. Для максимальной гибкости системы требуются абсолютные метки времени, которые не зависят от настроек приемника.

Решение для мониторинга

Опция R&S^®ESMD-IGT добавляет внутренний GPS-модуль в приемник R&S^®ESMD. Когда подключается GPS-антенна, модуль выдает GPS-время и местоположение в R&S^®ESMD.

Сигнал PPS (импульс в секунду) системы GPS используется для синхронизации внутренней опорной частоты 10 МГц в приборе R&S^®ESMD. Программно управляемый контур сокращает до минимума влияние обычного джиттера сигнала PPS и значительно повышает стабильность частоты и точность времени приемника R&S^®ESMD.

Это решение компании Rohde & Schwarz обеспечивает получение высокоточных абсолютных меток времени в модулирующем потоке данных без дополнительных усилий (точные значения приведены в технических данных прибора R&S^®ESMD PD 5213.9863.22).

В системах TDOA малейшие ошибки при добавлении метки времени могут приводить к неверному расчету местоположения. Изменения различных настроек (например, центральной частоты, полосы пропускания, полосы обзора) влияют на задержку сигнала в приемнике. Если игнорировать этот факт, из-за неточных меток времени возможны значительные ошибки при определении местоположения. Приемник R&S^®ESMD точно учитывает влияние на время всех элементов в схеме обработки. Метка времени, добавленная в поток I/Q-данных, точно соответствует моменту достижения сигналом входа антенны R&S^®ESMD. Поэтому можно создать неоднородную сеть TDOA, которая включает различные приемники, соответствующие требованиям различных мест размещения (устойчивость к интенсивным сигналам, чувствительность, полоса пропускания реального времени и т. д.). Традиционные системы TDOA состоят из идентичных приемников, которые должны быть одинаково настроены в момент измерения. Это значительно усложняет реализацию и фактические измерения, а также существенно ограничивает гибкость системы.

Применение

Если приемник R&S^®ESMD с опцией R&S^®ESMD-IGT доставляется на новое место с хорошей видимостью не менее четырех спутников GPS, GPS-модуль приблизительно через 26 с определяет текущее местоположение. Приблизительно через 20 минут работы термостатированный кварцевый генератор (OCXO) синтезатора достигает оптимальной рабочей температуры. Выдаваемый GPS-модулем сигнал PPS дополнительно повышает точность внутренней опорной частоты. Приемник R&S^®ESMD непрерывно контролирует точность во время работы. После завершения синхронизации внутренней опорной частоты с помощью сигнала PPS в графическом интерфейсе пользователя отображается сообщение.

В зависимости от требований внутренний GPS-модуль может использоваться в трех различных режимах работы:

Автономный режим

В автономном режиме точность минимальная. Определенное GPS-модулем местоположение искажается значительным джиттером, который также влияет на синхронизацию. Время на усреднение не требуется, но и данные о местоположении остаются неточными.

Режим усреднения

В режиме усреднения прибор R&S^®ESMD усредняет данные местоположения, пока не будут достигнуты задаваемая пользователем точность определения местоположения и минимальное время усреднения. После достижения требуемой точности усреднения данных местоположения приемник автоматически переключается в фиксированный режим.

Фиксированный режим

В фиксированном режиме приемник R&S^®ESMD использует статическое местоположение в качестве опорного. Это означает, что также достигается максимальная точность синхронизации. Если приемник доставляется в место с точно известными координатами, их можно предварительно задать для фиксированного режима. Если данные местоположения не соответствуют фактическим значениям, R&S^®ESMD переключается в автономный режим. Во всех случаях для получения точных данных местоположения и меток времени требуются хорошие условия приема спутниковых сигналов.

Пользовательский интерфейс R&S®ESMD с GPS-модулем R&S®ESMD-IGT и внешней GPS-антенной

Графический индикатор

Использование внутренней опорной частоты (синхронизируемой с PPS), синхронизация завершена. Этот индикатор отображается после прогрева термостатированного кварцевого генератора и стабилизации контура управления PPS. После завершения синхронизации достигается максимальная точность меток времени на фиксированной позиции GPS (фиксированный режим).