Il ricevitore 'R&S®ESMD aumenta l'accuratezza della marcatura temporale nelle applicazioni TDOA

Il problema da risolvere

In una rete che utilizza la tecnica della differenza temporale dei segnali in arrivo (TDOA, time difference of arrival), viene misurata la differenza temporale di arrivo di un segnale a tre o più posizioni dei ricevitori. Le differenze di tempo misurate rendono possibile la determinazione dell'origine geografica del segnale. A causa dell'elevata velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche, il problema più grande per i ricevitori consiste nell'inserire la marcatura temporale di precisione elevata nel flusso di dati I/Q. Ciò richiede un metodo adeguato per la sincronizzazione dell'orologio interno dei ricevitori. Marcature temporali assolute che siano indipendenti dalle impostazioni dei ricevitori sono necessarie per la ottenere la massima flessibilità del sistema.

Soluzione di monitoraggio

L'opzione R&S^®ESMD-IGT aggiunge un modulo GPS interno al ricevitore R&S^®ESMD. Quando viene connessa un'antenna GPS, il modulo trasmette la posizione e l'ora GPS a ricevitore R&S^®ESMD.

Il segnale GPS in impulsi al secondo (PPS) viene utilizzato per sincronizzare la frequenza di riferimento interna a 10 MHz nel ricevitore R&S^®ESMD. Un loop controllato da software riduce al minimo l'influenza del consueto jitter del segnale PPS, aumentando considerevolmente la stabilità della frequenza e l'accuratezza temporale del ricevitore R&S^®ESMD.

Questa soluzione di Rohde & Schwarz garantisce una marcatura temporale assoluta di precisione estremamente elevata nel flusso di dati in banda base senza alcuno sforzo aggiuntivo (per valori dettagliati vedere la scheda tecnica del ricevitoreR&S^®ESMD, PD 5213.9863.22).

Nelle applicazioni TDOA, i più piccoli errori durante l'inserimento della marcatura temporale possono comportare posizioni calcolate in modo errato. Le modifiche in varie impostazioni (ad es. frequenza centrale, larghezza di banda, span) influenzano il ritardo del segnale nel ricevitore. Ignorare questo fatto può comportare significativi errori di posizionamento causati da marcature temporali inaccurate. Il ricevitore R&S^®ESMD prende esattamente in considerazione l'influenza temporale di tutti gli elementi nella catena di elaborazione del segnale. La marcatura temporale inserita nel flusso di dati I/Q corrisponde all'esatto istante in cui il segnale raggiunge l'ingresso dell'antenna del ricevitoreR&S^®ESMD. È perciò possibile impostare una rete TDOA eterogenea, che include vari ricevitori per siti con requisiti operativi diversi (immunità ai segnali grandi, sensibilità, larghezza di banda in tempo reale, ecc.). I sistemi convenzionali TDOA devono essere impostati con ricevitori identici che abbiano le stesse impostazioni al momento della misura. Ciò complica considerevolmente l'implementazione e la misura effettiva, e limita significativamente la flessibilità.

Applicazione

Se un ricevitore R&S^®ESMD equipaggiata con l'opzione R&S^®ESMD-IGT viene trasferito in un nuovo sito dove può chiaramente vedere almeno quattro satelliti GPS, al modulo GPS servono circa 26 s per determinare la posizione attuale. Dopo circa 20 min di funzionamento, l'oscillatore a cristalli riscaldati (OXCO) del sintetizzatore raggiunge la sua temperatura operativa ottimale. Il segnale PPS fornito dal modulo GPS aumenta, inoltre, l'accuratezza della frequenza di riferimento interna. Il ricevitore R&S^®ESMD esegue continuamente il monitoraggio dell'accuratezza durante il funzionamento. Quando la sincronizzazione della frequenza di riferimento interna con il segnale PPS è stata completata, l'utente riceve un messaggio sull'interfaccia utente grafica dello strumento.

A seconda dei requisiti, il modulo GPS interno può essere utilizzato in tre diverse modalità operative:

Modalità free run

In modalità free run, l'accuratezza temporale è minima. La posizione determinata dal modulo GPS è soggetta a considerevole jitter, che influenza anche il comportamento temporale. Tuttavia, non è necessario un tempo per il calcolo della media né che la posizione sia conosciuta.

Modalità di calcolo della media

In modalità di calcolo della media (averaging), il ricevitore R&S^®ESMD calcola la media dei dati di posizione fino a quando sia raggiunta un'accuratezza di posizionamento minima definita dall'utente e sia stato raggiunto il tempo minimo per il calcolo della media. Non appena i dati di posizione per il calcolo della media sono accurati come richiesto, il ricevitore passa automaticamente alla modalità fissa.

Modalità fissa

In modalità fissa (fixed), il ricevitore R&S^®ESMD utilizza una posizione statica come riferimento, il che significa che anche il comportamento temporale raggiunge l'accuratezza massima. Se un ricevitore è portato in una posizione con coordinate esattamente note, queste possono essere preimpostate in modalità fissa. Se i dati di posizione non corrispondono alla posizione effettiva, il ricevitore R&S^®ESMD passa alla modalità di funzionamento free run. In tutti i casi, è richiesta una buona ricezione satellitare per ottenere dati di posizione accurati e marcature temporali precise.

Interfaccia utente R&S®ESMD con modulo GPS R&S®ESMD-IGT e antenna GPS esterna

Indicatore grafico

Utilizzo della frequenza di riferimento interna (sincronizzata con il PPS), sincronizzazione completata. Questo indicatore è visualizzato dopo che l’oscillatore OCXO si è riscaldato e il ciclo di controllo del segnale PPS si è stabilizzato. Una volta completata la sincronizzazione, viene raggiunta l’accuratezza massima della marcatura temporale in una posizione GPS fissa (modalità fissa).