4. Система единого времени
Система единого времени (СЕВ) служит для согласования в едином времени всех измеряемых в данном эксперименте параметров на борту летательного аппарата и на наземных измерительных средствах, а также выдачи технологических частот на срабатывание аппаратуры (начало лентопротяжки и т.п.). При этом важным является не только сама точность измерения интервалов времени, но и точность отсчета установленного единого времени. Применение единого времени обеспечивает документирование текущего (единого) времени на регистраторах измерительной аппаратуры и выдачу сигналов требуемой частоты на срабатывание различных устройств и приборов, относящихся к системам измерений и штатным средствам летательного аппарата.
При организации системы единого времени следует рассматривать следующие варианты размещения измерительной аппаратуры.
1. Измерения выполняются на борту одного летательного аппарата. Измерения на земле не проводятся. Измерительная аппаратура находится на борту одиночного летательного аппарата и может состоять из осциллографов, магнитных регистраторов кинофотоаппаратуры, бортовой электронно-вычислительной машины. На борту больших летательных аппаратов количество единиц измерительной аппаратуры может насчитываться десятками.
2. Измерения выполняются на борту нескольких летательных аппаратов. Измерения на земле не проводятся. Номенклатура бортовой измерительной аппаратуры на каждом летательном аппарате такая же, как в предыдущем случае.
3. Измерения выполняются только наземными измерительными средствами, которые могут состоять из траекторных измерительных средств (кинотеодолиты, радиолокационные станции, фазовые пеленгаторы) и приемных радиотелеметрических станций.
4. Измерения выполняются бортовой измерительной аппаратуры одного или нескольких летательных аппаратов и трассовыми измерительными средствами.
Во всех случаях, когда измерения проводятся на борту летательного аппарата (наиболее простой случай), применяют автономные датчики времени. Такими датчиками времени могут быть электрочасы или блок времени магнитного регистратора, подсоединенные ко всем бортовым регистраторам измерительной аппаратуры. Передачу технологических частот (на срабатывание устройств, включение и выключение лентопротяжных механизмов и т.п.) от таких источников времени выполнить нельзя, что является в некоторых случаях недостатком.
Во всех других случаях организация системы единого времени при одновременных измерениях на нескольких летательных аппаратах или при участии наземных средств аэродромной измерительной трассы используется созданная для этой цели самолетная СЕВ, которая является последней ступенью общегосударственной системы единого времени и включает в себя:
государственную службу времени, где в качестве первичного источника времени используется Государственный эталон времени, погрешностью которого в обозримый интервал времени можно пренебречь;
вторичный эталон времени, синхронизированный с Государственным эталоном времени по каналам связи непрерывно или в установленные моменты времени;
автономный датчик времени и технологических частот (сигналов).
Максимальная точность синхронизации вторичного эталона по частоте обеспечивается передачей синхронизирующей частоты на СДВ–диапазоне, так как этот диапазон волн обладает высокой фазовой стабильностью, несмотря на изменение состояния среды вдоль трассы. Фазовая нестабильность, пересчитанная во время, не превышает 2,5 мкс. Поэтому Международный консультативный комитет по радиосвязи рекомендует для передачи стандартных несущих частот и сигналов времени частоту порядка 20 кГц.
Самолетная система единого времени настраивается на вторичный эталон времени и частоты. Вторичный эталон времени, в свою очередь, настраивается на сигналы Государственного стандарта времени и частоты (ГСВЧ), используя аппаратуру предполетной подготовки (рис. 3).
Рис. 3. Схема системы единого времени: 1 – бортовая аппаратура СЕВ; 2 – вторичный блок времени и частоты; 3 – аппаратура предполетной подготовки СЕВ; 4 – помещение для аппаратуры; 5 – самолет; 6 – сигналы СЕВ, передаваемые на борту; 7 – сигналы событий, передаваемые на земле; 8 – сигналы ГСВЧ.
Самолетная система единого времени является автономной аппаратурой, работающей в режиме единого времени со всеми измерительными средствами. Кроме сигналов единого времени система может выдавать необходимые технологические частоты измерительной аппаратуре, находящейся на борту летательного аппарата, а также его штатному оборудованию.
Как правило, система единого времени организуется так, чтобы аппаратура СЕВ каждого измерительного поста (на земле или в воздухе) работала автономно, без передачи с поста на пост сигналов единого времени по линиям связи.
Для совпадения частот и времени аппаратуры СЕВ каждого измерительного пункта измерительной трассы предварительно настраиваются по частоте и времени по сигналам Государственного стандарта времени и частоты. По линиям связи передаются только сигналы начала и конца работы.
Основой системы единого времени являются первичные и вторичные эталоны времени, которые характеризуются воспроизводимостью и стабильностью частоты, а также точностью установки номинала. Воспроизводимостью частоты называется возможность самокалибровки и восстановления номинальной частоты колебаний при их кратковременном уходе. Стабильностью эталона времени (частоты) называется его способность сохранять неизменной величину воспроизведения единицы времени (частоты) в течение заданного интервала времени.
Датчики времени оцениваются абсолютной и относительной нестабильностью. Абсолютная нестабильность выражается
где Fном – номинальное значение частоты; Fдейств – действительное ее значение.
Относительная нестабильность определяется
.
На стабильность
влияют случайные (температура, давление
и т.п.) и систематические (настройка,
несовершенство эталона) факторы.
Нестабильность датчиков времени с
нетермостатированными кварцевыми
резонаторами может изменяться от
.
На нестабильность влияет также старение
резонатора (кварца). Суммарная относительная
нестабильность кварцевого эталона
может доходить до величины
.
В то же время существуют кварцевые
генераторы, имеющие случайную составляющую
относительной нестабильности, равную
.
Точность отсчета интервала определяется классом применяемого датчика времени и точностью установки его номинала, что зависит от того, как часто происходит сверка с эталоном времени, вызванная уходом частоты.
Так,
например, если задана точность
= 0,001 с, то при датчике времени, имеющем
нестабильность
,
подстройку следует производить примерно
через 30ч.
В качестве бортовой системы единого времени можно использовать в некоторых случаях электрочасы, которые выдают электрические импульсы в течение четырех секунд через одну секунду, а на пятой секунде, через половину секунды. Имеются также датчики времени, обеспечивающие выдачу сигналов времени и в виде последовательного многоразрядного кода.
Суммарная среднеквадратичная погрешность системы единого времени возникает за счет погрешности синхронизации по фазе шкалы времени, нестабильности частоты задающего генератора, неточности подстройки частоты задающего генератора по эталонным сигналам, неточности ввода поправки на время распространения эталонных сигналов. Величины всех составляющих среднеквадратических погрешностей определяются экспериментально.