Вестник Кольского научного центра РАН. 2010, №2.

Микроконтроллер предназначен для управления всем устройством, обработки GPRMC строк поступающих с спутникового приемника и генерации, собственных GPRMC строк. Устройство имеет три режима работы: • режим начальной синхронизации. В этом режиме происходит первичная синхронизация эмулятора GPS с приемником GPS/ГЛОНАСС для дальнейшей работы устройства в автономном режиме; • автономный режим. Этот режим выбирается, если спутниковый сигнал отсутствует, а сигналы GPS/ГЛОНАСС приемника эмулируются программой; • режим конечной синхронизации. В этом режиме происходит повторная синхронизация эмулятора GPS/ГЛОНАСС с приемником GPS/ГЛОНАСС для определения времени ухода эмулятора по окончанию регистрации для последующего учета линейного тренда частоты задающего генератора и коррекции, временных меток. Эмулятор переключается между режимами работы автоматически при подключении и отключении приемника GPS/ГЛОНАСС. В режиме начальной и конечной синхронизации эмулятор GPS/ГЛОНАСС принимает строку соответствующую стандарту NMEA0183 [6] с GPS/ГЛОНАСС приемника, содержащую текущее время, дату и координаты приемника. Затем, после перехода в автономный режим, эмулятор спутникового навигационного приемника полностью заменяет собой GPS/ГЛОНАСС приемник. Принципиальная электрическая схема эмулятора GPS/ГЛОНАСС приведена на рис. 4. Блок синхронизации выполнен на двух D-триггерах КР1533ТМ2 (1, 2). Блок синхронизации позволяет достигнуть точности синхронизации фронтов импульсов PPS эмулятора GPS/ГЛОНАСС и приемника GPS/ГЛОНАСС с абсолютной ошибкой не более 0.3 мкс, что соизмеримо с точностью самих приемников спутниковых навигационных систем. Блок счетчиков выполнен на семи синхронно подключенных микросхемах 4-разрядных синхронных десятичных счетчиках с асинхронным сбросом и синхронной загрузкой (U1-U7 на рис. 4). Генерацию GPRMC строки выполняет микроконтроллер PIC18F452 [7]. В режиме синхронизации на вход микроконтроллера по интерфейсу RS-232 поступает GPRMC строка с GPS/ГЛОНАСС приемника, в которой содержится текущее всемирное координированное время и дата. Микроконтроллер проверяет достоверность данных содержащихся в строке GPRMC по символу “А”/”У” (позиция символов описана в стандарте NMEA0183 [6]). Если в течение 10 секунд микроконтроллер получил верные строки (символ «А» в строке GPRMC), то он сам начинает генерировать GPRMC строку с текущим временем и датой по приходу PPS импульса от блока счетчиков. Если GPS/ГЛОНАСС приемник был ранее подключен и эмулятор работал более 1 сек в автономном режиме, то при следующем подключении GPS/ГЛОНАСС приемника будет измерена ошибка, накопленная эмулятором за время автономной работы, и произведена повторная синхронизация фронтов PPS импульсов приемника спутниковой навигационной системы и эмулятора GPS/ГЛОНАСС приемника. Готовая GPRMC строка передается на выход эмулятора по интерфейсу RS-232. Результаты испытаний и выводы Для определения отклонения времени, поддерживаемого эмулятором, от истинного мирового времени, определяемого по восходящему фронту PPS импульса вырабатываемого приемником спутниковой навигационной системы, и выбора оптимального типа задающего генератора были проведены лабораторные испытания устройства с использованием двух типов задающих генераторов - кварцевого термостатированного генератора марки OCXO8663 компании Oscilloquartz [8] и рубидиевого генератора компании Ball-Efratom. На рис. 3 приведены результаты испытаний эмулятора приемников спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС с использованием кварцевого термостатированного генератора марки OCXO8663. На рис. 3(а) видно, что отклонение времени, поддерживаемого эмулятором от истинного мирового времени, определяемого по восходящему фронту PPS импульса GPS/ГЛОНАСС приемника, составляет не более 9 мс за 20 часов. Линейное поведение ошибки следования PPS импульсов эмулятора GPS/ГЛОНАСС приемника позволяет вычислить и исключить линейный тренд, получив после этого более высокую точность привязки временных меток к UTC. На рис. 3(б) видно, что после исключения линейного тренда отклонение времени, поддерживаемого эмулятором, от истинного мирового времени, определяемого по восходящему фронту PPS импульса вырабатываемого приемником спутниковой навигационной системы, составляет не более 15 мкс за 20 часов, что позволяет, например, измерять фазу сигнала на частоте 240 Гц с точностью порядка 0.3°. 79