R&S®ESMD – Aumentando a precisão da marca temporal em aplicações TDOA

Seus requisitos

Em uma rede TDOA (time difference of arrival), é feito a medição da diferença de tempo da chegada de um sinal em três ou mais locais de recepção. As diferenças de tempo medidas permitem determinar a origem geográfica do sinal. Devido à alta velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas, o maior desafio dos receptores é inserir a marca temporal de alta precisão no fluxo de dados I/Q. Isso requer um método adequado para sincronizar o tempo nos receptores. Marcas temporais absolutas que são independentes das configurações do receptor são necessárias para a flexibilidade máxima do sistema.

Solução de monitoramento

A opção R&S^®ESMD-IGT adiciona um módulo de GPS interno ao R&S^®ESMD. Quando uma antena de GPS é conectada, o módulo fornece a hora e a posição do GPS ao R&S^®ESMD.

O sinal PPS (pulso por segundo) do GPS é usado para sincronizar a frequência de referência interna de 10 MHz no R&S^®ESMD. Um loop controlado por software minimiza a influência da instabilidade usual do sinal PPS, aumentando consideravelmente a estabilidade da frequência e a precisão do tempo do R&S^®ESMD.

Esta solução da Rohde & Schwarz fornece uma marca temporal absoluta de alta precisão no fluxo de dados da banda de base sem nenhum esforço adicional (para valores detalhados, consulte a ficha técnica do R&S^®ESMD, PD 5213.9863.22).

Em aplicações TDOA, o menor dos erros durante a inserção da marca temporal pode levar a posições calculadas de forma incorreta. Alterações nas diversas configurações (por exemplo, frequência central, largura de banda, intervalo) influenciam o atraso do sinal no receptor. Ignorar este fato pode levar a erros significativos de posicionamento causados por marcas temporais imprecisas. O R&S^®ESMD considera exatamente a influência temporal de todos os elementos na cadeia de processamento. A marca temporal inserida no fluxo de dados I/Q corresponde ao instante exato em que o sinal atinge a entrada de antena do R&S^®ESMD. Sendo assim, é possível configurar uma rede TDOA heterogênea, que inclui vários receptores para diferentes requisitos de local (imunidade a sinais de alta amplitude, sensibilidade, largura de banda em tempo real, etc.). Os sistemas TDOA convencionais devem ser configurados com receptores idênticos que possuem as mesmas configurações no momento da medição. Isso complica consideravelmente a implementação e a medição real, além de limitar significativamente a flexibilidade.

Aplicação

Se um R&S^®ESMD equipado com a opção R&S^®ESMD-IGT for levado a um novo local dentro do alcance visual de ao menos quatro satélites de GPS, levará cerca de 26 segundos para o módulo de GPS determinar a posição atual. Após cerca de 20 minutos de operação, o oscilador de cristal aquecido do sintetizador (OCXO) atinge sua temperatura operacional ideal. O PPS fornecido pelo módulo de GPS aumenta também a precisão da frequência de referência interna. O R&S^®ESMD monitora continuamente a precisão durante a operação. Quando a sincronização da frequência de referência interna com o PPS é concluída, o usuário recebe uma mensagem na GUI.

Dependendo dos requisitos, o módulo de GPS interno pode ser utilizado em três modos operacionais diferentes:

Modo de execução livre

No modo de execução livre, a precisão de tempo é a menor possível. A posição determinada pelo módulo de GPS está sujeita a uma instabilidade considerável, que também afeta o comportamento do tempo. No entanto, não há necessidade de um tempo médio, e a posição não precisa ser conhecida.

Modo de cálculo de média

No modo de cálculo de média, o R&S^®ESMD calcula a média dos dados de posição até que uma precisão de posicionamento mínima definida pelo usuário e o tempo médio mínimo tenham sido atingidos. Assim que os dados de posição média forem precisos o suficiente, o receptor alterna automaticamente para o modo fixo.

Modo fixo

No modo fixo, o R&S^®ESMD utiliza uma posição estática como referência, o que significa que o comportamento do tempo também atinge precisão máxima. Se um receptor for levado a um local com coordenadas conhecidas com exatidão, estas podem ser pré-definidas no modo fixo. Se os dados de posição não estiverem em conformidade com a localização atual, o R&S^®ESMD alterna para o modo de execução livre. Em todos os casos, uma ótima recepção de satélite é necessária para marcas temporais e dados de posição precisos.

Interface do usuário do R&S®ESMD com o módulo de GPS R&S®ESMD-IGT e antena externa de GPS

Indicador gráfico

Uso de frequência de referência interna (sincronizada com PPS), sincronização concluída. Esse indicador é exibido após o aquecimento de OCXO e a estabilização do loop de controle de PPS. Assim que a sincronização é concluída, a precisão de marca temporal é alcançada em uma posição de GPS fixa (modo fixo).