基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法技术

本发明专利技术公开了基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法，首先将基准时钟放置于地面站，发出上行信号至浮空器载体，浮空器载体一方面转发该上行信号给请求授时载体作为转发信号，另一方面直接发射信号给请求授时载体作为直发信号；直发和转发信号共时钟源；请求授时载体进行如下操作：接收直发与转发信号，跟踪得到同一历元时刻的直发和转发信号的载波信号频率信息，组合解算得到本地时钟频率误差，然后修正本地时钟，最后利用本地频率信号与接收机1PPS信号进行驯钟处理，得到高精度的1PPS授时信号和频率信号。该方法能够实现地面基准高稳时钟源向高精度授时载体的高精度直接传递，并基于该高精度时钟提升本地授时与校频的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高精度时间与频率传递
，具体涉及基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，高精度时间与频率传递在国民经济发展中的地位日趋重要。目前，基于卫星的授时与校频技术因其高覆盖、高精度等独特的优势成为实现远距离时间同步的主要方法，但是在卫星信号不可用等特殊条件下无法实现授时与校频。在区域时间相对同步应用中，目前主要采用主动授时RTT方式，其要求时钟基准载体与请求授时载体之间建立双向授时通讯链路，且要求时间基准载体和请求授时载体在授时时间内相对静止，其应用受限。目前，在一些系统中，气球、无人机和有人机等飞行器上配备载荷可产生直发信号和转发地面基站信号。传统方法授时方式示意图如1所示，其方法应用中的直发信号和转发信号的示意图如2所示；如图1所示，传统区域授时与校频方法是通过时钟基准载体与请求授时载体的RTT方式实现授时与校频，为了保证授时与校频精度，要求在授时中时钟基准载体与请求授时载体之间保持相对静止。传统的方法具有以下缺点：(1)时钟基准载体与请求授时载体在存在相对运动时，授时精度较差；(2)时钟基准对于环境要求较高，因此时钟基准载体条件要求较高，限制了使用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法，该方法能够实现地面基准高稳时钟源向高精度授时载体的高精度直接传递，并基于该高精度时钟提升本地授时与校频的精度。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法，包括如下步骤：步骤一：将基准时钟放置于地面站，地面站发出上行信号至浮空器载体，浮空器载体一方面转发该上行信号给请求授时载体作为转发信号，另一方面并直接发射信号给请求授时载体作为直发信号。直发信号和转发信号在浮空器载体上共时钟源。步骤二：请求授时载体接收直发信号与转发信号，进行信号的捕获与跟踪，在信号跟踪阶段，得到同一历元时刻的直发信号和转发信号的载波信号频率信息。步骤三：将同一历元时刻的直发信号和转发信号的载波信号频率信息组合解算得到本地时钟频率误差。步骤四：请求授时载体的接收机根据本地时钟频率误差，修正本地时钟，得到本地频率信号。步骤五：在请求授时载体中，利用本地频率信号与接收机1PPS信号进行驯钟处理，得到高精度的1PPS授时信号和频率信号，由此完成请求授时载体的授时与校频。进一步地，步骤三中根据一个转发信号与不同数量的直发信号相组合进行解算。进一步地，步骤三中根据一个转发信号与一个直发信号相组合进行解算；
解算步骤如下：步骤301、直发信号频率为f0为浮空器载体上的基准时钟频率，为浮空器载体直发信号频率，N1为直发信号载波频率与f0的倍数关系；Δf0为浮空器载体时钟频率偏差，k1为浮空器载体至请求授时载体的直发信号单位频率下的载波多普勒频率系数；转发信号频率为：M转发表示上行信号与地面站基准时钟的比例系数，f0中心站为基准时钟的频标，Δf1(t)为浮空器载体上测量得到的地面站信号频率，Δf1(t)为已知值，且为时间t的函数，Δf0(t)为浮空器载体时钟频率偏差，Δf2(t)为浮空器载体至请求授时载体单位频率下的载波多普勒频率，Δfr(t)为请求授时载体接收机的本地时钟频率误差，为请求授时载体的基准频率，p转发为浮空器载体的转发器频率与浮空器载体基准时钟的比例系数；k转发为转发信号单位频率下的载波多普勒频率系数；步骤302、由浮空器载体广播其钟差模型参数，其中包含浮空器载体时钟频率偏差Δf0(t)，此时将f0+Δf0(t)记为f0'得到：将整体记为中间表达式β(t)；则公式变换为：解算得到β(t)，从而进一步地解算得到进一步地，步骤三中根据一个转发信号与2个直发信号相组合进行解算；解算步骤如下：步骤0301、两个直发信号频率分别为：一个转发信号频率为：其中f0为浮空器载体上的基准时钟频率，f直发(i)为浮空器载体直发信号频率，Ni为两个直发信号载波频率分别与f0的倍数关系，i的取值为1或者2；Δf0为浮空器载体时钟频率偏差，ki为浮空器载体至请求授时载体的直发信号单位频率下的载波多普勒频率系数；M转发表示上行信号与地面站基准时钟的比例系数，f0中心站为基准时钟的频标，Δf1(t)为浮空器载体上测量得到的地面站信号频率，Δf1(t)为已知值，且为时间t的函数，f0为浮空器载体基准时钟，Δf0(t)为浮空器载体时钟频率偏差，Δf2(t)为浮空器载体至请求授时载体单位频率下的载波多普勒频率，Δfr(t)为请求授时载体接收机的本地时钟频率误差，为请求授时载体的基准频率，p转发为浮空器载体的转发器频率与浮空器载体基准时钟的比例系数；k转发为转发信号单位频率下的载波多普勒频率系数。步骤0302、将整体记为中间表达式β(t)；步骤0302中公式变换为解算得到β(t)，进一步得到有益效果：1、该方法基于载体直发信号与转发信号的特点：直发信号与转发信号共源、转发信号下行路径与直发路径相同、转发信号含有地面时间基准站高稳时钟源信号。该方法可有效消除传统方法中对于时间基准载体的限制和相对运动对于授时与校频精度的影响，通过载体直发信号与转发信号的联合解算实现地面基准高稳时钟源向请求授时载体的高精度直接传递，并基于该高精度时钟提升本地授时与校频的精度。较之传统方法，该方法在授时与校频应用方面具有成本低、精度高等优点。2、本方法通过对直发与转发信号信息的联合解算，消除相对运动影响和本地钟差影响，实现地面中心站高稳频标向请求授时载体的直接高精度传递。3、本方法利用得到高稳的频标信息与接收机输出的1PPS信号进行驯钟融合，从而能够有效提高授时接收机和授时与校频精度。4、本方法通过将传统方法中基准时钟放置地面，通过在载体上播发地面基准时钟产生的信号和直接发射信号给请求授时载体，且载体测量地面基准时钟信号的频率信息并将该信息传送给请求授时载体，请求授时载体通过接收载体的直发和转发信号完成授时与校频。较之于传统方法，本方法不需要双方(时钟基准和请求授时载体之间)建立相互通讯，且由于基准时钟放置于地面，因此其环境适应范围更广。5、本方法在应用中不需要本地高稳原子频标，因此节省了设备成本，且其在请求授时载体静止与请求授时载体运动条件下均有较好的结果。附图说明图1为传统RTT授时方式示意图图2为基于直发和转发信号的授时方式示意图；图3为载体直发与转发信号产生示意图；图4为请求授时载体接收机处理流程。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。实施例1、本专利技术提出基该于直发信号与转发信号的区域低成本高精度授时与校频新方法。该方法的突出特点是，充分利用直发信号和转发信号的内在关联，巧妙地消除了载体之间相对运动的影响，实现了地面基站的高稳频标向请求授时载体的高精度直接传递，并利用该频率信号直接提升授时与校频精度。本实施例中基于直发和转发信号的区域高精度授时与校频方法，包括如下步骤：步骤一：将基准时钟放置于地面站，地面站发出上行信号至浮空器载体，浮空器载体转发该地面站的信号、并直接发射信号给请求授时载体，由此产生直发信号和转发信号；载体直发与转发信号的产生如图3所示。直发信号和转发信号在浮空器载体上共时钟源。同时在浮空器载体上测试并记录上行本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将基准时钟放置于地面站，地面站发出上行信号至浮空器载体，浮空器载体一方面转发该上行信号给请求授时载体作为转发信号，另一方面直接发射信号给请求授时载体作为直发信号；所述直发信号和转发信号在浮空器载体上共时钟源；步骤二：请求授时载体接收直发信号与转发信号，进行信号的捕获与跟踪，在信号跟踪阶段，得到同一历元时刻的直发信号和转发信号的载波信号频率信息；步骤三：将同一历元时刻的直发信号和转发信号的载波信号频率信息组合解算得到本地时钟频率误差；步骤四：请求授时载体的接收机根据所述本地时钟频率误差，修正本地时钟，得到本地频率信号；步骤五：在请求授时载体中，利用所述本地频率信号与接收机1PPS信号进行驯钟处理，得到高精度的1PPS授时信号和频率信号，由此完成请求授时载体的授时与校频。

【技术特征摘要】
1.基于直发与转发信号的区域高精度授时与校频方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将基准时钟放置于地面站，地面站发出上行信号至浮空器载体，浮空器载体一方面转发该上行信号给请求授时载体作为转发信号，另一方面直接发射信号给请求授时载体作为直发信号；所述直发信号和转发信号在浮空器载体上共时钟源；步骤二：请求授时载体接收直发信号与转发信号，进行信号的捕获与跟踪，在信号跟踪阶段，得到同一历元时刻的直发信号和转发信号的载波信号频率信息；步骤三：将同一历元时刻的直发信号和转发信号的载波信号频率信息组合解算得到本地时钟频率误差；步骤四：请求授时载体的接收机根据所述本地时钟频率误差，修正本地时钟，得到本地频率信号；步骤五：在请求授时载体中，利用所述本地频率信号与接收机1PPS信号进行驯钟处理，得到高精度的1PPS授时信号和频率信号，由此完成请求授时载体的授时与校频。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中根据一个转发信号与不同数量的直发信号相组合进行解算。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中根据一个转发信号与一个直发信号相组合进行解算；解算步骤如下：步骤301、所述直发信号频率为f0为浮空器载体上的基准时钟频率，为浮空器载体直发信号频率，N1为直发信号载波频率与f0的倍数关系；Δf0为浮空器载体时钟频率偏差，k1为浮空器
\t载体至请求授时载体的直发信号单位频率下的载波多普勒频率系数；所述转发信号频率为：M转发表示上行信号与地面站基准时钟的比例系数，f0中心站为基准时钟的频标，Δf1(t)为浮空器载体上测量得到的地面站信号频率，Δf1(t)为已知值，且为时间t的函数，Δf0(t)为浮空器载体时钟频率偏差，Δf2(t)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁洪，欧阳光洲，徐颖，刘文学，李子申，袁超，魏东岩，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11