一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法技术

本发明专利技术提供一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，具体过程为：卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T

【技术实现步骤摘要】
一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法
本专利技术提出一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，属于卫星导航

技术介绍
北斗二号导航系统是我国第二代卫星定位导航系统，已形成由5颗GEO卫星+4颗MEO卫星+5颗IGSO卫星组成的区域导航系统。根据工程总体要求，北斗二号导航系统稳定运行需要卫星时间与地面时间同步设备时间即星地时间精确同步至1ms内。卫星发射入轨之后，通过初始同步功能与地面系统建立同步，获得地面系统时间，完成时间的校准和保持。初始同步功能通过卫星自主或地面系统上注卫星初始同步控制指令实现，可使星地钟差保持在30ms之内，初同步功能完成星地时间的粗同步，粗同步后需要对卫星进行精同步，调整卫星钟面时至与地面时间相差1ms之内。精确时间调整时，传统方式采用调相方法实现。卫星接收地面系统注入的卫星钟调相指令，通过对卫星10.23MHz相位的调整，完成对卫星时间的调整。使用传统的调相指令实现的精同步，生效时刻为次日零点零分零秒。当对在轨卫星进行开关机或复位的操作后，卫星时间与地面时间同步设备不再同步，此时需要重新对星地时间进行同步。为了保持在轨服务时间的连续性，不可对地面同步设备进行校时操作。因此，在初同步完成后需要精同步时，使用传统的调相方式需要等待指令次日零点零分零秒生效，这段等待指令生效的时间内，卫星将处于不可用状态。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，该方法能够实现卫星在轨开关机或复位后星地时间的快速同步。实现本专利技术的技术方案如下：一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，具体过程为：卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T1及地面设备接收的测距值T2；基于所述测距值T1和测距值T2，计算星地钟差Δt；利用计算得到的Δt反向调节地面设备发射通道时延，再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标向后调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，调节后的卫星时标与地面时标时刻对齐。进一步地，本专利技术所述Δt＝(T1-T2)÷2。有益效果传统调相指令可实现星地时标的精确同步，但是存在时效性差的缺点。本方法通过调整地面星地时间同步发射设备时延，配合使用即时生效的卫星初同步指令，可快速将星地钟差调整至1ms之内，完成星地时间同步；该方法可在不改变星地系统当前时间且无需等待次日零点调相指令生效的情况下，通过发送即时生效的初同步控制指令，配合调节地面设备发射通道时延，精确调整卫星钟差至1ms之内，快速实现卫星在轨开关机或复位后的星地时间同步。本专利技术通过调节地面设备发射时延与即时生效的初同步指令的组合使用，实现迅速调节星地钟差至1ms内，大幅缩短卫星开关机或复位后的处置时间，最优时可节省近24小时等待时间，避免了处置期间无卫星可用的问题发生，为我国北斗二号导航卫星系统稳定运行提供了有力保障。此方案原理清晰，操作简便，且已经在北斗二号在轨卫星上得到验证。附图说明图1为卫星时标超前于地面时标示意图；图2星地双向时间同步与测距原理示意图；图3为超前情况下，通过星地钟差快速恢复方法调整后的卫星时标＇与地面时标对齐示意图；图4为卫星时标滞后于地面时标示意图；图5为滞后情况下，通过星地钟差快速恢复方法调整后的卫星时标＇与地面时标对齐示意图；具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。为了快速实现星地时间同步，恢复卫星为可用状态，本专利技术提出一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法。无需使用调相指令即可调整星地钟差，即时可将卫星时间与地面时间同步设备时间调整至1ms内，完成星地时间的精确同步。假设卫星的秒脉冲超前于地面秒脉冲，如图1所示，扩频测距接收机获取的每个测距值扣除对应同一时刻的星地秒脉冲差即得到该时刻的上行链路注入通道总时延。上行链路注入通道总时延包含两个部分：预置时延C与组合时延V。组合时延包含地面设备发射通道时延L、上行注入接收通道绝对时延S。预置时延C用于表示地面注入站到在轨卫星的空间传播时延。以MEO系列卫星为例，预置时延目前定为27000公里，约80.2ms。由于预置时延C与上行注入接收通道绝对时延S为定值，因此可通过改变地面设备发射通道时延L来调整卫星时标。现卫星在轨使用的地面同步设备也具有调节发射通道时延的功能。一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法的方案设计如下：当卫星单机开关机或复位后，星地时间不同步，卫星处于不可用状态。通过地面系统对卫星发送初始同步指令，将卫星时标与地面时间同步设备时标同步在30ms之内。根据星地双向时间同步与测距原理，设扩频测距接收机下传的测距值为T1，地面接收设备测距值为T2，如图2所示，在卫星A、地面站B上安装无线电发射机和接收机，当卫星A和地面站B同时向对方发射时间同步与测距信号，并接收对方的时间同步与测距信号后，可以得到如下方程：T1＝Δt+t2+τBA+r1+δ1(1)T2＝-Δt+t1+τAB+r2+δ2(2)式中：Δt为卫星A和地面站B的钟差，T1为卫星A发射定时信号与接收地面站B发射的定时信号的时间差即扩频测距接收机下传的测距值，t2为地面站B发射设备时延，τBA为地面站B到卫星A的传播时延，r1为卫星A接收设备时延，δ1为其它时延；T2为地面站B发射定时信号与接收卫星A发射的定时信号的时间差即地面接收设备测距值，t1为卫星A发射设备时延，τAB为卫星A到地面站B的传播时延，r2为地面站B接收设备时延，δ2为其它时延。将(1)、(2)整理后可得(τBA+τAB)＝(T1+T2)-(t1+t2)-(r1+r2)-(δ1+δ2)(3)式中：T1，T2可以通过卫星A、地面站B各自测量获得，t1，r1和t2，r2可以分别根据卫星和地面站发射信号的频率事先标定，可以当作已知量。当卫星A和地面站B互发时间同步与测距信号的频率接近，且链路对称，传播时延近似相等，有τAB＝τBA，同时忽略其它时延δ1和δ2的影响，即可求得卫星和地面站的星地距离和钟差Δt。为简化星地动态双向时间同步与测距的推导过程，现假设星地时间同步与测距过程中钟差Δt保持不变，收发设备时延和其它时延的影响已经消除，则(3)、(4)式可简化如下：Δt＝(T1-T2)÷2(6)则推导星地时标差值Δt公式为公式(6)，公式误差量级小于1μs。利用计算得到的Δt反向调节地面设备发射通道时延，则地面时标向后调节了星地时标差值Δt。再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标也向后调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，则卫星时标＇与地面时标时刻对齐，星地时差保持在1ms之内，如图3所示。同理，假设卫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，其特征在于，具体过程为：/n卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；/n获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T

【技术特征摘要】
1.一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，其特征在于，具体过程为：
卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；
获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T1及地面设备接收的测距值T2；
基于所述测距值T1和测距值T2，计算星地钟差Δt；
利用计算得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王妍，赵伟，余速，申洋赫，赵峰，崔永军，齐阳，官文涛，刘哲，吕笑慰，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11