一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法技术

本发明专利技术属于通信技术领域，特别涉及一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，包括以IEEE 802.11协议作为星间链路通信协议，根据低轨小卫星群的拓扑，卫星位置信息、速度信息和运行状态信息，通过最优选择算法选出最佳主时钟卫星；以最佳主时钟卫星为根节点，将卫星同步区域划分为多个时钟同步域，同时为每个时钟同步域分配唯一的同步域标识；通过双向时钟测量方法获得从时钟卫星与主时钟卫星之间的星间链路传播时延；通过时钟传递同步信息的方法对从时钟卫星进行时钟修正；本发明专利技术利用时间戳传递的方式，精确测量主从同步卫星之间的链路时延，提高主从卫星的时钟同步精度，采用分级同步的思想，扩大小卫星之间的同步范围。扩大小卫星之间的同步范围。扩大小卫星之间的同步范围。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法


[0001]本专利技术属于通信
，特别涉及一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着空间信息网络的发展，新业务尤其是时间敏感型业务的不断涌现，对信息传输与处理提出了新的需求。为保证时间敏感业务的确定性传输，时钟同步技术是关键。现有的星间时钟同步技术包括GPS定时同步技术、双向时间比对技术等，这些时钟同步方法虽然能满足星间卫星高精度时钟同步的需求，但这些方法无一例外都需要搭载高精度原子钟或需要全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigattion Satellite System)的支持，其造价过于昂贵、不易部署且维护难度大。对于数量多、体积较小的低轨小卫星群，更倾向于一种结构简单易于部署的时钟同步方案；且出于安全性考虑，如有特殊飞行任务的军事侦察编队小卫星群，更需要一种内部时钟同步协议。
[0003]IEEE 802.1AS作为时间敏感网络(TSN，Time Sensitive Networking)中的时钟同步协议，工作在全双工以太网的数据链路层，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、根据小卫星群星间链路拓扑情况、卫星的位置信息、运行速度信息和运行状态信息，选取最佳主时钟卫星，GPS/北斗授时卫星为最佳主时钟卫星提供授时服务，为低轨小卫星群提供高精度参考时钟源，并以最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树；S2、从时钟卫星和主时钟卫星通过双向时间测量的方式，在从时钟端获知测量所需时间戳，计算星间链路的传播时延，其中从时钟卫星包括中继卫星和普通从时钟卫星，主时钟卫星包括最佳主时钟和中继卫星；中继卫星在链路传播时延测量阶段作为从时钟卫星，在同步信息时作为主时钟卫星；S3、进行同步信息，最佳主时钟卫星向无线信道广播同步信息，从时钟卫星接收同步信息并根据时钟修正算法修正当前节点的时钟，如果从时钟节点是中继卫星，则中继卫星在修正当前节点的时钟后向下一时钟同步域传递时钟信息。2.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，选取最佳主时钟卫星的过程包括：在信标帧阶段扩展信标帧结构，扩展部分包括自身ID、卫星状态信息Role、最佳主时钟权值系数Weight，最佳主时钟权值系数越大成为最佳主时钟卫星的可能性越高，最佳主时钟权值系数通过卫星位置信息、速度信息和运行状态信息进行量化。3.根据权利要求2所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，通过量化卫星位置信息、速度信息和运行状态信息获取最佳主时钟权值系数的过程包括：计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离；计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均速度；将当前卫星运行状态分为工作状态、故障状态、响应状态和失败状态，所有状态构成一个有限的集合，采用马尔科夫过程对其建模；根据当前卫星的平均距离、平均速度以及状态模型进行加权融合获取最佳主时钟权值系数，表示为：其中，α为位置信息的量化的权值，为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离，σ
d
为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的标准偏差；β为卫星速度信息的量化的权值，n
i
为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点数量，v
k
表示当前卫星最大传输距离范围内的第k个邻居卫星节点的相对速度，v
max
当前卫星最大传输距离范围内的邻居节点的最大相对速度；λ为卫星运行状态信息的量化的权值，Π
h
表示采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模。4.根据权利要求3所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，当前卫星最大传输距离表示为：其中，S
max
为当前卫星最大传输距离；λ为载波波长，P
TX
为发射功率，G
TX
和G
RX
分别为发射
天线增益和接收天线增益，k为玻尔兹曼常量，SPS为噪声带宽，M为每个发射符号数量。5.根据权利要求3所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模Π
h
表示为：其中，V
e
表示卫星从工作状态变为故障状态的速率，V
r
表示卫星故障状态时的响应速率，V
f
表示卫星失效速率，表示卫星从故障状态到失败状态的速率，λ
r
表示卫星自愈速率，λ
f
表示卫星从失效状态到重新开始正常工作的速率。6.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，以最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树具体包括以下步骤：以最佳主时钟为根节点，同步域号为0，广播层级发现数据包，其中层级发现数据包中包括数...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国锋，石东，徐川，邢媛，刘俊斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：