本发明专利技术公开了一种星间通信测距时间同步的地面验证方法，用于在地面对卫星星间通信机的星间通信测距功能和时间同步功能进行静态和动态的系统充分验证，卫星之间采用主从式的组网方式，支持多址复用，包括一颗主星和多颗子星，子星之间没有通信链路；所述方法包括：通过桌面有线测试，验证不同距离和不同信噪比下的星间通信测距和时间同步的功能及性能；通过高低温箱有线测试，验证不同温度下的星间通信测距和时间同步的功能及性能；通过微波暗室无线测试，验证动态下的星间通信测距和时间同步的功能及性能；通过车载无线测试，验证高相对运动速度下的星间通信测距的功能及性能。本发明专利技术的验证方法具有简单可行、成本低、效率高的优点。优点。优点。
【技术实现步骤摘要】
一种星间通信测距时间同步的地面验证方法
[0001]本专利技术涉及航空、航天通信和测量
，特别涉及一种星间通信测距时间同步的地面验证方法。
技术介绍
[0002]星间通信测距和时间同步技术是卫星编队飞行进行联合探测的关键技术，但由于地面很难模拟卫星在轨实际工况，比如几公里到几百公里的远距离、在轨温度变化、星间相对速度等条件，所以星间通信测距时间同步技术的地面试验验证对于保证星间通信测距时间同步功能在轨正常运行具有重要意义。
[0003]星间基线测量可行方案包括无线电和光学测量两种方法。无线电测量的主要方法分为基于GNSS(Global Navigation Satellite System)的测量方法、基于光学视觉测角结合无线电测距的方案和纯无线电的基线测量方案。采用GPS(Global Positioning System)接收机无疑是一种简易方法，但是需要依赖于GPS导航卫星系统，在GNSS信号无法覆盖的高轨或者月球轨道或深空轨道，并不适用。主动无线电测量技术主要是由测量设备主动发射、接收射频信号，根据无线电信号的单向或双向时延特性进行测量。主动式星间无线电测量主要适用于几公里范围到百公里范围内的基线测量。
[0004]在没有GPS导航卫星系统的轨道，要实现星间通信测距时间同步，常采用DOWR(Dual One Way Ranging,双向单程伪距测量)体制进行双向测距，DOWR测距系统的原理，如图1所示：进行时间比对的两个卫星同一个定时时刻，相互发送时间标志，为了清晰地表达原理，该时间标志用脉冲表示。卫星1的发送定时信号，该定时信号带着发送时刻的时间戳，从该定时信号发送时刻开始，直到卫星2接收来自的定时信号结束，测量的时间间隔为T1，因为卫星2并不知道两颗星的时间差，所以该时间间隔为伪时间间隔，或称为伪距，该伪距包含两星间的时间差Δt。同理，反向时间间隔为T2。t
t1
，t
r1
，t
t2
，t
r2
分别对应两个卫星的发射接收设备时延，天线之间的信号传播时延为τ，可以得到下述测量公式：
[0005]T1＝t
t1
+τ+t
r2
+Δt
ꢀꢀ
(1)
[0006]T2＝t
t2
+τ+t
r1
‑
Δt
ꢀꢀ
(2)
[0007]对两个测量公式进行分离，可以解方程得到两星之间的钟差和距离：
[0008][0009][0010]在DOWR系统中，式(1)(2)称为测量方程，式(3)(4)称为分离方程。
[0011]上述方程中四个发射接收设备时延未知数，t
t1
，t
r1
，t
t2
，t
r2
可以通过地面标定的方法标定出来，这样就可以得到最终解算得到时差和距离。
[0012]目前国内外均有基于双向单程伪距的设计，存在地面验证不充分的问题，在地面很难模拟卫星在轨实际工况，比如几公里到几百公里的远距离、在轨温度变化、星间相对速
度等条件的模拟。
技术实现思路
[0013]现有技术存在地面验证难的问题，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种简单易行的系统的星间通信测距时间同步的地面验证方法，具备实现简单、成本低、测试充分、测距精度高的特点。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种星间通信测距时间同步的地面验证方法，用于在地面对卫星星间通信机的星间通信、测距和时间同步功能进行静态和动态的系统充分验证，卫星之间采用主从式的组网方式，支持多址复用，包括一颗主星和多颗子星，子星之间没有通信链路；所述方法包括：
[0015]通过桌面有线测试，验证不同距离和不同信噪比下的星间通信测距和时间同步的功能及性能，测距基准值由校准过的长电缆或信道模拟器设置，测距基准值的误差为cm级；
[0016]通过高低温箱有线测试，验证不同温度下的星间通信测距和时间同步的功能及性能，测距基准值由校准过的长电缆设置，测距基准值的误差为cm级；
[0017]通过微波暗室无线测试，验证动态下的星间通信测距和时间同步的功能及性能，测距基准值为扫描架运动的距离，测距基准值的误差为mm级；
[0018]通过车载无线测试，验证高相对运动速度下的星间通信测距的功能及性能，测距基准值为GNSS接收机测量的距离，测距基准值的误差为cm级。
[0019]作为上述方法的一种改进，所述桌面有线测试包括不加入信道模拟器的测试和加入信道模拟器的测试；其中，
[0020]不加入信道模拟器的测试用于测试通信测距和时间同步功能及性能；
[0021]加入信道模拟器的测试用于测试通信和测距功能及性能。
[0022]作为上述方法的一种改进，所述桌面有线测试具体包括以下步骤：
[0023]采用校准过的长电缆或信道模拟器设置主星星间通信机与不同子星星间通信机的星间距离，作为测距基准值；
[0024]采用可调衰减器设置信道衰减；
[0025]采用通用频率计数器计算主星星间通信机与不同子星星间通信机之间的时间同步误差；
[0026]根据每个子星星间通信机测量得到的测距值与设置的测距基准值，确定距离误差；
[0027]根据时间同步误差和距离误差，完成不同距离和不同信噪比下的通信测距和时间同步的功能及性能验证。
[0028]作为上述方法的一种改进，所述信道模拟器的距离精度为cm量级，信道模拟器加在前向链路或反向链路上，并配置上下变频器以匹配信道模拟器工作的频段。
[0029]作为上述方法的一种改进，所述高低温箱有线测试具体包括：
[0030]将主星星间通信机设置在高低温箱内，多个子星星间通信机设置在高低箱外
[0031]采用校准过的长电缆设置主星星间通信机与不同子星星间通信机的星间距离，作为测距基准值；
[0032]采用可调衰减器设置信道衰减；
[0033]采用通用频率计数器分别计算主星星间通信机与不同子星星间通信机之间的时间同步误差；
[0034]将每个子星星间通信机测量得到的测距值与设置的测距基准值比较，确定对应的距离误差；
[0035]通过设置高低温箱的不同温度，得到每个设置温度下的时间同步误差和距离误差，从而完成不同温度下的星间通信测距和时间同步的功能及性能验证。
[0036]作为上述方法的一种改进，所述微波暗室无线测试具体包括：
[0037]将主星星间通信机与多个子星星间通信机均设置在微波暗室中；
[0038]将主星天线固定在地面，主星天线口径向上，多个子星天线固定在垂直扫描架活动部件的支架上，子星天线口径均向下；
[0039]采用通用频率计数器分别计算主星星间通信机与不同子星星间通信机之间的时间同步误差；
[0040]将每个子星星间通信机测量得到的测距值与扫描架活动部件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种星间通信测距时间同步的地面验证方法，用于在地面对卫星星间通信机的星间通信、测距和时间同步功能进行静态和动态的系统充分验证，卫星之间采用主从式的组网方式，支持多址复用，包括一颗主星和多颗子星，子星之间无通信链路；所述方法包括：通过桌面有线测试，验证不同距离和不同信噪比下的星间通信测距和时间同步的功能及性能，测距基准值由校准过的长电缆或信道模拟器设置，测距基准值的误差为cm级；通过高低温箱有线测试，验证不同温度下的星间通信测距和时间同步的功能及性能，测距基准值由校准过的长电缆设置，测距基准值的误差为cm级；通过微波暗室无线测试，验证动态下的星间通信测距和时间同步的功能及性能，测距基准值为扫描架运动的距离，测距基准值的误差为mm级；通过车载无线测试，验证高相对运动速度下的星间通信测距的功能及性能，测距基准值为GNSS接收机测量的距离，测距基准值的误差为cm级。2.根据权利要求1所述的星间通信测距时间同步的地面验证方法，其特征在于，所述桌面有线测试包括不加入信道模拟器的测试和加入信道模拟器的测试；其中，不加入信道模拟器的测试用于测试通信测距和时间同步功能及性能；加入信道模拟器的测试用于测试通信和测距功能及性能。3.根据权利要求2所述的星间通信测距时间同步的地面验证方法，其特征在于，所述桌面有线测试具体包括以下步骤：采用校准过的长电缆或信道模拟器设置主星星间通信机与不同子星星间通信机的星间距离，作为测距基准值；采用可调衰减器设置信道衰减；采用通用频率计数器计算主星星间通信机与不同子星星间通信机之间的时间同步误差；根据每个子星星间通信机测量得到的测距值与设置的测距基准值，确定距离误差；根据时间同步误差和距离误差，完成不同距离和不同信噪比下的通信测距和时间同步的功能及性能验证。4.根据权利要求3所述的星间通信测距时间同步的地面验证方法，其特征在于，所述信道模拟器的距离精度为cm量级，信道模拟器加在前向链路或反向链路上，并配置上下变频器以匹配信道模拟器工作的频段。5.根据权利要求1所述的星间通信测距时间同步的地面验证方法，其特征在于，所述高低温箱有线测试具体包括：将主星星间通信机设置在高低温箱内，多个子星星间通信机设置在高低箱外采用校准过的长电缆设置主星星间通信机与不同子星星间通信机的星间距离，作为测距基准值；采用可调衰减器设置信道衰减；采用通用频率计数器分别计算主星星间通信机与不同子星...
【专利技术属性】
技术研发人员：周莉，王竹刚，董文涛，朱岩，阎敬业，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。