【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于gnss接收机的导航星间链路时间频率快速校准方法，属于导航星间链路。
技术介绍
1、传统航天器测量与通信主要采用地面站、地面船跟踪测量和卫星导航测量两种手段。基于地面跟踪测量体制的航天器技术，一方面需要多个测控站和测控船来完成，效费比不高；另一方面，采用现有的测量体制，跟踪弧段不够，单个测控站和测控船较难满足高轨航天器测测量精度要求。用户设备通过建立与导航卫星的星间链路，充分利用导航系统作为时间、空间基准这一得天独厚的特点和全球覆盖性优势，通过导航星间链路系统提供的高精度测量和通信，满足航天器高效、高实时性数据回传需求。
2、导航星间链系统所要求的载波捕获跟踪时间范围几十微妙、载波捕获跟踪频率范围几百赫兹。由于用户重量和功耗限制，用户选择高稳恒温晶振作为基本参考时钟源，受本地时间基准和频率基准精度的影响，用户与导航卫星建立星间链路主要难点在于伪码捕获时间窗口范围和载波捕获频率窗口范围两部分。前者与本地时钟误差紧密相关、后者则受限于本地频率源的频率准确度影响。传统的方案是在没有gnss接收机的情况下，利用本身整星给定的系统时间，时间误差在几毫秒，与多个导航卫星进行时隙规划，分别与多个卫星建立单向接收ka链路，收集五分钟到十分钟测距值进行校正频率完成钟差解算，这种方案受限于星务时间的准确度、收集测距值的时间长度以及规划的建链卫星数，增加gnss接收机后，利用gnss秒脉冲提供时间，利用gnss定位原理进行频率的修正，从而快速满足导航星间链路接入时间和频率的约束。
技术实现
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于gnss接收机的导航星间链路时间频率快速校准方法，保留传统方案利用自身单向ka链路校时校频的基础下，增加了gnss接收机和高增益gnss天线，利用gnss秒脉冲提供时间基准，利用gnss定位原理进行时钟频率的修正，从而快速满足导航星间链路接入时间和频率的约束的载波捕获要求。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种导航星间链路用户接入设备，包括：
3、天线单机，包括ka天线和gnss天线；ka天线用于接入设备实现接收和发射波束，利用ka频段接入导航星间链路；gnss天线，用于利用l频段单向接收导航信号并发送至数据处理机完成时频的校准；
4、数据处理机，包括gnss模块和数据处理模块；所述gnss模块用于根据接收的导航信号完成导航定位后得到位置和速度基准，输出高稳晶振的频率偏差，将偏差值发送至数据处理模块；所述数据处理模块根据gnss模块发送的偏差值校准时间偏差和频率偏差，使得导航星间链路用户接入设备同步到星间链路时频基准上。
5、进一步地，时间偏差的校准方法包括：关于初始坐标与钟差的改正值为：
6、δxu＝(ata)-1atb
7、其中，a和b分别为gnss模块观测到n颗gps或bds卫星时其观测矩阵和残差向量，δxu为初始坐标的修正值；
8、根据x0←x0+δxu更新初值，重新计算观测矩阵和残差向量，进行最小二乘计算，直到迭代终止。
9、进一步地，观测矩阵和残差向量分别为和其中，pi,分别为所有卫星的伪距观测值和伪距观测值的计算值，i＝1,2,...,n，x0为星载多模接收机天线的初始坐标，c为光速，式中，(xu,yu,zu),(xi,yi,zi)分别为星载多模接收机和导航卫星在地心地固系内三维坐标向量。
10、进一步地，所述频率偏差的校准方法包括：
11、根据最小二乘原理求解卫星的运行速度与钟漂：
12、
13、其中，a为观测矩阵，at为观测矩阵的转置，为初始坐标的一阶倒数，c为残差向量；
14、根据x0←x0+δxu更新初值，重新计算观测矩阵和残差向量，进行最小二乘计算，直到迭代终止。
15、进一步地，所述残差向量为为第i颗卫星的多普勒频移观测值；为多普勒频移的计算值，i＝1,2,...,n。
16、一种根据所述的一种导航星间链路用户接入设备实现的基于gnss接收机的导航星间链路时间频率快速校准方法，包括：
17、利用l频段接收导航信号；
18、根据接收的导航信号完成导航定位后得到位置和速度基准，输出高稳晶振的频率偏差；根据偏差值校准时间偏差和频率偏差，使得导航星间链路用户接入设备同步到星间链路时频基准上。
19、进一步地，时间偏差的校准方法包括：关于初始坐标与钟差的改正值为：
20、δxu＝(ata)-1atb
21、其中，a和b分别为gnss模块观测到n颗gps或bds卫星时其观测矩阵和残差向量，δxu为初始坐标的修正值；
22、根据x0←x0+δxu更新初值，重新计算观测矩阵和残差向量，进行最小二乘计算，直到迭代终止。
23、进一步地，观测矩阵和残差向量分别为和其中，pi,分别为所有卫星的伪距观测值和伪距观测值的计算值，i＝1,2,...,n，x0为星载多模接收机天线的初始坐标，c为光速，式中，(xu,yu,zu),(xi,yi,zi)分别为星载多模接收机和导航卫星在地心地固系内三维坐标向量。
24、进一步地，所述频率偏差的校准方法包括：
25、根据最小二乘原理求解卫星的运行速度与钟漂：
26、
27、其中，a为观测矩阵，at为观测矩阵的转置，为初始坐标的一阶倒数，c为残差向量；
28、根据x0←x0+δxu更新初值，重新计算观测矩阵和残差向量，进行最小二乘计算，直到迭代终止。
29、进一步地，所述残差向量为为第i颗卫星的多普勒频移观测值，i＝1,2,...,n；为多普勒频移的计算值。
30、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
31、(1)本专利技术引入gnss秒脉冲给到导航星间链路用户接入设备，gnss秒脉冲相对于导航星间链路时间偏差小于十微妙，导航星间链路用户接入设备能够根据秒脉冲能够快速使系统满足导航星间链路的时间约束。
32、(2)导航星间链路用户接入设备保留了高稳恒温晶振，高稳晶振输出频率信息给到gnss接收机，gnss接收机利用l频段单向接收导航信号，当gnss接收机完成导航定位后得到位置和速度基准，输出高稳晶振的频率偏差，将偏差值给到导航星间链路用户接入设备，频率补偿后频率偏差小于几十赫兹，快速同步到导航星间链路频率频基准上。
33、(3)增加gnss接收机后，可以依靠gnss接收机提供精确的时频基准，通过导航定位得到时间位置基准，通过时钟驯服得到频率基准，使得导航星间链路接入设备快速同步到星间链路时频基准上。通过gnss接收机的配合使用，减少了接入设备对整星时间的依赖，减少了地面测运控站上注数据，简化了与导航链路建链流程，只需要每周上注准备数据包括星座配置表、时隙表、路由表等参数，不需要每天上注相关准备数据，降低了准备数据的数据量和上传频次，减小了地面设备维护本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，时间偏差的校准方法包括：关于初始坐标与钟差的改正值为：
3.根据权利要求2所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，观测矩阵和残差向量分别为和其中，Pi,分别为所有卫星的伪距观测值和伪距观测值的计算值，i＝1,2,...,n，x0为星载多模接收机天线的初始坐标，c为光速，式中，(xu,yu,zu),(xi,yi,zi)分别为星载多模接收机和导航卫星在地心地固系内三维坐标向量。
4.根据权利要求2所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，所述频率偏差的校准方法包括：
5.根据权利要求4所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，所述残差向量为为第i颗卫星的多普勒频移观测值；为多普勒频移的计算值，i＝1,2,...,n。
6.一种根据权利要求1所述的一种导航星间链路用户接入设备实现的基于GNSS接收机的导航星间链路时间频率快速校准方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，观测矩阵和残差向量分别为
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频率偏差的校准方法包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述残差向量为
...【技术特征摘要】
1.一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，时间偏差的校准方法包括：关于初始坐标与钟差的改正值为：
3.根据权利要求2所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，观测矩阵和残差向量分别为和其中，pi,分别为所有卫星的伪距观测值和伪距观测值的计算值，i＝1,2,...,n，x0为星载多模接收机天线的初始坐标，c为光速，式中，(xu,yu,zu),(xi,yi,zi)分别为星载多模接收机和导航卫星在地心地固系内三维坐标向量。
4.根据权利要求2所述的一种导航星间链路用户接入设备，其特征在于，所述频率偏差的校准方法包括：
5...
【专利技术属性】
技术研发人员：上官勇，张华，刘斌，王闻今，马荣，郑鹏，李亚泽，卢晶，
申请(专利权)人：东南大学，
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。