CN103235501A - 一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法，利用脉冲时间记录设备进行地面实验得到星地时延ΔT_星地时延，再计算出精确的星地时差，根据测量得到的星地时差进行卫星校时，使星上数管时钟与地面时钟保持同步。

Description

一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法。

背景技术

中国卫星工程从研制探空火箭起步，然后集中力量发展人造卫星，重点研制各类应用卫星；在“九五”计划期间，我国研制和工程管理工作有了很大提高，共研制和发射了11颗不同类型的人造卫星和第一艘神舟号实验飞船；此后，我国又发射了嫦娥系列卫星，令我国的航天事业前进了一大步；

但实际中，星上数管时钟与地面时钟无法保持同步，因此需要对卫星进行校时；校时方法一般采用集中校时，集中校时是指在特定时刻对星上时进行调整，使之与当前时刻的地面时一致。具体操作方法是，首先测得星上时T_星与地面时T_地之间的差值ΔT_星地时差=T_地-T_星，之后通过上行数据注入将星时调整ΔT_{星地 时差}，使得调整后的星时为T'_星=T_星+ΔT_星地时差=T_地，完成校时过程；在实际操作中，由于系统误差的存在，导致ΔT_星地时差的数据不准确，进而达不到准确校时的目的；下面根据图1对系统误差进行分析：

星上的数管计算机在生成下行遥测帧同步头EB90(H)第1比特前沿时，取得星上时间t_星，将该时间编码到当前的遥测帧中（即星上打时标），并通过测控下行链路发送至地面；地面测控基带设备在解调出遥测帧同步头后，在同步头第1比特前沿记录当前的地面时间t_地（即地面打时标），并将该时间随解调出的遥测数据一起发往地面总控。总控解析出每帧遥测数据中的t_星和t_地，计算Δt=t_地-t_星，经过数据处理后得到星地时差ΔT_星地时差，最后通过测控上行上注星上。

测量值Δt由以下几部分组成：星地时差ΔT_星地时差、星上设备时延ΔT_星、地面设备时延ΔT_地、测控下行链路传输时延ΔT_传输，即

Δt=ΔT_星地时差+ΔT_星+ΔT_地+ΔT_传输

ΔT_星由星上数管组帧、信道编码、PSK调制等过程引起。ΔT_地由地面接收设备中的基带设备PSK解调和信道解码等过程引起。ΔT_传输在总装电测阶段由连接卫星和地面的测控下行长电缆引起，可以通过电缆长度进行计算，也可以利用地面设备进行准确测量，卫星上天以后可以通过距离与光速计算得出。以上因素均为测量星地时差时的系统误差，总控将原始测量结果Δt扣除上述系统误差后，便可得到准确的星地时差。

在上述系统误差中，ΔT_传输可以通过理论计算或直接测量。ΔT_星和ΔT_地单独测量有困难，一般在数管和综合测试联试时测量，得到二者之和ΔT_星地时延=ΔT_星+ΔT_地，统称为星地时延。可以看出，星地时延是卫星集中校时的重要参数，直接影响了集中校时的准确性；因此本发明提供一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法；

发明内容

本发明提供了一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法，利用脉冲时间记录设备进行地面实验得到星地时延ΔT_星地时延，再计算出精确的星地时差，根据测量得到的星地时差进行卫星校时，使星上数管时钟与地面时钟保持同步。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

步骤一：星上的数管计算机在生成下行遥测帧同步头EB90(H)第1比特前沿时，取得当时的星上时间t_星，将该时间编码到当前的遥测帧中；

步骤二：将步骤一中含有时间编码的遥测帧进行副载波调制转换成PSK信号；

步骤三：将步骤二得到的PSK信号通过视频有线遥测通道发送给测控基带设备；

步骤四：测控基带设备对接收到的PSK信号进行副载波解调，解调出遥测帧同步头后，在遥测帧同步头第1比特前沿记录当前的地面时间t_地，并将该地面时间t_地随解调出的遥测数据一起发往总控计算机；

步骤五:总控计算机首先解析出每帧遥测数据中当时的星上时间t_星和当前的地面时间t_地，得到星上时间和地面时间的差值Δt，Δt=t_地-t_星；然后根据公式ΔT_星地时差=Δt-ΔT_星地时延-ΔT_传输计算出星地时差ΔT_星地时差；

其中ΔT_传输通过理论计算或直接测量得知；ΔT_星地时延通过地面实验得出，所采用的星上设备、地面设备均为真实设备，星上设备与地面设备通过电缆相连，实验中所用的电缆长度均在3米以内，由电缆时延引起的测量误差在纳秒量级，忽略不计；地面实验包括步骤一至步骤四，增加的步骤是：

1）在步骤一中星上数管计算机生成遥测帧第1比特前沿时刻，产生一个数管帧同步脉冲，该同步脉冲的前沿与遥测帧第1比特前沿对齐。该脉冲信号输出给脉冲时间记录设备，由脉冲时间记录设备记录接收到数管帧同步脉冲的时间t1；

2）在步骤四中记录测控基带设备解调出遥测帧同步头的时间t2；

3）经计算得到星地时延ΔT_星地时延=t2-t1；将ΔT_星地时延发送给总控计算机；

步骤六：将星地时差ΔT_星地时差通过测控上行链路发送给星上，供星上时钟调整星上时间。

脉冲时间记录设备和测控基带设备通过GPS信号进行时间统一。

本发明的有益效果：

1）该测量方法克服了系统误差，进而准确得到星地时差，然后根据测量得到的星地时差进行卫星校时，使星上数管时钟与地面时钟保持同步。

2）该测量方法进行星地时延测量的误差主要来自于星上数管遥测帧第1比特前沿与数管帧同步脉冲前沿之间的时间差、地面测控基带设备的时标记录误差、脉冲时间记录设备的时标记录误差，以及地面实验中使用的电缆传输时延。综合以上因素，使用该测量方法得到的星地时延误差在1ms以下。

3）测试结果可以在脉冲时间记录设备中自动计算并实时显示，可以不间断地对每帧遥测的星地时延进行测量、存储、查询和统计，有利于分析星地时延的稳定性和变化趋势。

附图说明

图1为现有技术测量示意图；

图2为本发明示意图；

图3为星地时延测量原理示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明提供了一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法，根据该测量方法能够克服系统误差，进而准确得到星地时差，然后根据测量得到的星地时差进行卫星校时，使星上数管时钟与地面时钟保持同步。

本发明的具体步骤为：

步骤一：星上的数管计算机在生成下行遥测帧同步头EB90(H)第1比特前沿时，取得当时的星上时间t_星，将该时间编码到当前的遥测帧中；

步骤二：将步骤一中含有时间编码的遥测帧进行副载波调制转换成PSK信号；

步骤三：将步骤二得到的PSK信号通过视频有线遥测通道发送给测控基带设备；

步骤四：测控基带设备对接收到的PSK信号进行副载波解调，解调出遥测帧同步头后，在遥测帧同步头第1比特前沿记录当前的地面时间t_地，并将该地面时间t_地随解调出的遥测数据一起发往总控计算机；

步骤五:总控计算机首先解析出每帧遥测数据中当时的星上时间t_星和当前的地面时间t_地，得到星上时间和地面时间的差值Δt，Δt=t_地-t_星；然后根据公式ΔT_星地时差=Δt-ΔT_星地时延-ΔT_传输计算出星地时差ΔT_星地时差；

其中ΔT_传输通过理论计算或直接测量得知；ΔT_星地时延通过地面实验得出，所采用的星上设备、地面设备均为真实设备，星上设备与地面设备通过电缆相连，实验中所用的电缆长度均在3米以内，由电缆时延引起的测量误差在纳秒量级，忽略不计；地面实验包括步骤一至步骤四，增加的步骤是：

1）在步骤一中星上数管计算机生成遥测帧第1比特前沿时刻，产生一个数管帧同步脉冲，该同步脉冲的前沿与遥测帧第1比特前沿对齐。该脉冲信号输出给脉冲时间记录设备，由脉冲时间记录设备记录接收到数管帧同步脉冲的时间t1；

2）在步骤四中记录测控基带设备解调出遥测帧同步头的时间t2；

3）经计算得到星地时延ΔT_星地时延=t2-t1；将ΔT_星地时延发送给总控计算机；

步骤六：将星地时差ΔT_星地时差通过测控上行链路发送给星上，供星上时钟调整星上时间。

脉冲时间记录设备和测控基带设备通过GPS信号进行时间统一。

如图2和图3，使用脉冲时间记录设备进行星地时延测量。该设备的功能是能够记录接收到数管帧同步脉冲的时间。该设备能够接收GPS卫星信号，测控基带设备（CORTEX）通过GPS时统源与脉冲时间记录设备进行时间统一。当数管计算机产生下行遥测信号时，脉冲时间记录设备记录帧同步脉冲产生的时间t1，同时CORTEX对下行遥测信号进行解调并记录解调出帧同步头的时间t2。通过比较t1和t2，可以计算得到星地时延ΔT_星地时延=t2-t1。

该实验实际测量结果如下：

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用脉冲时间记录设备进行星地校时的方法，其特征在于，

步骤一：星上的数管计算机在生成下行遥测帧同步头EB90(H)第1比特前沿时，取得当时的星上时间t_星，将该时间编码到当前的遥测帧中；

步骤二：将步骤一中含有时间编码的遥测帧进行副载波调制转换成PSK信号；

步骤三：将步骤二得到的PSK信号通过视频有线遥测通道发送给测控基带设备；

步骤四：测控基带设备对接收到的PSK信号进行副载波解调，解调出遥测帧同步头后，在遥测帧同步头第1比特前沿记录当前的地面时间t_地，并将该地面时间t_地随解调出的遥测数据一起发往总控计算机；

步骤五:总控计算机首先解析出每帧遥测数据中当时的星上时间t_星和当前的地面时间t_地，得到星上时间和地面时间的差值Δt，Δt=t_地-t_星；然后根据公式ΔT_星地时差=Δt-ΔT_星地时延-ΔT_传输计算出星地时差ΔT_星地时差；

其中ΔT_传输通过理论计算或直接测量得知；ΔT_星地时延通过地面实验得出，所采用的星上设备、地面设备均为真实设备，星上设备与地面设备通过电缆相连，实验中所用的电缆长度均在3米以内，由电缆时延引起的测量误差在纳秒量级，忽略不计；地面实验包括步骤一至步骤四，增加的步骤是：

1）在步骤一中星上数管计算机生成遥测帧第1比特前沿时刻，产生一个数管帧同步脉冲，该同步脉冲的前沿与遥测帧第1比特前沿对齐。该脉冲信号输出给脉冲时间记录设备，由脉冲时间记录设备记录接收到数管帧同步脉冲的时间t1；

2）在步骤四中记录测控基带设备解调出遥测帧同步头的时间t2；

3）经计算得到星地时延ΔT星地时延=t2-t1；将ΔT星地时延发送给总控计算机；

步骤六：将星地时差ΔT_星地时差通过测控上行链路发送给星上，供星上时钟调整星上时间。

2.如权利要求1所述的一种星地校时方法，其特征在于，脉冲时间记录设备和测控基带设备通过GPS信号进行时间统一。

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