CN107664947A - 一种卫星双向时间比对系统校准的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种卫星双向时间比对系统校准的装置和方法，解决了卫星双向时间比对系统校准难度大、校准方法通用性不强、校准精度不高的问题。所述装置包括调制解调器，变频单元，时延测量单元，所述调制解调器用于时间信号的调制解调及测量；所述变频单元用于将接收的所述频率信号转换为扩频信号并输出；所述时延测量单元用于时延的监测与修正。所述方法包括以下步骤，组建校准系统；对校准系统进行自校准；将被校系统和校准系统在同一条件下分别进行卫星双向时间比对；计算得到所述被校系统校准量。本发明可以实现任何形式的双向时间比对系统时间比对偏差的校准，通用性强，校准方法简单，易于携带且校准精度高。

Description

一种卫星双向时间比对系统校准的装置及方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种卫星双向时间比对系统的校准。
背景技术
卫星双向时间比对方法是一种高精度的时间传递技术，它利用地球同步通信卫星转发时间传递地球站间的定时调制信息，实现各站时间信息交互和高精度时差测量。
近年来随着卫星通信与伪码扩频技术的进步，使得卫星双向时间传递系统的精度进一步提升，目前卫星双向时间传递已经成为国际原子时(TAI)计算、标准时间溯源的主要手段，并在高精度站间同步、无线电导航等领域广泛应用。
卫星双向时间比对系统一般由两个或多个站协同工作，每个站主要包括时间传递调制解调器、卫通收发机和卫通天线等设备，其利用双向传递链路的对称性来消除路径时延，以此实现纳秒量级的时差测量。但实际应用中，由于各站间设备时延的不一致性以及空间链路中离层、卫星轨道摄动、Sagnac效应的影响，使收发链路的时延并不一致，从而影响整个时间比对的精度。目前，卫星双向时间比对系统的校准方法一般有两种，一种是针对单个地面站时延的校准，这种方式不能对整个双向系统误差进行准确测量与校准；二是采用移动参考站的方式，但其内部中频处理设备需要与被校准系统使用的设备及型号完全一致，专用性较强，使用灵活性不够。
发明内容
有鉴于此，为解决卫星双向时间比对系统校准难度大、校准方法通用性不强、校准精度不高的问题，本申请实施例提供了一种卫星双向时间比对系统校准的装置及方法。
本申请实施例提供了一种卫星双向时间比对系统校准的装置，包括调制解调器，变频单元，时延测量单元，所述调制解调器用于时间信号的调制解调及测量，接收时间基准信号和频率基准信号，得到频率信号，输出到所述变频单元；所述变频单元用于将接收的所述频率信号转换为扩频信号并输出，或将接收的所述扩频信号转换为频率信号，输出到调制解调器；所述时延测量单元用于时延的监测与修正，并将接收的所述扩频信号转换为所述频率信号，输出到所述调制解调器。
进一步地，所述卫星双向时间比对系统校准装置，还包括原子钟，用于输出时间基准信号和频率基准信号。
进一步地，所述变频单元包括变频设备及对星天线，所述变频设备用于将所述频率信号转换为所述扩频信号，或将所述扩频信号转换为所述频率信号，所述对星天线用于所述扩频信号的收发。所述时延测量单元包括时延测量设备和耦合天线，所述时延测量设备用于时延的监测与修正，所述耦合天线用于接收所述扩频信号。
本申请实施例还提供了一种卫星双向时间比对系统校准的方法，包含以下步骤，组建校准系统，所述校准系统由权利要求1所述装置一和装置二组成；对校准系统进行自校准，得到自校准量；将被校系统和校准系统在同一条件下分别进行卫星双向时间比对，得到被校系统时钟差和校准系统时钟差，所述被校系统包括站一和站二；通过自校准量、被校系统时钟差和校准系统时钟差得到所述被校系统校准量。
进一步地，所述对校准系统进行自校准，得到自校准量，包含以下步骤，向所述装置一和装置二输入同一时间基准信号和频率基准信号；利用双向比对法测量装置一和装置二收发信号的时钟差，所述时钟差为所述自校准量。
进一步地，所述得到被校系统时钟差和校准系统时钟差，包含以下步骤，向所述装置一和站一输入同一时间基准信号和频率基准信号；向所述装置二和站二输入同一时间基准信号和频率基准信号；利用双向比对法测量装置一和装置二收发信号的所述校准系统时钟差；利用双向比对法测量站一和站二收发信号的所述被校系统时钟差。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明装置可以实现任何形式的双向时间比对系统时间比对偏差的校准，通用性强，校准方法简单，易于携带。
本发明采用全双向对称收发技术，保障校准系统内部收、发通道时延完全一致，具有时延稳定控制功能，可以提高时间比对的精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1是卫星双向时间比对系统校准装置实施例示意图；
图2是另一种卫星双向时间比对系统校准装置实施例示意图；
图3是卫星双向时间比对系统校准方法实施例示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1是卫星双向时间比对系统校准装置实施例示意图，所述装置包括调制解调器101，变频单元102，时延测量单元103，所述调制解调器用于时间信号的调制解调及测量，接收时间基准信号和频率基准信号，得到频率信号，输出到所述变频单元。
优选地，所述时间基准信号为1PPS时间基准信号。
优选地，所述频率基准信号的频率为5MHz、10MHz或100MHz。
优选地，所述频率信号的频率为70MHz。
所述变频单元用于将接收的所述频率信号转换为扩频信号并输出，或将接收的所述扩频信号转换为频率信号，输出到调制解调器。
进一步地，所述变频单元包括变频设备及对星天线，所述变频设备用于将所述频率信号转换为所述扩频信号，或将所述扩频信号转换为所述频率信号，所述对星天线用于所述扩频信号的收发。所述对星天线优选1.2m口径，具有半自动寻星功能，能够快速的粗对准卫星位置，并可折叠携带。
所述时延测量单元用于时延的监测与修正，并将接收的所述扩频信号转换为所述频率信号，输出到所述调制解调器。所述时延测量设备主要是对由于温度变化引起的校准装置内部时延变化的监测与修正。
进一步地，所述时延测量单元包括时延测量设备和耦合天线，所述时延测量设备用于时延的监测与修正，所述耦合天线用于接收所述扩频信号。
优选地，所述扩频信号为Ku波段信号。
图2是另一种卫星双向时间比对系统校准装置实施例示意图。
进一步地，所述装置还包括原子钟，用于输出时间基准信号和频率基准信号。所述时间基准信号和频率基准信号可以通过2条连接所述原子钟和所述调制解调器的标准电缆传递。
图3是卫星双向时间比对系统校准方法实施例示意图，所述方法包含以下步骤：
步骤301：组建校准系统，所述校准系统由权利要求1所述装置一和装置二组成。
所述装置一和装置二完全相同。
步骤302：对校准系统进行自校准，得到自校准量。
所述对校准系统进行自校准，得到自校准量，包含以下步骤，向所述装置一和装置二输入同一时间基准信号和频率基准信号；利用双向比对法测量装置一和装置二收发信号的时钟差，所述时钟差为所述自校准量。
将所述装置一和装置二放在同一个地点，并将同一个原子钟输出的时间基准信号和频率基准信号输出到所述置一和装置二作为时间和频率基准。然后，将装置一和装置二进行双向时间比对，即装置一发出第一扩频信号，装置二发出第二扩频信号，同时装置一接收所述第二扩频信号，装置二接收所述第一扩频信号，利用双向法测量所述装置一和装置二收发信号的时基的钟差(时钟差)，即为所述自校准量，所述自校准量反映了所述校准系统自身的收、发通道时延不对称性，因为从理论上接入同一个时间和频率基准，理想情况下测得的钟差值应为0。所述自校准量为多个时钟差的平均值，所述自校准量记为Δt；优选地，当所述校准系统稳定工作后，选取10分钟到30分钟的测量数据进行处理即可。
步骤303：将被校系统和校准系统在同一条件下分别进行卫星双向时间比对，得到被校系统时钟差和校准系统时钟差，所述被校系统包括站一和站二。
所述得到被校系统时钟差和校准系统时钟差，包含以下步骤，向所述装置一和站一输入同一时间基准信号和频率基准信号；向所述装置二和站二输入同一时间基准信号和频率基准信号；利用双向比对法测量装置一和装置二收发信号的所述校准系统时钟差；利用双向比对法测量站一和站二收发信号的所述被校系统时钟差。
将所述站一和所述装置一放在同一地点，并以同一原子钟输出的所述时间基准信号和频率基准信号作为时间和频率基准。同样地，将所述站二和所述装置二放在同一地点，并以同一原子钟输出的所述时间基准信号和频率基准信号作为时间和频率基准，然后所述被校系统与所述校准系统采用同样的伪码速率、不同的码型并使用同一通信卫星转发器且同时进行卫星双向时间比对，利用双向法测量，得到所述被校系统时钟差和校准系统时钟差，所述被校系统时钟差记为T(n)，所述校准系统时钟差记为Tcal(n)。
步骤304：通过自校准量、被校系统时钟差和校准系统时钟差得到所述被校系统校准量。
利用公式4-1计算平均值ΔTtemp：
其中，n表示数据的组数，由于ΔTtemp本身还含有所述校准系统自身偏差，因此需要进一步扣除校准系统的所述自校准量才能得到所述被校系统的校准量ΔTcal，其计算公式如下：
ΔTcal＝ΔTtemp-Δt 4-2
由于卫星双向时间比对的结果受到电离层时延、Sagnac效应、卫星轨道摄动的影响，因此所述被校系统和校准系统必须同时工作。由于需要所述原子钟提供多路时间基准信号和频率基准信号，若原子钟本身无法提供多路信号，可采用外接频率隔离放大器或时间信号隔离放大器的方式输出多路信号，但此时需要保证输出的时间信号相位一致，或者具有固定的相位差，且可通过测量得知，然后在最终计算系统误差时还需要扣除该相差的影响。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种卫星双向时间比对系统校准的装置，其特征在于，包括调制解调器，变频单元，时延测量单元；
所述调制解调器用于时间信号的调制解调及测量，接收时间基准信号和频率基准信号，得到频率信号，输出到所述变频单元；
所述变频单元用于将接收的所述频率信号转换为扩频信号并输出，或将接收的所述扩频信号转换为频率信号，输出到调制解调器；
所述时延测量单元用于时延的监测与修正，并将接收的所述扩频信号转换为所述频率信号，输出到所述调制解调器。
2.根据权利要求1所述的卫星双向时间比对系统校准的装置，其特征在于，还包括原子钟，用于输出时间基准信号和频率基准信号。
3.根据权利要求1或2所述的卫星双向时间比对系统校准的装置，其特征在于，
所述变频单元包括变频设备及对星天线，所述变频设备用于将所述频率信号转换为所述扩频信号，或将所述扩频信号转换为所述频率信号，所述对星天线用于所述扩频信号的收发；
所述时延测量单元包括时延测量设备和耦合天线，所述时延测量设备用于时延的监测与修正，所述耦合天线用于接收所述扩频信号。
4.根据权利要求1或2所述的卫星双向时间比对系统校准的装置，其特征在于，所述扩频信号为Ku波段信号。
5.一种卫星双向时间比对系统校准的方法，其特征在于，包含以下步骤：
组建校准系统，所述校准系统由权利要求1所述装置一和装置二组成；
对校准系统进行自校准，得到自校准量；
将被校系统和校准系统在同一条件下分别进行卫星双向时间比对，得到被校系统时钟差和校准系统时钟差，所述被校系统包括站一和站二；
通过自校准量、被校系统时钟差和校准系统时钟差得到所述被校系统校准量。
6.根据权利要求5所述的卫星双向时间比对系统校准的方法，其特征在于，所述对校准系统进行自校准，得到自校准量，包含以下步骤：
向所述装置一和装置二输入同一时间基准信号和频率基准信号；
利用双向比对法测量装置一和装置二收发信号的时钟差，所述时钟差为所述自校准量。
7.根据权利要求5所述的卫星双向时间比对系统校准的方法，其特征在于，所述得到被校系统时钟差和校准系统时钟差，包含以下步骤：
向所述装置一和站一输入同一时间基准信号和频率基准信号；
向所述装置二和站二输入同一时间基准信号和频率基准信号；
利用双向比对法测量装置一和装置二收发信号的所述校准系统时钟差；
利用双向比对法测量站一和站二收发信号的所述被校系统时钟差。
8.根据权利要求5所述的卫星双向时间比对系统校准的方法，其特征在于，所述同一条件包括同样的伪码速率、使用同一通信卫星转发器并同时进行卫星双向时间比对。
9.根据权利要求6所述的卫星双向时间比对系统校准的方法，其特征在于，所述被校系统和校准系统使用不同的码型。
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