CN111273321B - 一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法，通过获取多个磁力矩器的工作状态，并查找调频矩阵，获取不同磁力矩器开关状态组合下的钟差参数变化量，并根据钟差参数变化量控制时频处理器进行调频，以实现星载原子钟磁致频移的补偿。

Description

一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法
技术领域
本发明涉及导航卫星的星载时频技术领域，特别涉及一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法。
背景技术
卫星导航空间测距的本质是测量电磁波传播的时间，星载原子钟是导航卫星有效载荷的核心。在导航卫星上，星载时频处理器是以星载原子钟输出的频率信号fs作为参考频率，来生成卫星所需的频率信号，因此，星载原子钟的性能指标将直接影响卫星导航定位及授时精度。
在导航卫星的在轨运行过程中，受到复杂太空电磁辐射环境及星上自身电磁环境的影响，星载原子钟相位和频率会出现异常跳变，进而形成星地时间差。目前主要是通过建立钟差模型来修正卫星时间，实现星地时间同步：首先由地面监控站监测星载原子钟跳变，然后地面站通过星地双向法测量卫星时间与地面基准时间差值，最终统计得到钟差模型参数a0,a1,及a2，其中，a0表示相对时间参考点T0时刻星地时间差，a1表示星载原子钟频率与地面守时原子钟频率差，以及a2表示星地原子钟频率差线性漂移率星地时间差，则得到钟差模型Δτ＝a0+a1τ+a2τ2。
但是在卫星进行姿态轨道控制过程中，磁力矩器开机时产生的强磁场会导致原子跃迁能级发生二阶塞曼频移，使得原子钟输出参考频率跳变，进而影响钟差模型中参数a1，最终影响钟差准确性，使得卫星定位精度降低。
发明内容
为了抑制磁力矩器开关带来的磁场跳变对原子钟的影响，从而提高导航卫星的导航定位和授时精度，本发明提供一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法，包括：
获取多个磁力矩器的工作状态；
根据所述多个磁力矩器的工作状态，查找调频矩阵，获取钟差参数变化量；以及
发送调频指令，根据所述钟差参数变化量进行调频，补偿星载原子钟磁致频移。
进一步地，所述多个磁力矩器包括四个磁力矩器。
进一步地，所述磁力矩器的工作状态包括：正向开、负向开以及关闭。
进一步地，所述调频矩阵为不同磁力矩器开关组合下的钟差参数变化量对照表。
进一步地，所述调频矩阵中的钟差参数变化量获取方法如下：
通过星上主备原子钟比对法和星地双向法测量星载原子钟在轨钟差数据；
结合卫星遥测数据，截取磁力矩器开关前后的钟差数据；以及计算钟差参数变化量。
本发明提供的一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法，基于北斗导航星载原子钟在轨测试的频率比对数据，精确评估卫星自主姿轨控阶段不同磁力矩器工作状态对时频系统频率的影响，进而建立星载原子钟频率变化与磁力矩器开关组合的调频矩阵，实现原子钟在轨磁致频率跳变实时监测和补偿，提高了导航星载时频信号的稳定度和准确度指标，尤其是卫星处于境外和自主导航模式下，实现了更高的导航定位和授时精度。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出本发明一个实施例的一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明公开了一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法，考虑到卫星每次自主姿轨控开启的频率和持续的时间的不确定性，在传统钟差模型基础上添加了一项一次修正项δ，以补偿原子钟在轨磁致频率跳变：
Δτ＝a0+a1τ+a2τ2+δτ，
其中，a0表示相对时间参考点T0时刻星地时间差，a1表示星载原子钟频率与地面守时原子钟频率差，以及a2表示星地原子钟频率差线性漂移率星地时间差。下面结合实施例附图对本发明进行进一步描述。图1示出本发明一个实施例的一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法的流程示意图，如图1所示，一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法，包括：
首先，在步骤101，获取多个磁力矩器的工作状态。所述磁力矩器的工作状态包括：正向开、负向开以及关闭。在本发明的一个实施例中，所述磁力矩器包括安装在卫星三个方向上的4个磁力矩器，分别记为X，Y，Z1以及Z2。
接下来，在步骤102，获取钟差参数变化量。根据步骤101中获取的所述多个磁力矩器的工作状态，查找调频矩阵，以获取当前工作状态下的钟差参数变化量。由于在所述多个磁力矩器的不同开关状态组合下，所产生的环境磁场不同，因此磁力矩器不同开关状态组合对星载原子钟的影响也不同，一般而言，星载原子钟的频率变化与各磁力矩器的开关状态组合一一对应，对于具有4个磁力矩器的卫星来说，磁力矩器的开关状态组合共计81种，各状态对应的钟差参数变化量即调频矩阵，所述调频矩阵如表1所示，其中，X正指磁力矩器X工作状态为正向开，X负指磁力矩器X工作状态为负向开，X关指磁力矩器X工作状态为关闭，Y正指磁力矩器Y工作状态为正向开，Y负指磁力矩器Y工作状态为负向开，Y关指磁力矩器Y工作状态为关闭，Z1正指磁力矩器Z1工作状态为正向开，Z1负指磁力矩器Z1工作状态为负向开，Z1关指磁力矩器Z1工作状态为关闭，Z2正指磁力矩器Z2工作状态为正向开，Z2负指磁力矩器Z2工作状态为负向开，以及Z2关指磁力矩器Z2工作状态为关闭。
Figure BDA0002388944960000041
表1
在本发明的一个实施例中，表1中的钟差参数变化量是在磁力矩器不同开关状态组合下，通过如下方法计算所得：
通过星上主备原子钟比对法和星地双向法测量星载原子钟在轨钟差数据；
结合卫星遥测数据，截取磁力矩器开关前后的钟差数据；以及计算钟差参数变化量；以及
最后，在步骤103，进行调频。通过任务处理器发送调频指令给时频处理器，使得所述时频处理器根据所述钟差参数变化量进行调频，以实现星载原子钟磁致频移的补偿。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (5)

1.一种星载原子钟在轨磁致频移补偿方法，其特征在于，包括步骤：
获取多个磁力矩器的工作状态；
根据所述多个磁力矩器的工作状态，查找调频矩阵，获取钟差参数变化量；以及
通过任务处理器发送调频指令给时频处理器，使得所述时频处理器根据所述钟差参数变化量进行调频，以补偿星载原子钟磁致频移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个磁力矩器包括四个磁力矩器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁力矩器的工作状态包括：正向开、负向开以及关闭。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调频矩阵包括不同磁力矩器开关组合下的钟差参数变化量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钟差参数变化量获取步骤如下：
通过星上主备原子钟比对法和星地双向法测量星载原子钟在轨钟差数据；
结合卫星遥测数据，截取磁力矩器开关前后的钟差数据；以及
计算钟差参数变化量。
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