CN111431577A - 一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，具体过程为：卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T1及地面设备接收的测距值T2；基于所述测距值T1和测距值T2，计算星地钟差Δt；利用计算得到的Δt反向调节地面设备发射通道时延，再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标向后调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，调节后的卫星时标与地面时标时刻对齐。该方法能够实现卫星在轨开关机或复位后星地时间的快速同步。

Description

一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法
技术领域
本发明提出一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，属于卫星导航技术领域。
背景技术
北斗二号导航系统是我国第二代卫星定位导航系统，已形成由5颗GEO卫星+4颗MEO卫星+5颗IGSO卫星组成的区域导航系统。根据工程总体要求，北斗二号导航系统稳定运行需要卫星时间与地面时间同步设备时间即星地时间精确同步至1ms内。
卫星发射入轨之后，通过初始同步功能与地面系统建立同步，获得地面系统时间，完成时间的校准和保持。初始同步功能通过卫星自主或地面系统上注卫星初始同步控制指令实现，可使星地钟差保持在30ms之内，初同步功能完成星地时间的粗同步，粗同步后需要对卫星进行精同步，调整卫星钟面时至与地面时间相差1ms之内。
精确时间调整时，传统方式采用调相方法实现。卫星接收地面系统注入的卫星钟调相指令，通过对卫星10.23MHz相位的调整，完成对卫星时间的调整。使用传统的调相指令实现的精同步，生效时刻为次日零点零分零秒。当对在轨卫星进行开关机或复位的操作后，卫星时间与地面时间同步设备不再同步，此时需要重新对星地时间进行同步。为了保持在轨服务时间的连续性，不可对地面同步设备进行校时操作。因此，在初同步完成后需要精同步时，使用传统的调相方式需要等待指令次日零点零分零秒生效，这段等待指令生效的时间内，卫星将处于不可用状态。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，该方法能够实现卫星在轨开关机或复位后星地时间的快速同步。
实现本发明的技术方案如下：
一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，具体过程为：
卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；
获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T1及地面设备接收的测距值T2；
基于所述测距值T1和测距值T2，计算星地钟差Δt；
利用计算得到的Δt反向调节地面设备发射通道时延，再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标向后调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，调节后的卫星时标与地面时标时刻对齐。
进一步地，本发明所述Δt＝(T1-T2)÷2。
有益效果
传统调相指令可实现星地时标的精确同步，但是存在时效性差的缺点。本方法通过调整地面星地时间同步发射设备时延，配合使用即时生效的卫星初同步指令，可快速将星地钟差调整至1ms之内，完成星地时间同步；该方法可在不改变星地系统当前时间且无需等待次日零点调相指令生效的情况下，通过发送即时生效的初同步控制指令，配合调节地面设备发射通道时延，精确调整卫星钟差至1ms之内，快速实现卫星在轨开关机或复位后的星地时间同步。
本发明通过调节地面设备发射时延与即时生效的初同步指令的组合使用，实现迅速调节星地钟差至1ms内，大幅缩短卫星开关机或复位后的处置时间，最优时可节省近24小时等待时间，避免了处置期间无卫星可用的问题发生，为我国北斗二号导航卫星系统稳定运行提供了有力保障。
此方案原理清晰，操作简便，且已经在北斗二号在轨卫星上得到验证。
附图说明
图1为卫星时标超前于地面时标示意图；
图2星地双向时间同步与测距原理示意图；
图3为超前情况下，通过星地钟差快速恢复方法调整后的卫星时标＇与地面时标对齐示意图；
图4为卫星时标滞后于地面时标示意图；
图5为滞后情况下，通过星地钟差快速恢复方法调整后的卫星时标＇与地面时标对齐示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
为了快速实现星地时间同步，恢复卫星为可用状态，本发明提出一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法。无需使用调相指令即可调整星地钟差，即时可将卫星时间与地面时间同步设备时间调整至1ms内，完成星地时间的精确同步。
假设卫星的秒脉冲超前于地面秒脉冲，如图1所示，扩频测距接收机获取的每个测距值扣除对应同一时刻的星地秒脉冲差即得到该时刻的上行链路注入通道总时延。上行链路注入通道总时延包含两个部分：预置时延C与组合时延V。组合时延包含地面设备发射通道时延L、上行注入接收通道绝对时延S。预置时延C用于表示地面注入站到在轨卫星的空间传播时延。以MEO系列卫星为例，预置时延目前定为27000公里，约80.2ms。由于预置时延C与上行注入接收通道绝对时延S为定值，因此可通过改变地面设备发射通道时延L来调整卫星时标。
现卫星在轨使用的地面同步设备也具有调节发射通道时延的功能。一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法的方案设计如下：当卫星单机开关机或复位后，星地时间不同步，卫星处于不可用状态。通过地面系统对卫星发送初始同步指令，将卫星时标与地面时间同步设备时标同步在30ms之内。
根据星地双向时间同步与测距原理，设扩频测距接收机下传的测距值为T1，地面接收设备测距值为T2，如图2所示，在卫星A、地面站B上安装无线电发射机和接收机，当卫星A和地面站B同时向对方发射时间同步与测距信号，并接收对方的时间同步与测距信号后，可以得到如下方程：
T1＝Δt+t2+τBA+r1+δ1 (1)
T2＝-Δt+t1+τAB+r2+δ2 (2)
式中：Δt为卫星A和地面站B的钟差，T1为卫星A发射定时信号与接收地面站B发射的定时信号的时间差即扩频测距接收机下传的测距值，t2为地面站B发射设备时延，τBA为地面站B到卫星A的传播时延，r1为卫星A接收设备时延，δ1为其它时延；T2为地面站B发射定时信号与接收卫星A发射的定时信号的时间差即地面接收设备测距值，t1为卫星A发射设备时延，τAB为卫星A到地面站B的传播时延，r2为地面站B接收设备时延，δ2为其它时延。将(1)、(2)整理后可得
(τBA+τAB)＝(T1+T2)-(t1+t2)-(r1+r2)-(δ1+δ2) (3)
Figure BDA0002386174990000041
式中：T1，T2可以通过卫星A、地面站B各自测量获得，t1，r1和t2，r2可以分别根据卫星和地面站发射信号的频率事先标定，可以当作已知量。
当卫星A和地面站B互发时间同步与测距信号的频率接近，且链路对称，传播时延近似相等，有τAB＝τBA，同时忽略其它时延δ1和δ2的影响，即可求得卫星和地面站的星地距离和钟差Δt。
为简化星地动态双向时间同步与测距的推导过程，现假设星地时间同步与测距过程中钟差Δt保持不变，收发设备时延和其它时延的影响已经消除，则(3)、(4)式可简化如下：
Figure BDA0002386174990000051
Δt＝(T1-T2)÷2 (6)
则推导星地时标差值Δt公式为公式(6)，公式误差量级小于1μs。利用计算得到的Δt反向调节地面设备发射通道时延，则地面时标向后调节了星地时标差值Δt。再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标也向后调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，则卫星时标＇与地面时标时刻对齐，星地时差保持在1ms之内，如图3所示。
同理，假设卫星的秒脉冲滞后于地面秒脉冲，如图4所示，扩频测距接收机获取的每个测距值加上对应同一时刻的星地秒脉冲差即得到该时刻的上行注入通道总时延。卫星单机开关机或复位后，通过地面系统对卫星发送初始同步指令，获取一组上行测距接收机的测距值与地面接收设备的测距值，利用公式计算星地时标差值Δt，利用该差值反向调节地面设备发射通道时延，则地面时标向前调节了星地时标差值Δt。再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标也向前调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，则卫星时标＇与地面时标时刻对齐，星地时差保持在1ms之内，如图5所示。
基于上述分析，本发明实施例一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，该方法通过调节地面星地时间同步设备的发射时延，并结合使用即时生效的初同步指令实现卫星时标与地面时标的快速同步。原理如下：在卫星单机开关机或者复位后，星地时间不同步，通过发送卫星初同步指令将星地时间调整至30ms内，且获得扩频测距接收机测距值与地面接收设备测距值，根据星地双向时间同步原理计算星地钟差，将地面星地时间同步设备的发射时延反向调节当前的星地钟差数值，通过再次发送即时生效的卫星初同步指令，实现卫星时标反向调节星地钟差数值，恢复地面星地时间同步设备的发射时延为原始设置值，则星地钟差调整至1ms内，实现星地时间精确同步，使卫星在开关机或者复位后快速恢复为可提供服务状态。
具体过程为：
(1)卫星单机开关机或者复位后星地时间不一致，首先进行星地初同步，将星地时间同步至30ms之内，完成粗同步，同步后获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T1及地面设备接收的测距值T2。
(2)根据星地双向时间同步与测距原理，利用星地时间同步后的扩频测距接收机下传的测距值T1与地面接收设备测距值T2计算星地钟差Δt，得到需要调整的具体地面时标值。
(3)通过卫星时标与地面时标关系可知，通过改变组合时延中的地面设备发射时延，可以调节地面时标。将地面时间同步设备发射通道时延反向调节星地钟差Δt的数值，再次对卫星进行初同步，卫星时标调整至卫星时标＇处。
(4)恢复地面时间同步设备时延为调整前的初始值，使在不改变星地系统当前时间且无需等待次日零点调相指令生效的情况下，迅速将卫星时标调整至与地面时标对齐，完成星地时间的精确同步。
本发明区别于传统方法的地方是可以即时恢复星地快速同步，最优时可缩短近24小时卫星无服务时间，有力保障北斗二号导航卫星系统提供稳定连续的服务。此方法已适用于北斗二号MEO及IGSO系列导航卫星在轨开关机或复位后，迅速恢复卫星与地面星地时间同步设备之间的精确同步，可确保在仅使用即时生效的初同步指令，无需使用次日零点生效的调相指令的情况下，迅速同步星地时间。其不仅适用于航天领域北斗二号MEO及IGSO系列在轨卫星开关机或复位后，星地链路的迅速恢复，民用领域也可参照应用。
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)

1.一种利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，其特征在于，具体过程为：
卫星单机开关机或者复位后，对卫星发送初始同步指令完成星地初同步；
获取卫星扩频测距接收机下传的测距值T1及地面设备接收的测距值T2；
基于所述测距值T1和测距值T2，计算星地钟差Δt；
利用计算得到的Δt反向调节地面设备发射通道时延，再次对卫星发送初始同步指令，卫星时标向后调节了星地时标差值Δt，恢复地面设备发射通道时延为初始值，调节后的卫星时标与地面时标时刻对齐。
2.根据权利要求1所述利用初同步指令实现的星地钟差快速恢复方法，其特征在于，所述Δt＝(T1-T2)÷2。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112272069A (zh) * 2020-08-31 2021-01-26 北京航天控制仪器研究所 基于gnss卫星授时与特征码匹配的星地时间同步方法和系统
JP2023102412A (ja) * 2022-01-12 2023-07-25 日本電気株式会社 レーザ測距装置、方法、プログラム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106961834B (zh) * 2004-06-03 2009-07-29 中国科学院国家天文台 转发器卫星通信导航定位系统
CN108845338A (zh) * 2018-07-26 2018-11-20 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 星地联合载波平滑伪距测距方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106961834B (zh) * 2004-06-03 2009-07-29 中国科学院国家天文台 转发器卫星通信导航定位系统
CN108845338A (zh) * 2018-07-26 2018-11-20 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 星地联合载波平滑伪距测距方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王晓玲等: ""星地时间异步条件下快速建链方法"", 《无线电工程》 *
黄飞江等: ""星地动态双向时间同步与测距算法"", 《宇航学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112272069A (zh) * 2020-08-31 2021-01-26 北京航天控制仪器研究所 基于gnss卫星授时与特征码匹配的星地时间同步方法和系统
CN112272069B (zh) * 2020-08-31 2023-11-10 北京航天控制仪器研究所 基于gnss卫星授时与特征码匹配的星地时间同步方法和系统
JP2023102412A (ja) * 2022-01-12 2023-07-25 日本電気株式会社 レーザ測距装置、方法、プログラム
JP7347553B2 (ja) 2022-01-12 2023-09-20 日本電気株式会社 レーザ測距装置、方法、プログラム

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