CN113589679B - 一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，包括：利用分布于地面上不同位置的多个观测站天线对卫星进行测定轨，获得卫星轨道；利用分布于地面上不同位置的两个用户站天线在同一波束范围内同时接收所述卫星的信号，获得总时延；对所述总时延进行误差修正，获得两个用户站的钟差，以实现两个用户站之间的卫星精密时间传递。本发明基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，可以摆脱对GNSS的过度依赖，解决了在卫星导航信号拒止情况下的高精度时间传递问题，且用户数量不受限制。

Description

一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方法

技术领域

本发明属于时间传递技术领域，具体涉及一种基于干涉测量的卫星精 密时间传递方法。

背景技术

时间是描述和研究一切事物的七个基础物理量之一，从古至今，随着人 类社会的发展以及科学技术的进步，对时间精度的要求不断提高，高精度时 间已经成为国家重要的战略信息，在科研和民生经济等领域具有重要的作 用。

卫星双向时间频率传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer，TWSTFT)和基于GNSS(全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite System)的时间频率传递是现阶段远距离时间传递的两种主要技术手段，世 界主要时频实验室都具备这两种时间比对的能力。从上世纪80年代末开始， 出现了双向卫星时间频率传递方法，该方法使用通信卫星实现远程高精度 时间传递，目前其时间传递准确度可优于1ns，已经成为BIPM(国际计量局) 组织的国际时间比对的主要方法。GNSS时间传递技术主要包括共视法(Common View，CV)、全视法(All in View，AV)和载波相位法(Carrier Phase， CP)。CV法和AV法均使用伪距观测数据进行时间传递，时间传递精度一 般只能达到纳秒级，且CV法无法用于长距离的时间传递。CP法使用载波 相位观测值进行时间传递，精度可达到亚纳秒级。

目前现有的两种高精度时间传递技术中，卫星双向时间频率传递技术 需要租用通信卫星的卫星转发器，地面站需要向同一个带宽上发射信号，用 户数量受限且成本高；而GNSS时间传递技术高度依赖于卫星导航系统， 卫星导航系统是重要的战略资源，信号容易受到干扰，在很多情况下会不可 用，因此，在导航信号拒止的情况下，无法实现高精度的时间传递，会对科 研和民用授时产生重大影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于干涉测 量的卫星精密时间传递方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案 实现：

本发明提供了一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，包括：

S1：利用分布于地面上不同位置的多个观测站天线对卫星进行测定轨， 获得卫星轨道；

S2：利用分布于地面上不同位置的两个用户站天线在同一波束范围内 同时接收所述卫星的信号，获得总时延；

S3：对所述总时延进行误差修正，获得两个用户站的钟差，以实现两个 用户站之间的卫星精密时间传递。

在本发明的一个实施例中，所述S1包括：

S11：利用分布于地面上不同位置的多台天线接收任意卫星的下行信号；

S12：对所述下行信号进行数据处理，获得多台天线两两之间的基线时 延；

S13：利用所述基线时延进行卫星定轨，获得卫星的轨道信息。

在本发明的一个实施例中，所述S2包括：

S21：利用用户站A和用户站B在同一波束范围内同时接收卫星同一 波前的信号，获得接收信号x(t)和y(t)，则互相关函数的定义为：

其中，τ为用户站A和用户站B的总时延；

S22：对所述互相关函数进行归一化处理，获得归一化互相关函数为：

其中，c_xx(0)和c_yy(0)分别表示x(t)和y(t)在τ＝0时的自相关值；

S23：利用傅里叶变换将时域的接收信号x(t)和y(t)变换到频率域：

其中，f为接收信号的频率，X(f)为接收信号x(t)的频率域信号，Y(f)为 接收信号y(t)的频率域信号；

S24：利用频率域信号X(f)和Y(f)获得互功率谱：

C_xy(f)＝X(f)Y^*(f)

其中，Y^*(f)为Y(f)的复共轭；

S25：对所述互功率谱C_xy(f)进行逆傅里叶变换，获得互相关函数：

S26：计算所述互相关函数的最大值，得到用户站A和用户站B的总时延 值τ。

在本发明的一个实施例中，在所述S2中，所述卫星的信号选择C或X波 段的信号进行观测。

在本发明的一个实施例中，所述S3包括：

S31：获得所述总时延值τ的表达式：

τ＝τ_g+τ_clk+τ_inst+τ_trop+τ_iono+τ_sag+τ_ε，

其中，τ_g为几何时延，τ_clk为两用户站使用不同的钟信号导致的站间钟 差，τ_inst为设备时延，τ_trop为对流层时延，τ_iono为电离层时延；τ_sag为Sagnac 效应时延，τ_ε是偶然误差；

S32：分别获取所述几何时延τ_g、所述设备时延τ_inst、所述对流层时延 τ_trop、所述电离层时延τ_iono和所述Sagnac效应时延τ_sag的值；

S33：将所述总时延值τ减去所述几何时延τ_g、所述设备时延τ_inst、所述 对流层时延τ_trop、所述电离层时延τ_iono和所述Sagnac效应时延τ_sag的值， 得到钟差τ_clk：

τ_clk＝τ-τ_g-τ_inst-τ_trop-τ_iono-τ_sag-τ_ε。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，首先通过多站组网 干涉测量进行卫星精密定轨和轨道预报，之后基于定轨结果，根据精度需求 选择观测的目标卫星，两个用户站同时观测同一波束内的卫星，通过干涉测 量得到两个用户站的时延序列，在轨道已知的情况下，进行误差修正，得到 两站的站间钟差，从而实现卫星精密时间传递，解决了现有的卫星精密传递 技术要么成本高且用户数量受限，要么依赖于卫星导航系统，可靠性不够高 的问题，可对任意带宽的具有下行信号的卫星进行观测，且精度可调，预期 精度在纳秒量级。

2、本发明提出了一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，可以摆 脱对GNSS的过度依赖，解决卫星导航信号拒止情况下的高精度时间传递问 题，且用户数量不受限制。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方 法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种卫星干涉测量实现测定轨的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用户站干涉测量示意图；

图4是利用本发明实施例的方法获得的残余时延结果图；

图5是利用本发明实施例的方法获得的电离层时延结果图；

图6是利用本发明实施例的方法获得的对流层时延结果图；

图7是利用本发明实施例的方法获得的钟差结果图；

图8是利用本发明实施例的方法获得的站间钟差与现有的PPP方法解 算的钟差比对结果图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效， 以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于干涉测量的 卫星精密时间传递方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具 体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本 发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解， 然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加 以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来 将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗 示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包 括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一 系列要素的物品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。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物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于干涉测量的卫星精密 时间传递方法的流程图。所述方法包括：

S1：利用分布于地面上不同位置的多个观测站天线对卫星进行测定轨， 获得卫星轨道。

所述S1包括：

S11：利用分布于地面上不同位置的多台天线接收任意卫星的下行信号；

S12：对所述下行信号进行数据处理，获得多台天线两两之间的基线时 延；

S13：利用所述基线时延进行卫星定轨，获得卫星的轨道信息。

具体地，利用分布于地面上不同位置的多台观测站天线组成观测网，可 对观测波段内任意带宽的具有下行无线电波的卫星进行观测。各观测站通 过被动接收方式接收卫星的下行信号，并对信号进行采集和记录，随后将记 录的数据传送至观测系统的数据处理中心，通过数据处理获得基线时延，然 后采用动力学统计定轨方法得到卫星轨道。

由于卫星测定轨需要3台天线以上，本实施例以3台观测站天线为例 进行说明。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种卫星干涉测量实现 测定轨的示意图。利用3台观测站天线组成一个小型观测网，3个观测站天 线可以两两连线组成3条基线，可对任意具有下行无线电波的卫星进行观 测。对观测数据进行相关处理，目前采用软件相关处理机进行相关处理，得 到每条基线的时延，即得到三条基线的时延。利用三条基线的时延，可以进行卫星定轨。

卫星定轨可以描述为一个数学问题，即对一个微分方程并不精确知道 的动力学过程，使用带有误差的观测数据及不够精确的初始状态，求解卫星 运动状态(包括卫星轨道量和有关物理、几何参数)在某种统计原则之下的最 佳估值。

人造地球卫星在空间的运动可由如下常微分方程初值问题来描述：

其中，

分别表示卫星的位置矢量、速度矢量和加速度矢量； r表示卫星到地心的距离，

表示其他摄动力；μ＝GM_e，G表示引力常数， M_e表示地球质量；ε表示有关物理参数。

由上式可知，初始时刻t₀的卫星状态就是卫星的初始状态

其中，

表示初始时刻t₀的卫星位置就是卫星的初始位置，

表示 初始时刻t₀的卫星速度就是卫星的初始速度。

通常情况下，卫星的初始状态，包括初始位置矢量

和初始速度矢量

是无法预先精确知道的，只能得到其初始位置和初始速度的参考值

和

这就需要通过对卫星观测来精化该参考值

和

以取得高精度的卫星初 始位置矢量

和初始速度矢量

具体地，令卫星的状态矢量为：

其中，

表示卫星的动力学参数矢量，包括引力场系数、大气阻力系数、 太阳光压系数、地球反照压系数等；

表示卫星的几何参数，包括台站坐标、 地球自转参数、观测值的测距偏差等，F是X的一阶导数。需要说明的是， 在本实施例中，符号上方加一点表示一阶导数，加两点表示二阶导数。

则卫星的运动方程可以写为：

初始条件为：

X(t₀)＝X₀

即：

则t_i时刻的观测量Y_i与理想状态量X_i之间存在着一定的函数关系，可以 表示如下：

Y_i＝G(X_i,t_i)+ε_i

其中，X_i、Y_i、ε_i分别表示t_i时刻的理想状态量、观测量和观测噪声。

在本实施例中，利用时延进行定轨时，观测量Y_i为时延τ_ij，理想状态量 X_i为卫星位置坐标(x_S,y_S,z_S)，假设某一条基线两侧的两个观测站i的位置 坐标为(x_i,y_i,z_i),观测站j的位置坐标为(x_j,y_j,z_j)，则该基线的基线时延τ_ij (观测量Y_i)与卫星位置(状态量X_i)的关系为：

某一理想状态量的参考值X^*(t)(包括初轨、动力学参数、几何参数先验 值)满足：

其中，X^*(t₀)为初始参考状态量，即t₀时刻的参考状态量。

在参考值X^*(t_i)处进行线性化。理想状态量

和观测量Y_i在参考解

处 按Taylor展开，得到

此处二次项以上的项没写出，如果忽略这些项，同时令：

其中，x(t)为状态量的修正值，y_i为t_i时刻的残差(即理论值X_i与实测值 Y_i的差值)，则可以得到观测方程线性化后的基本关系式：

其中，x_i表示t_i时刻的状态修正量。x(t)是连续函数，实际观测量都是 由一系列的点构成，x_i即为其中的一个点。

需要说明的是，

是线性微分方程，其解可以表示为：

x(t)＝Φ(t,t₀)x(t₀)

其中，Φ(t,t₀)是状态转移矩阵，满足下述微分方程(状态方程)：

其中，I为单位阵。参考状态量X^*(t)由初始参考状态量X^* ₀通过数值积 分方得到，状态转移矩阵则通过数值求解状态方程给出。

由此可得到

其中，x₀表示初始时刻的状态量的修正值。

如令

则可以得到

y_i＝H_ix₀+ε_i

即为线性化的观测方程。

如令

则总的观测方程可写为：

y＝Hx₀+ε

求解上述方程可以得到状态量的改正参数

以此修正初始状态量：

其中，

为修正的初始状态量。

将修正的初始状态量

带入X^* ₀中，计算

如此反复迭代，直至

小 于一定阈值，则迭代结束，得到初始状态(轨道、动力学参数、几何参数)的 最佳估值X₀，从而可以获得轨道在任意时刻的位置矢量、速度矢量和加速度 矢量。

如上所述，根据上述卫星定轨原理，利用观测数据的时延序列进行定轨， 解算参数包括卫星初始位置和速度，并通过逐次逼近的方法求得各基线的 系统差及定轨残差，定轨精度可达十几米甚至数米水平。

S2：利用分布于地面上不同位置的两个用户站天线在同一波束范围内 同时接收所述卫星同一波前的信号，获得总时延。

具体地，基于步骤S1所获得的精密定轨结果，可对天线可观测波段内 的卫星进行观测。由于需要进行远距离时间传递，因此一般选择C或X波 段的信号进行观测。本发明实施例的卫星精密时间传递方法的观测带宽可 以调节，不同卫星信号带宽不同，带宽越宽观测精度越高，因此可根据精度 需求选择观测的目标卫星。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种用户站干涉测量示意图， 用户站A和用户站B同时配置接收天线，两用户站在同一波束范围内同时 接收同一颗卫星同一波前的信号，进行数据采集、记录，将观测数据汇总到 其中一个站，进行相关处理，得到总时延τ。

具体的，设用户站A和用户站B获得的来自卫星的接收信号分别为x(t) 和y(t)，则互相关函数的定义为：

其中，τ为总时延。改变总时延τ的值可以得到不同的互相关值，当c_xy最大时，就是最大相关。根据上式，可以进一步得到归一化互相关函数为：

其中，c_xx(0)和c_yy(0)分别表示x(t)和y(t)在τ＝0时的自相关值。

设接收信号的频率为f，利用傅里叶变换将时域的接收信号x(t)和y(t)变 换到频率域，则为：

其中，X(f)为接收信号x(t)的频率域信号，Y(f)为接收信号y(t)的频率 域信号。

进一步地，利用频率域信号X(f)和Y(f)可以推导得互功率谱为：

C_xy(f)＝X(f)Y^*(f)

其中，Y^*(f)为Y(f)的复共轭。互功率谱C_xy(f)的逆傅里叶变换即为互 相关函数：

通过计算互功率谱或互相关函数的最大值，即可得到总时延值τ。

S3：对所述总时延进行误差修正，获得两个用户站的钟差，以实现两个 用户站之间的卫星精密时间传递。

需要说明的是，卫星干涉测量的总时延τ主要由几何时延、站间钟差、 设备时延、对流层时延、电离层时延和Sagnac效应时延构成，如下式所示：

τ＝τ_g+τ_clk+τ_inst+τ_trop+τ_iono+τ_sag+τ_ε

其中，τ_g为几何时延，是卫星信号同一波前到达两用户站天线的时间差； τ_clk是两用户站使用不同的钟信号导致的站间钟差；τ_inst是由于信号在硬件 设备传输过程中产生的设备时延；τ_trop是对流层时延，是由于卫星信号在对 流层传播过程中传播路径和传播速度发生改变而产生的信号时延，与信号 频率无关；τ_iono是卫星信号通过电离层引起的电离层时延，与信号频率相 关；τ_sag是由于地球自转引起的Sagnac效应时延；τ_ε是偶然误差。需要说 明的是，在实际计算过程中，通常忽略偶然误差。

信号在接收机、数采设备、记录设备传输过程，不同用户站使用不同的 设备，带来不同硬件设备时延。对于卫星观测来说，可以在观测之前，事先 对仪器时延τ_inst进行标定，在本实施例中，利用PPP仪器时延标定法对仪 器时延进行标定，从而获得设备时延τ_inst。

对观测之后的相关处理结果进行误差修正，利用步骤S1获得的精密卫 星轨道以及步骤S2中的用户站坐标可以计算出几何时延τ_g。由于卫星离地 球较近，其发射的电磁波不能近似为平面波，而是作为球面波处理，如图3 所示，信号到达两个用户站天线的几何时延如下式：

其中，θ为两个用户站之间的连线与用户站A与卫星的连线之间的夹 角，B为基线长度，c为光速，

为卫星和两个用户站之间的夹角。

对于单频观测，电离层的校准通常通过使用全球单层电离层模型计算 得到卫星视线方向的电离层时延τ_iono。电离层时延计算采用如下公式：

τ_iono＝40.28×VTEC×f^-2×M_i(EL)

其中，VTEC是以TECU(Total Electron Content Unit，总电子含量单位) 为单位的天顶方向总的电子柱密度，f为信号频率，M_i(EL)为映射函数。由 公式可知，电离层计算结果与频率相关。VTEC根据电离层模型进行插值计 算，具体地用时间、经度和纬度进行插值；M_i(EL)为映射函数，其中EL是 天线的俯仰角，也就是高度角，该映射函数与天线的俯仰角有关。

需要说明的是，在实际的数据校准中并未计算特定频率电离层时延，而 是计算不依赖频率的色散延迟τ_disp，公式如下，其中，STEC为以TECU为 单位的视线方向总的电子柱密度。

τ_disp＝40.28×10¹⁶STEC/c³

其中，STEC＝VTEC×M_i(EL)，表示从天顶方向映射到视线方向总的电 子柱密度。

接着，利用气象站数据，根据经验公式计算得到对流层时延τ_trop。对流 层时延分为两个主要部分：干大气时延和湿大气时延。干大气时延是由大气 中气体的干燥部分引起的，而湿大气延迟仅由大气中水蒸气的变化引起。干 大气时延约占对流层总时延的90％，天顶方向的干大气时延通常约为2.3 米。湿大气时延是由于水蒸气的存在而引起的，在干旱地区为几厘米或更小， 在潮湿地区则为35厘米左右。在本实施例中，对流层延迟使用Saastamoinen 模型计算：

其中，ZHD为天顶干延迟，ZWD为天顶湿延迟，P_s为测站(在本步骤中 为用户站)大气压，h_s为测站高程，e_s为测站水气压，T_s为测站绝对温度，

为测站纬度。

用户站视向对流层延迟利用NMF映射函数模型进行计算，其表达式下 所示：

其中，M_d(EL)、M_w(EL)分别为干延迟、湿延迟映射函数。公式M_d(EL) 前项为平均项，后项为波动项，EL为卫星高度角，a_d、b_d、c_d为静力学常 数，这三个常数是根据内插公式计算得到，跟纬度相关，a_ht＝2.53× 10^-5，b_ht＝5.49×10^-3，c_ht＝1.14×10^-3，a_w、b_w、c_w为湿延迟映射系数， 这三个系数是根据内插公式计算得到，跟纬度相关。

进一步地，利用地心惯性系中Sagnac效应的计算模型，可解出Sagnac 效应时延τ_sag，地球静止同步轨道卫星Sagnac效应的计算模型如下：

其中，等号右侧的负号-表示信号的传播方向与地球自转的方向相反， ω_E为地球自转角速度，c为光速，OS表示地球静止同步轨道卫星距离地心 的高度，λ_S为卫星所处位置的经度，λ_A为地面站A所处位置的经度，

为 地面站A所处位置的纬度，R为地球半径。

扣除上述误差项后，得到钟差τ_clk，从而实现站A和站B之间的卫星 精密时间传递。

τ_clk＝τ-τ_g-τ_inst-τ_trop-τ_iono-τ_sag-τ_ε

接着，利用已有的VLBI天线对本发明实施例基于干涉测量的卫星精密 时间传递方法进行进一步验证。本实施例使用的宽带VLBI系统可观测 1.2GHz-9GHz内任意具备下行信号的卫星，选择C波段转发式GEO卫星 进行观测，数据处理结果进行统计动力学定轨，轨道精度可达到米级。

2021年3月23日对转发式GEO卫星的C波段信号进行观测，利用观 测数据进行定轨，相邻的两次定轨有一次轨道重叠，通过重叠段的互差评估 定轨精度，轨道重叠弧段互差统计如下表1所示，其中， 2021032312_2021032400表示定轨的起止时间，即，定轨的起始时间 为2021年03月23日12时，终止时间为2021年03月24日0时，ΔR 表示径向精度，ΔT是切向精度，ΔN是法向精度，ΔP是三维精度。需要说 明的是，本发明实施例中所提及的所有时间均为UTC时间(Coordinated Universal Time,协调世界时)。由表1可知，本实施例所采用的定轨方法的 定轨精度在米级。

表1VLBI观测数据定轨轨道重叠差统计表

重叠弧段	ΔR(米)	ΔT(米)	ΔN(米)	ΔP(米)
					2021032312_2021032400	5.191	1.584	1.334	5.589

在观测之前，事先利用PPP仪器时延标定法对仪器时延进行标定。之 后，基于上述定轨结果，将吉林、三亚两站作为用户站进行卫星干涉测量试 验，对C波段转发式GEO卫星进行观测及数据记录。2021年3月24日， 吉林，三亚站同时观测GEO卫星，观测带宽为32MHz，观测及数据记录均 正常。

对观测数据进行相关处理及后处理，得到总时延值。利用定轨结果及站 坐标计算出几何时延模型，扣除几何时延之后得到残余时延，如图4所示， 从图4可以看出，残余时延的精度在纳秒量级。

使用全球单层电离层模型计算得到卫星视线方向的电离层延迟，相减 后得到吉林-三亚基线的电离层时延。具体的，所述全球单层电离层模型计 算出来的电离层时延是单站的，本实施例需要基线的时延，即吉林-三亚基 线，则将吉林站的电离层延迟减去三亚站的电离层延迟，即为吉林-三亚基 线的电离层时延，如图5所示，可以看出，电离层时延在白天较大，夜间电 离层时延较小。

利用3月24日用户站，即吉林站和三亚站的气象数据解算用户站单站 的对流层时延，随后，即将吉林站的对流层时延减去三亚站的对流层时延， 得到吉林-三亚基线的对流层时延，如图6所示，可以看出，对流层时延在 一天之内，呈现周期性的波动。

利用Sagnac效应的计算模型和站坐标解出基线Sagnac效应时延，之 后，对残余时延进行误差修正，扣除电离层时延、对流层时延、仪器时延、 Sagnac效应时延，最终得到两站之间的钟差，如图7所示，实现了卫星精 密时间传递。

进一步地，为了评估本发明实施例的基于干涉测量的卫星精密时间传 递的精度，将利用本发明实施例的方法获得的站间钟差与现有的PPP方法 解算的钟差进行比较。具体地，请参见图8，图8是利用本发明实施例的方 法获得的站间钟差与现有的PPP方法解算的钟差比对结果图，其中，所述 站间钟差即为图7中获得的结果，图8将图7中获得的结果与PPP解算的 钟差相减，然后求出标准差(STD)，得到钟差计算的精度。由图8可以看出， 本发明实施例的方法时间传递的精度优于6纳秒。

综上，本实施例基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，首先通过多站 组网干涉测量进行卫星精密定轨和轨道预报，之后基于定轨结果，根据精度 需求选择观测的目标卫星，两个用户站同时观测同一波束内的卫星，通过干 涉测量得到两个用户站的时延序列，在轨道已知的情况下，进行误差修正， 得到两站的站间钟差，从而实现卫星精密时间传递，解决了现有的卫星精密 传递技术要么成本高且用户数量受限，要么依赖于卫星导航系统，可靠性不 够高的问题，可对任意带宽的具有下行信号的卫星进行观测，且精度可调， 预期精度在纳秒量级。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单 推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，其特征在于，包括：

S1：利用分布于地面上不同位置的多个观测站天线对卫星进行测定轨，获得卫星轨道；

S2：利用分布于地面上不同位置的两个用户站天线在同一波束范围内同时接收所述卫星的信号，获得总时延；

S3：对所述总时延进行误差修正，获得两个用户站的钟差，以实现两个用户站之间的卫星精密时间传递，

所述S2包括：

S21：利用用户站A和用户站B在同一波束范围内同时接收卫星同一波前的信号，获得接收信号x(t)和y(t)，则互相关函数的定义为：

其中，τ为用户站A和用户站B的总时延；

S22：对所述互相关函数进行归一化处理，获得归一化互相关函数为：

其中，c_xx(0)和c_yy(0)分别表示x(t)和y(t)在τ＝0时的自相关值；

S23：利用傅里叶变换将时域的接收信号x(t)和y(t)变换到频率域：

其中，f为接收信号的频率，X(f)为接收信号x(t)的频率域信号，Y(f)为接收信号y(t)的频率域信号；

S24：利用频率域信号X(f)和Y(f)获得互功率谱：

C_xy(f)＝X(f)Y^*(f)

其中，Y^*(f)为Y(f)的复共轭；

S25：对所述互功率谱C_xy(f)进行逆傅里叶变换，获得互相关函数：

S26：计算所述互相关函数的最大值，得到用户站A和用户站B的总时延值τ。

2.根据权利要求1所述的基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，其特征在于，所述S1包括：

S11：利用分布于地面上不同位置的多台天线接收任意卫星的下行信号；

S12：对所述下行信号进行数据处理，获得多台天线两两之间的基线时延；

S13：利用所述基线时延进行卫星定轨，获得卫星的轨道信息。

3.根据权利要求1所述的基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，其特征在于，在所述S2中，所述卫星的信号选择C或X波段的信号进行观测。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于干涉测量的卫星精密时间传递方法，其特征在于，所述S3包括：

S31：获得所述总时延值τ的表达式：

τ＝τ_g+τ_clk+τ_inst+τ_trop+τ_iono+τ_sag+τ_ε，

其中，τ_g为几何时延，τ_clk为两用户站使用不同的钟信号导致的站间钟差，τ_inst为设备时延，τ_trop为对流层时延，τ_iono为电离层时延；τ_sag为Sagnac效应时延，τ_ε是偶然误差；

S32：分别获取所述几何时延τ_g、所述设备时延τ_inst、所述对流层时延τ_trop、所述电离层时延τ_iono和所述Sagnac效应时延τ_sag的值；

S33：将所述总时延值τ减去所述几何时延τ_g、所述设备时延τ_inst、所述对流层时延τ_trop、所述电离层时延τ_iono和所述Sagnac效应时延τ_sag的值，得到钟差τ_clk：

τ_clk＝τ-τ_g-τ_inst-τ_trop-τ_iono-τ_sag-τ_ε。

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