CN114280915A - 一种天基测控授时一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天基测控授时一体化系统，包括：低轨星座；所述低轨星座由分布在多个轨道面的多个低轨卫星构成；每个低轨卫星均设置四条链路，用于与目标用户连接；其中，所述四条链路包括：第一上行链路，用于实现对目标用户的测控；第二上行链路和第一下行链路，用于基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正；第二下行链路，用于基于上注的导航信息辅助修正电离层误差。本发明可向广大用户提供实时无缝切换的测控和高精度授时的一体化服务，能够满足用户实时灵敏测控需求和高精度时间需求。
Description
技术领域
本发明属于卫星导航及授时技术领域，特别涉及一种天基测控授时一体化系统。
背景技术
目前现有的地面测控系统，在面向大规模星群/星座普遍存在的海量目标、突发性管控需求时，面临资源整合困难、站网运转效率低下等技术问题，无法匹配商业航天任务突发、联通短暂的管控需求。
另外，空间卫星节点高度统一的时间、频率、相位基准是智能网联卫星的基本要求，是制约星座业务运行效率、系统效能发挥的核心能力；然而，由于未来海量低轨卫星个体成本限制，每个节点均具备高精度时频基准产生和维持能力难以实现。
综上，亟需利用天基手段构建提供一体化的高精度时空基准和无缝测控通信服务，这也是未来商业航天发展的重要方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天基测控授时一体化系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过搭载高精度原子钟的低轨卫星星座和多条通信链路，构建了高精度测控授时一体化系统，可向广大用户提供实时无缝切换的测控和高精度授时的一体化服务，能够满足用户实时灵敏测控需求和高精度时间需求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种天基测控授时一体化系统，包括：低轨星座；
所述低轨星座由分布在多个轨道面的多个低轨卫星构成；
其中，每个低轨卫星均搭载星载GNSS接收机，用于接收可视范围内的GNSS信号，获得原始观测值和导航电文并下传；每个低轨卫星均搭载星间链路载荷，用于通过低轨卫星星间相互观测，获得原始星间观测数据并下传；
所述多个低轨卫星中的一个或多个低轨卫星搭载有预设高精度时频基准的原子钟，用于为所有低轨卫星提供时间频率信号；
每个低轨卫星均设置四条链路，用于与目标用户连接；其中，所述四条链路包括：第一上行链路，用于实现对目标用户的请求接入；第二上行链路和第一下行链路，用于基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正，以及遥测遥控信息交互；第二下行链路，用于基于上注的导航信息辅助修正电离层误差；所述上注的导航信息基于下传的原始观测值、导航电文和原始星间观测数据获得。
本发明的进一步改进在于，所述原子钟的日稳定度优于E-16。
本发明的进一步改进在于，所述用于基于所述原子钟对目标用户实现授时中，导航信息至少包括卫星广播和钟差，或者精密轨道和钟差。
本发明的进一步改进在于，所述基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正的步骤具体包括：
基于第二上行链路和第一下行链路获得低轨卫星与目标用户之间的双向观测值，并构建双向观测模型；
基于上注的导航信息对构建的双向观测模型进行误差修正，获得修正后的模型；
基于所述修正后的模型，获得低轨卫星与目标用户之间的相对钟差；
基于所述双向观测值和所述相对钟差，建立并维持天基高精度时间基准；基于所述天基高精度时间基准，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星紧密钟差，实现高精度授时。
本发明的进一步改进在于，
所述双向观测值至少包括伪距或载波测量观测值ρ；
低轨卫星A在t1时刻向目标用户B发射频点为f1的高频信号，目标用户B在t2时刻通过第一下行链路收到频点为f1的高频信号，得到观测值
目标用户B在t3时刻向低轨卫星A发射频点为f2的高频信号，低轨卫星A在t4时刻通过第二上行链路收到频点为f2的高频信号，得到观测值
则所述双向观测模型表示为，
式中，c为真空光速，XA和XB分别为低轨卫星A和目标用户B在地心惯性系中的位置矢量，δtA和δtB分别为低轨卫星和目标用户钟差，
和
分别为低轨卫星A和目标用户B的信号发射通道的硬件传输时延，
和
分别为低轨卫星A和目标用户B的信号接收通道的硬件传输时延，δREL为周期性相对论效应等效时延，δPCO为相位中心偏移等效时延，δION是电离层等效时延，
从低轨卫星A发射至目标用户B过程中产生的测距噪声，
从目标用户B发射至低轨卫星A过程中产生的测距噪声。
本发明的进一步改进在于，所述基于上注的导航信息对构建的双向观测模型进行误差修正，获得修正后的模型的步骤具体包括：
利用双向观测值计算低轨卫星A与目标用户B之间的相对钟差，包括：将式(1)方程中的双向观测值分别约化至同一时刻ti，表示为，
式中，Δd为空间距离不一致修正量，c·Δδ为钟差非同时修正量，
为ti时刻的低轨卫星和目标用户之间的相对钟差，εres为系统误差之和；
将约化后的上下行观测方程式(2)差分，得到低轨卫星A和目标用户B的在ti时刻的相对钟差值
表达式为，
运动时延误差修正的修正量计算表达式为，
设备时延误差修正的修正量计算表达式为，
式中，Δdhardware为低轨星座卫星和目标用户的设备时延总和，δ′tA和δ′tB分别为低轨星座卫星和目标用户的精密钟差或广播钟差产品；
相对论效应误差修正的修正补偿量计算表达为，
式中，c为光速，Δfrel_f是相对论在t时刻引起的频率增量，f是标称频率，GM是地球的地心引力常数，re是地球半径，rs是地心距，V是地球的非球形扰动势，a是卫星轨道半长轴，e是卫星轨道偏心率，E是偏近点角，u为纬度幅角，J2为非球形扰动势的J2项带谐系数；
式(6)中的第一项对应标称频率偏差NFO，通过降低低轨卫星或目标用户的原子钟频率对NFO进行校正；
式(6)中其余项为周期性相对论误差修正量，相对论效应的时间误差修正量计算表达式为，
式中，ΔδREL(t)是相对论在t时刻引起的时间增量。
本发明的进一步改进在于，所述基于上注的导航信息辅助修正电离层误差的步骤具体包括：
频率为f的信号受到的电离层折射误差为，
式中，f是频率，B0是地磁场的强度，θ为地磁场方向与电磁信号传播方向之间的夹角，m为电子的质量，e为电子电荷量，ε0为空气中携带的介质，μ0为真空中的磁导率；
第一下行链路对应f1频点，第二下行链路对应f3频点，则电离层倾斜方向电子总含量STEC计算表达式为，
式(10)结合式(1)，双向电离层修正量
计算表达式为，
本发明的进一步改进在于，所述基于所述双向观测值和所述相对钟差，建立并维持天基高精度时间基准；基于所述天基高精度时间基准，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星紧密钟差，实现高精度授时的步骤包括：
通过式(12)得到基准星相对于高精度时间基准的钟差；其中，
式中，N为构建天基时间基准的卫星及目标用户总数，wi为权重，
为低轨卫星A和目标用户i之间的相对钟差结果，TAI(t0)为t0时刻构建的天基高精度时间基准；
将式(3)和式(12)相减获得各目标相对于天基高精度时间基准的钟差，完成对用户基于天基高精度时间基准的高精度授时，表达式为，
TAI(t0)-δtB(t0)＝[TAI(t0)-δtA(t0)]-[δtB(t0)-δtA(t0)] (13)。
本发明的进一步改进在于，还包括：
地面系统，用于接收低轨卫星下传的原始观测值、导航电文和原始星间观测数据，基于接收的数据计算获得导航信息并上注。
本发明的进一步改进在于，所述GNSS信号来自美国GPS系统、中国Beidou系统、欧盟Galileo系统和俄罗斯GLONASS系统中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过搭载高精度原子钟的低轨卫星星座，可与相关目标用户快速建立通信与高精度测距链路，能够实现天空地一体化的测控和高精度授时；通过建立高精度天基时间基准，可向广大空间用户和地面用户提供敏捷无缝测控和高精度授时服务。本发明提供的天基测控授时一体化系统，可满足用户高精度授时和敏捷无缝测控需求，实现较现有卫星导航系统高一个数量级的授时精度，并实现天基高精度时频基准的建立、维持和应用。具体示例性的，本发明为低轨航天器目标提供了高精度时空基准服务和无缝敏捷测控服务，授时精度相比现有的GNSS手段提高1～2数量级，同时实现了测控授时一体化服务，可有效降低在轨航天器配置，节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种天基测控授时一体化系统的示意图；
图2是本发明实施例中，低轨星座卫星对目标用户的测控授时一体化服务流程示意图；
图3是本发明实施例中，低轨星座卫星对目标用户的高精度授时方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
请参阅图1，本发明实施例的一种天基测控授时一体化系统，包括：
低轨星座，由分布在多个轨道面的多个低轨卫星构成(示例性解释的，构成稳定星座，对全球或特定目标区实现基本覆盖)；每个低轨卫星均可通过四条链路与目标用户(示例性解释的，包括广大对时间和测控需求较高的空间或地面用户)连接；所述四条链路包括：第一上行链路，用于实现对目标用户的请求接入；第二上行链路和第一下行链路，用于对目标用户实现高精度授时和遥测遥控信息交互；第二下行链路，用于辅助修正电离层误差；所述低轨星座中的低轨卫星配置高精度时频基准(日稳定度优于E-16)，可实时接收、发送和处理GNSS导航卫星、地面站以及目标用户的观测信息；
地面系统，包括1个卫星管控与应用中心和若干地面站(示例性解释的，可实现远程数据传输和复杂业务数据处理，以及对卫星和星座进行管控规划)；所述卫星管控用于实现星座管控、业务运行等的综合处理，所述地面站用于维持地面的高精度时间基准，以及实现与低轨卫星的数传和时间同步；其中，一个主地面站布置高精度的冷原子光钟和连续运行的冷原子喷泉钟，具备维持日稳定度E-16量级以上的时频基准能力，其余地面站不配置高精度原子钟组，通过光纤时频传递网络实现和主控站的精准时间同步和频率同步，进一步维持地面的高精度时频基准，同时地面站和低轨卫星通过双向链路实现双向数传和时间同步。
所述多个低轨卫星中的一个或多个低轨卫星搭载有高精度时频基准的原子钟(日稳定度优于E-16)，用于为低轨卫星提供高稳定的时间频率信号。
请参阅图2，本发明实施例中，具体信息交互流程包括：
(1)目标用户通过第一上行链路向卫星发送测控、授时请求；
(2)卫星根据目标发送的粗略位置信息(来自搭载的接收机)调整第一下行链路和第二上行链路波束指向完成和低目标用户的双向建链路，然后对数据进行处理和计算，低轨卫星将处理后的将时间基准信息和时差测量结果作为调制信息通过第二下行链路发送至目标，实现高精度授时；
(3)卫星和目标通过第一下行链路和第二上行链路交互遥控、遥测信息，实现天基测控。
本发明实施例系统的原理包括：
(a)利用低轨卫星星座实现对目标用户的2上2下测控授时链路，对目标用户提供授时测控一体化服务；其中，第一上行链路实现请求接入，第一下行链路和第二上行链路实现双向通信和时差测量，第二下行链路实现和第一下行链路的差分测量，消除电离层等误差影响；
(b)低轨星座卫星接收机综合利用接收的卫星导航系统(GNSS)下行L频段导航信号、星座间的激光/微波星间链路信号和与地面站间的上下行测控、数传和双向比对链路进行精密定轨、测速和授时，生成导航信息。
本发明实施例示例性可选地，卫星导航系统(GNSS)包括美国GPS系统、中国Beidou系统、欧盟Galileo系统和俄罗斯GLONASS系统的一种或几种。
本发明实施例示例性可选的，导航信息应至少包括下列信息：卫星广播轨道和钟差或精密轨道和钟差。
本发明实施例中，所述的低轨星座包括分布在多个轨道面的多颗低轨卫星，所述多颗低轨卫星通过特定频段播发基于高精度时频基准(示例性的，日稳定度优于E-16)的导航信号。
本发明实施例中，低轨卫星接收机进行精密定轨、测速和授时的观测数据包含下列至少其一：GNSS和低轨卫星伪距观测数据、GNSS和低轨卫星载波相位观测数据、GNSS和低轨卫星多普勒观测数据、低轨卫星星间激光/微波观测数据、地面站和低轨卫星的伪距观测数据、地面站和低轨卫星的载波相位观测数据。
本发明实施例具体解释的，卫星管控与应用中心实现星座管控、业务运行等的综合处理，具体实现：
(1)实现对低轨星座的日常状态维护和运行监测；
(2)采集地面站数据、状态等数据；
(3)实现和需求用户的交互，并将任务需求转化为系统控制参数；
(4)根据自身位置信息和各类观测信息，计算生成所述导航卫星精密轨道和精密钟差，以及所述低轨卫星精密轨道和精密钟差等导航信息，并发送到地面站。
本发明实施例具体解释的，地面站将所述低轨卫星的导航信息发送到所述低轨星座卫星；以及低轨卫星收到相关导航信息后，利用与用户的双向观测数据计算并预报目标用户的原子钟钟差；地面站至少一个布置高精度的冷原子光钟和连续运行的冷原子喷泉钟，具备维持日稳定度E-16量级以上的时频基准能力，其余地面站通过光纤时频传递网络实现和搭载高精度原子钟的地面站间的精准时间同步和频率同步，进而实现和低轨星座卫星的双向时间比对和双向数据传输；目标用户接收低轨星座卫星信号进行测控和测量，并向低轨星座卫星发射测量信号，解析低轨卫星导航电文进行高精度授时解算。
本发明实施例提供的系统，可为低轨航天器目标提供高精度时空基准服务和无缝敏捷测控服务，相比现有的GNSS手段授时精度提高1～2数量级，同时实现了测控授时一体化服务，可有效降低在轨航天器配置，节约成本。
本发明实施例的一种天基测控授时一体化方法，具体包括以下步骤：
(1)低轨星座卫星均搭载星载GNSS接收机，能够接收在可视范围内的GNSS信号，获取原始观测值和导航电文，然后通过星间或星地通信链路将数据下传到地面主控站；
(2)利用地面站观测可视范围内的GNSS导航卫星和低轨星座卫星，获取原始观测数据和导航电文，然后通过地面通信网络将数据传到卫星管控与应用中心；
(3)低轨星座卫星均搭载星间链路载荷，然后通过低轨卫星星间相互观测可获得原始星间观测数据，并通过星间链路将数据下传到地面站；
(4)卫星管控与应用中心通过对卫星下传和地面站传过来的数据进行综合处理后可获得低轨星座卫星的精密轨道和钟差等导航信息，并按照格式编排后发往地面站进行上注；
(5)地面站将低轨卫星的精密轨道和钟差等导航信息发往低轨星座内的所有卫星；
(6)低轨卫星和目标用户通过第一上行链路进行请求测控、授时接入；利用第一下行链路、第二上行链路、第二下行链路实现双向时差测量和通信，并将双向观测数据集中到低轨卫星进行计算处理，以上注的低轨卫星精密钟差为参考进行目标用户精密钟差计算和预报；
(7)低轨在可视范围内对星座内其他卫星进行跟踪观测，得到原始星间观测数据，以及目标用户精密钟差等，综合利用上述数据计算得到天基高精度时间基准；
(8)基于高精度天基时间基准，对目标用户和低轨卫星的精密钟差进行改正，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星精密钟差，形成精密钟差产品播发给用户，实现高精度授时。
请参阅图3，本发明实施例提供的低轨星座卫星对目标用户的高精度授时方法流程图，处理过程主要包括：
(1)低轨卫星和目标用户通过上述所述的第一下行链路和第二上行链路进行双向建链后，得到双向测量数据，读取低轨星座卫星和目标之间的双向观测值，并构建观测模型；
(2)基于观测模型和观测数据，以及上注的低轨卫星精密轨道和钟差进行各项误差扣除修正，包括PCO误差、硬件时延、运动时延修正、相对论修正和电离层时延修正；
(3)根据双向时差算法计算得到低轨星座卫星和目标用户之间的相对钟差；
(4)基于上述星间观测即相对钟差数据，建立和维持天基高精度时间基准，并进一步对目标用户和低轨卫星的精密钟差进行改正，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星精密钟差，实现高精度授时。
其中，1)低轨星座卫星采集与目标用户之间的双向观测值数据，至少包括伪距或载波测量观测值ρ。
假设低轨星座卫星在t1时刻向目标发射频点为f1的高频信号，目标用户在t2时刻收到该信号(下行链路2)；相似地，目标用户在t3时刻向低轨星座卫星发射频点为f2的高频信号，低轨星座卫星在t4时刻收到该信号(第二上行链路)；那么低轨卫星A和目标用户B之间的一次双向测量可以表示为：
式中，c为真空光速，XA和XB分别为低轨星座卫星和目标用户在地心惯性系中的位置矢量(可从上注的广播星历或精密星历获取)，δtA和δtB分别为低轨星座卫星和目标用户钟差(可从上注的广播星历或精密星历获取)，
和
分别为i的信号发射通道和接收通道的硬件传输时延，δREL为周期性相对论效应等效时延，δPCO为相位中心偏移等效时延，δION是电离层等效时延，ε为测距噪声。
2)利用双向观测数据计算低轨卫星与目标用户之间的相对钟差，包括：将式(1)方程中的双向观测分别约化至同一时刻ti，则(1)的约化表达式如下：
式中，Δd为空间距离不一致修正量，c·Δδ为钟差非同时修正量，
为ti时刻的低轨卫星和目标用户之间的相对钟差，εres为系统误差之和(不包括运动时延误差)。
将约化后的上下行观测方程差分可以得到低轨星座卫星A和目标用户B的在ti时刻的相对钟差值
计算表达式如下：
3)对各项系统误差进行修正；在利用搭载高精度原子钟的低轨星座卫星向目标用户进行高精度授时的需求下，需要充分考虑设备、路径等误差因素的影响，并对各项误差分别进行修正处理。处理方法如下：
①运动时延误差修正
由于低轨航天器和目标用户之间的相对运动导致了空间距离不一致误差和钟差非同时误差(统称为运动时延误差)，此系统误差可利用上注的精密或广播轨道及钟差进行精确修正，修正量计算方法如下：
②设备时延误差修正
不考虑路径的情况下，设备时延误差仅与设备零值有关。对于已知的两个稳定设备，该值将是一个较为稳定的量，可以通过地面精确标定或利用上注的精密钟差产品标定的方法来削弱或消除其影响，利用精密钟差标定设备时延误差修正量的方法如下：
式中，Δdhardware为低轨星座卫星和目标用户的设备时延总和，δ′tA和δ′tB分别为低轨星座卫星和目标用户的精密钟差或广播钟差产品。
③相对论效应误差修正
由于低轨星座卫星和目标用户之间存在高速的相对运动，因此搭载的设备将受到广义相对论和狭义相对论的作用使得测距信号在传播过程中存在偏差，为达到优于10ps的误差修正精度，需充分考虑J2项地球引力势引起的误差量的修正，因此需要对相对论引起的误差进行修正补偿，具体补偿方法如下：
式中，c为光速，Δfrel_f是相对论在t时刻引起的频率增量，f是标称频率，GM是地球的地心引力常数，re是地球半径，rs是地心距，V是地球的非球形扰动势，a是卫星轨道半长轴，e是卫星轨道偏心率，E是偏近点角，u为纬度幅角。
式(6)中的第一项对应标称频率偏差(NFO)，通过降低轨卫星或目标用户的原子钟频率对NFO进行一定的校正。其余项为周期性相对论误差修正量，进一步地，相对论效应的时间误差修正量为：
④电离层误差修正
电离层折射误差与传播路径上的STEC呈正相关，且随频率f的增加而减小。对于双向授时，电离层折射误差的高阶项可以忽略，仅考虑电离层一阶及二阶折射延迟，频率为f的信号受到的电离层折射误差为：
式中，f是频率，B0是地磁场的强度，θ为地磁场方向与电磁信号传播方向之间的夹角，m为电子的质量，e为电子电荷量，ε0为空气中携带的介质，μ0为真空中的磁导率。
利用双下行链路(下行链路2和下行链路4)可以很大程度上削弱电离层的影响，假设下行链路2对应f1频点，下行链路4对应f3频点，那么具体的电离层误差修正方法如下：
进一步地，根据式(1)的上下行链路可得双向电离层修正量计算如下：
⑤其他误差
PCO和硬件噪声等其他项误差可采用目前成熟的硬件方案或算法处理即可，不作为发明的重点内容介绍。
4)高精度授时
假设低轨卫星A具有最高稳定度的时钟，那么以A为基准，并以加权的方式构建天基时间基准TAI，那么根据(3)可得：
式中，N为构建天基时间基准的卫星及目标用户总数，wi为权重，
为卫星A和目标i时间的相对钟差结果，TAI(t0)为构建的初步天基时间基准，通过式(12)得到基准星相对于高精度时间基准的钟差。进一步，将(3)和(12)相减可得各目标相对于高精度时间基准的钟差，完成对用户基于天基高精度时间基准的高精度授时：
TAI(t0)-δtB(t0)＝[TAI(t0)-δtA(t0)]-[δtB(t0)-δtA(t0)] (13)
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本发明实施例提供的天基测控授时一体化系统及方法，融合了多类卫星和多种授时手段，充分利用二者优势，确保能够提供高精度测控授时一体化服务。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，包括：低轨星座；
所述低轨星座由分布在多个轨道面的多个低轨卫星构成；
其中，每个低轨卫星均搭载星载GNSS接收机，用于接收可视范围内的GNSS信号，获得原始观测值和导航电文并下传；每个低轨卫星均搭载星间链路载荷，用于通过低轨卫星星间相互观测，获得原始星间观测数据并下传；
所述多个低轨卫星中的一个或多个低轨卫星搭载有预设高精度时频基准的原子钟，用于为所有低轨卫星提供时间频率信号；
每个低轨卫星均设置四条链路，用于与目标用户连接；其中，所述四条链路包括：第一上行链路，用于实现对目标用户的请求接入；第二上行链路和第一下行链路，用于基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正，以及遥测遥控信息交互；第二下行链路，用于基于上注的导航信息辅助修正电离层误差；所述上注的导航信息基于下传的原始观测值、导航电文和原始星间观测数据获得。
2.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述原子钟的日稳定度优于E-16。
3.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述用于基于所述原子钟对目标用户实现授时中，导航信息至少包括卫星广播轨道和钟差，或者精密轨道和钟差。
4.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正的步骤具体包括：
基于第二上行链路和第一下行链路获得低轨卫星与目标用户之间的双向观测值，并构建双向观测模型；
基于上注的导航信息对构建的双向观测模型进行误差修正，获得修正后的模型；
基于所述修正后的模型，获得低轨卫星与目标用户之间的相对钟差；
基于所述双向观测值和所述相对钟差，建立并维持天基高精度时间基准；基于所述天基高精度时间基准，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星紧密钟差，实现高精度授时。
5.根据权利要求4所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，
所述双向观测值至少包括伪距或载波测量观测值ρ；
低轨卫星A在t1时刻向目标用户B发射频点为f1的高频信号，目标用户B在t2时刻通过第一下行链路收到频点为f1的高频信号，得到观测值
目标用户B在t3时刻向低轨卫星A发射频点为f2的高频信号，低轨卫星A在t4时刻通过第二上行链路收到频点为f2的高频信号，得到观测值
则所述双向观测模型表示为，
式中，c为真空光速，XA和XB分别为低轨卫星A和目标用户B在地心惯性系中的位置矢量，δtA和δtB分别为低轨卫星和目标用户钟差，
和
分别为低轨卫星A和目标用户B的信号发射通道的硬件传输时延，
和
分别为低轨卫星A和目标用户B的信号接收通道的硬件传输时延，δREL为周期性相对论效应等效时延，δPCO为相位中心偏移等效时延，δION是电离层等效时延，
从低轨卫星A发射至目标用户B过程中产生的测距噪声，
从目标用户B发射至低轨卫星A过程中产生的测距噪声。
6.根据权利要求5所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于上注的导航信息对构建的双向观测模型进行误差修正，获得修正后的模型的步骤具体包括：
利用双向观测值计算低轨卫星A与目标用户B之间的相对钟差，包括：将式(1)方程中的双向观测值分别约化至同一时刻ti，表示为，
式中，Δd为空间距离不一致修正量，c·Δδ为钟差非同时修正量，
为ti时刻的低轨卫星和目标用户之间的相对钟差，εres为系统误差之和；
将约化后的上下行观测方程式(2)差分，得到低轨卫星A和目标用户B的在ti时刻的相对钟差值
表达式为，
运动时延误差修正的修正量计算表达式为，
设备时延误差修正的修正量计算表达式为，
式中，Δdhardware为低轨星座卫星和目标用户的设备时延总和，δ′tA和δ′tB分别为低轨星座卫星和目标用户的精密钟差或广播钟差产品；
相对论效应误差修正的修正补偿量计算表达为，
式中，c为光速，Δfrel_f是相对论在t时刻引起的频率增量，f是标称频率，GM是地球的地心引力常数，re是地球半径，rs是地心距，V是地球的非球形扰动势，a是卫星轨道半长轴，e是卫星轨道偏心率，E是偏近点角，u为纬度幅角，J2为非球形扰动势的J2项带谐系数；
式(6)中的第一项对应标称频率偏差NFO，通过降低低轨卫星或目标用户的原子钟频率对NFO进行校正；
式(6)中其余项为周期性相对论误差修正量，相对论效应的时间误差修正量计算表达式为，
式中，ΔδREL(t)是相对论在t时刻引起的时间增量。
7.根据权利要求6所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于上注的导航信息辅助修正电离层误差的步骤具体包括：
频率为f的信号受到的电离层折射误差为，
式中，f是频率，B0是地磁场的强度，θ为地磁场方向与电磁信号传播方向之间的夹角，m为电子的质量，e为电子电荷量，ε0为空气中携带的介质，μ0为真空中的磁导率；
第一下行链路对应f1频点，第二下行链路对应f3频点，则电离层倾斜方向电子总含量STEC计算表达式为，
式(10)结合式(1)，双向电离层修正量
计算表达式为，
8.根据权利要求7所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于所述双向观测值和所述相对钟差，建立并维持天基高精度时间基准；基于所述天基高精度时间基准，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星紧密钟差，实现高精度授时的步骤包括：
通过式(12)得到基准星相对于高精度时间基准的钟差；其中，
式中，N为构建天基时间基准的卫星及目标用户总数，wi为权重，
为低轨卫星A和目标用户i之间的相对钟差结果，TAI(t0)为t0时刻构建的天基高精度时间基准；
将式(3)和式(12)相减获得各目标相对于天基高精度时间基准的钟差，完成对用户基于天基高精度时间基准的高精度授时，表达式为，
TAI(t0)-δtB(t0)＝[TAI(t0)-δtA(t0)]-[δtB(t0)-δtA(t0)] (13)。
9.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，还包括：
地面系统，用于接收低轨卫星下传的原始观测值、导航电文和原始星间观测数据，基于接收的数据计算获得导航信息并上注。
10.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述GNSS信号来自美国GPS系统、中国Beidou系统、欧盟Galileo系统和俄罗斯GLONASS系统中的一种或多种。
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