CN114371489A - 基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，利用最近一次上注卫星的钟差参数，结合星载原子钟在短期内时间漂移可近似为线性变化的特点，预测当前时刻的理论钟差；管理中心将该卫星的时钟调整至钟差预测值，使星间链路快速恢复建链；地面进一步测定卫星准确的钟差参数，通过星间链路上注至全网卫星，使得星间链路恢复建链，本发明提出的方法能够使星间链路在数分钟至半小时内恢复，大大提高了系统稳定性，为提高导航系统服务可用性提供了技术保障。

Description

基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，涉及一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法。
背景技术
北斗三号卫星系统是我国自主研制的导航卫星系统，具有向全球用户提供导航定位和授时服务的功能。北斗三号卫星搭载了星间链路终端，实现星-星之间及星-地之间的测量和通信功能。星间链路是对星座内全网卫星进行状态监视和数据上注的重要途径，更是对境外卫星进行实时管理的唯一途径。导航卫星的星钟为原子钟，具有较好的时间稳定性，但星钟时间与标准北斗时不可能完全同步，两者之间存在时间差，即卫星钟差。在星间链路运行中，卫星钟差参数是星间链路实现双向信号捕获的重要条件之一。当某颗卫星的原子钟发生主备切换或关机、开机复位后，卫星本地时间信号会发生跳变，使得星间链路运行采用的钟差参数与真实值偏差过大，造成星间链路中断，影响全网卫星星间测量和通信功能。目前采取的方法是地面重新测定卫星钟的跳变量，计算新的钟差参数，并向全网卫星上注。由于该卫星关联的星间链路发生中断，而对境外卫星上注数据必须依赖星间链路，因此只能等待境外卫星入境后通过星地测控通道上注数据。全网卫星钟差参数上注一般需要7至12小时左右，星间链路恢复较慢，对全网卫星导航精度产生不利影响，尤其是对时间发生跳变的卫星导航可用性产生直接影响。
中国专利《一种北斗导航系统星间链路建立的方法》(公告号：CN106597475B，公告日：20170426)，该现有技术公开的是北斗导航星座在有卫星发生故障情况下采用故障信息传递的方式建立星间链路。由于该专利提出的方法需要改变星间链路规划，故障传递和重建链路的过程复杂，效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，在一颗卫星时钟发生异常跳变后，调整该卫星钟差至预定值，能够将全网卫星星间链路恢复时间由数小时缩短至数分钟，提高卫星导航服务的可用性。
本发明所采用的技术方案是，一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，利用最近一次上注卫星的钟差参数，结合星载原子钟在短期内时间漂移可近似为线性变化的特点，预测当前时刻的理论钟差；地面管理中心将该卫星的时钟调整至钟差预测值，使星间链路快速恢复建链；地面进一步测定卫星准确的钟差参数，通过星间链路上注至全网卫星，包括如下步骤：
步骤1：当星间链路中断发生时，地面管理中心应当调取最近一次向星座全网卫星上注的钟差参数，包括该颗卫星钟差参考时刻t1、参考时刻对应的钟差相位值a0和钟漂速度a1；
步骤2：根据卫星运行位置，当卫星运行在境内时，立即使用线性预测方法估计该卫星当前时刻理论的钟差值；当卫星运行在境外时，则等待该卫星进入境内后采用相同方法估计理论钟差值，线性预测的方法为：设置t2，若卫星在境外，t2为再次进入境内的时间；若卫星在境内，t2为当前时间；再引用步骤1中获取的钟差参数t1、a0、a1，计算t2时刻的钟差相位为：
y′＝a0+a1×Δt (1)
其中Δt为从t1到t2的时间，以秒为单位；a0为t1时刻对应的钟差相位值，单位为秒；a1为钟漂速度，单位为秒/秒；y′为t2时刻对应的钟差相位值。；
步骤3：地面管理中心通过L频段通道调整该卫星星钟的相位，调整的目标为步骤2计算的钟差值，使得星间链路恢复建链；
步骤4：地面管理中心采用星地通道测定卫星准确钟差参数；
步骤5：地面管理中心向全网卫星更新钟差参数，使得每颗卫星均以最新的钟差参数建链。
本发明的用益效果为：采用现有技术，恢复星间链路一般需要7至12小时左右，本发明提出的方法能够使星间链路在数分钟至半小时内恢复，大大提高了系统稳定性，为提高导航系统服务可用性提供了技术保障。
附图说明
图1为本发明一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法星钟跳变后星间链路快速恢复处理流程图；
图2为本发明一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法的卫星钟差线性预测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明针对北斗三号星钟时间发生跳变后对星间链路运行造成的影响，利用最近一次上注卫星的钟差参数，结合星载原子钟在短期内时间漂移可近似为线性变化的特点，预测当前时刻的理论钟差；地面将该卫星的时钟调整至钟差预测值，使星间链路快速恢复建链；地面进一步测定卫星准确的钟差参数，通过星间链路上注至全网卫星，使星间链路能够长期可靠运行。
采用本发明，某颗北斗三号卫星原本星间链路建链正常，因原子钟主备切换或时钟设备复位使得时钟误差超出了星间链路捕获的指标范围，将造成星间链路中断，处置实施流程参考图1，包括以下步骤：
(1)地面管理人员调取最近一次向全网卫星上注的钟差参数，具体包括该颗卫星钟差参考时刻t1、参考时刻对应的钟差相位值a0和钟漂速度a1。比如：t1为100周600000秒(北斗时)，a0为1.5×10-6秒，a1为1.1×10-11秒/秒。
(2)若该卫星正运行在境内，地面管理人员利用线性预测方法估计该卫星当前时刻理论的钟差值；若卫星正运行在境外，则等待进入境内后采用相同方法估计理论钟差值。线性预测钟差方法充分利用了北斗三号卫星的以下特点：
a)卫星星载原子钟稳定度较高，钟差变化规律在较短时间内(数天)可近似为线性，即钟漂速度为固定值。
b)卫星星间链路捕获要求卫星钟差参数的误差小于一定范围，只要钟差参数满足捕获范围，钟差的精确度无论高低，均不影响星间链路捕获性能，也不影响星间测量精度。
线性预测具体方法如下：
参考图2，设置t2，若卫星在境外，t2为再次进入境内的时间；若卫星在境内，t2为当前时间；再引用步骤1中获取的钟差参数t1、a0、a1，计算t2时刻的钟差相位为：
y′＝a0+a1×Δt (1)
其中Δt为从t1到t2的时间，以秒为单位；a0为t1时刻对应的钟差相位值，单位为秒；a1为钟漂速度，单位为秒/秒；y′为t2时刻对应的钟差相位值。
假设当前时间t2为101周36000秒(北斗时)，那么利用公式(1)，可得到此时的钟差预测值为1.9488×10-6秒。
如图2所示，当原子钟时间发生跳变后，钟差曲线与跳变前的曲线存在较大差值，将使星间链路中断运行。当采用公式(1)调整钟差相位后，原子钟钟差将沿新的曲线变化，即能够满足导航服务的需求，也能够满足星间链路建链的需求。
(3)地面管理人员通过L频段通道调整该卫星星钟的相位，调整的目标为钟差预测值y′，使得星间链路恢复建链。
(4)由于预测的钟差不是真实钟差，与真实钟差存在少量偏差，为避免误差积累影响星间链路长期运行，地面管理人员通过L频段通道准确测定卫星钟差参数。
(5)地面管理人员将测定的准确钟差向全网卫星上注，使得每颗卫星均以最新的钟差参数建链。由于星间链路已在步骤(3)恢复运行，因此更新全网卫星钟差参数的通道通畅，能够以较快速度完成。

Claims (5)

1.一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，利用最近一次上注卫星的钟差参数，结合星载原子钟在短期内时间漂移可近似为线性变化的特点，预测当前时刻的理论钟差；管理中心将该卫星的时钟调整至钟差预测值，使星间链路快速恢复建链；地面进一步测定卫星准确的钟差参数，通过星间链路上注至全网卫星，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：当星间链路中断发生时，地面管理中心调取最近一次向星座全网卫星上注的钟差参数；
步骤2：根据卫星运行位置，判断是否立即使用线性预测方法利用步骤1中获取的钟差参数估计该卫星当前时刻理论的钟差值；
步骤3：地面管理中心依照步骤2计算的理论钟差值，调整该卫星星钟相位，使得星间链路恢复建链；
步骤4：地面管理中心采用星地通道再次测定卫星准确钟差参数；
步骤5：地面管理中心向全网卫星更新步骤4中测定的准确钟差参数，使得每颗卫星均以最新的钟差参数建链。
2.根据权利要求1所述的一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，其特征在于，所述的步骤1中，地面管理中心调取最近一次向星座全网卫星上注的钟差参数具体包括：该颗卫星钟差参考时刻t1、参考时刻对应的钟差相位值a0和钟漂速度a1。
3.根据权利要求1所述的一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，其特征在于，所述的步骤2中，判断是否立即使用线性预测方法估计该卫星当前时刻理论的钟差值的依据是：卫星是否运行在境内，当卫星运行在境内时，立即使用线性预测方法估计该卫星当前时刻理论的钟差值；当卫星运行在境外时，则等待该卫星进入境内后采用相同方法估计理论钟差值。
4.根据权利要求1所述的一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，其特征在于，所述的步骤2中，线性预测方法为：设置t2，若卫星在境外，t2为再次进入境内的时间；若卫星在境内，t2为当前时间；再引用步骤1中获取的钟差参数t1、a0、a1，计算t2时刻的钟差相位为：
y′＝a0+a1×Δt (1)
其中Δt为从t1到t2的时间，以秒为单位；a0为t1时刻对应的钟差相位值，单位为秒；a1为钟漂速度，单位为秒/秒；y′为t2时刻对应的钟差相位值。
5.根据权利要求1所述的一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，其特征在于，所述的步骤3中，地面管理中心调整该卫星星钟相位的具体方法是：通过L频段通道调整该卫星星钟的相位，调整的目标为步骤2中计算得到的钟差值，使得星间链路恢复建链。
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