CN114499641A - 一种卫星远程对接的时延校正方法 - Google Patents

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张健
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Abstract

本发明涉及卫星远程对接技术领域，提出一种卫星远程对接的时延校正方法，包括下列步骤：在第一时刻提供任务信号和第一基准信号，并且在第一处将所述任务信号和所述第一基准信号进行电光转化，其中所述第一基准信号具有标准时间信息；通过光纤将所述任务信号和第一基准信号传送至第三处进行光电转化；在第二处持续提供第二基准信号，所述第二基准信号与第一处的所述第一基准信号的时间同步；将所述第二基准信号与第三处的所述第一基准信号做信号相关，其中相关结果有效的时刻为第二时刻，所述第二时刻与所述第一时刻之间的间隔表示信号传输时延；以及在第四处根据所述信号传输时延对所述任务信号进行修正以使第四处与第一处的所述任务信号一致。

Description

一种卫星远程对接的时延校正方法
技术领域
本发明总的来说涉及卫星远程对接技术领域。具体而言，本发明涉及一种卫星远程对接的时延校正方法。
背景技术
卫星对接试验任务是卫星研制过程中必不可少的一个流程，其目的是验证卫星系统与运控系统、测控系统以及火箭系统等系统的接口匹配性，并且验证卫星主要通信链路的信号体制、信息帧传输的正确性。
通常而言，卫星系统、运控系统、测控系统以及火箭系统等系统分布在全国的多个不同城市，卫星对接试验任务所涉及的人员和试验设备多且繁杂，这导致每次试验任务都需要付出巨大的人力和物力成本。尤其是对于批产卫星而言，在卫星对接试验任务的人力和物力成本上的问题更加严重。
针对上述问题，现有技术中通常通过卫星远程对接来进行卫星对接试验，其一方面可以减轻投入成本，另一方面还可以更好地模拟卫星在轨通信距离长的状态，使地面测试系统可以实现对接、在轨的完全统一，以便通过对接试验来验证卫星系统、运控系统、测控系统以及火箭系统等系统的最终状态。
然而，卫星远程对接通常需要基于光纤进行传递，其中在光纤两端对电信号进行采样与回放并且转换成光信号传输。但通信链路传输时延受远距离光纤链路的影响，其传输时延的精度误差较大，超过了卫星上下行信号时延稳定性的指标要求。目前卫星远程对接还无法完成卫星时延方面的性能评估。
发明内容
为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种卫星远程对接的时延校正方法，包括下列步骤：
在第一时刻提供任务信号和第一基准信号，并且在第一处将所述任务信号和所述第一基准信号进行电光转化，其中所述第一基准信号具有标准时间信息；
通过光纤将所述任务信号和所述第一基准信号传送至第三处进行光电转化；
在第二处提供第二基准信号，所述第二基准信号与第一处的所述第一基准信号的时间同步；
将所述第二基准信号与第三处的所述第一基准信号做信号相关，其中相关结果有效的时刻为第二时刻，所述第二时刻与所述第一时刻之间的间隔表示信号传输时延；以及
在第四处根据所述信号传输时延对所述任务信号进行修正以使第四处与第一处的所述任务信号一致，其中第一处、第二处、第三处和第四处是互不相同的位置。
在本发明一个实施例中规定，通过时延滤波器对所述任务信号进行时延修正和相位修正。
在本发明一个实施例中规定，所述任务信号包括上行信号，其中由远程对接系统提供所述上行信号，并且在第四处由所述时延滤波器将修正后的所述任务信号发送至卫星。
在本发明一个实施例中规定，所述任务信号包括下行信号，其中由所述卫星提供所述下行信号，并且在第四处由所述时延滤波器将修正后的所述任务信号发送至所述远程对接系统。
在本发明一个实施例中规定，所述卫星包括导航卫星。
在本发明一个实施例中规定，所述卫星远程对接的时延校正方法包括下列步骤：
在第一时刻T0提供任务信号和第一基准信号，其中将第一处的任务信号s(T0)和第一基准信号s0(T0)分别表示为下式：
Figure BDA0003487841430000021
Figure BDA0003487841430000022
其中，A表示信号幅度、f和f0分别表示所述任务信号和第一基准信号的频率，
Figure BDA0003487841430000023
和
Figure BDA0003487841430000024
分别表示第一处的任务信号和第一基准信号的相位；
以x表示所述信号传输时延，将第三处的任务信号s((T0+x))和第一基准信号s0((T0+x))分别表示为下式：
Figure BDA0003487841430000025
Figure BDA0003487841430000026
将第二时刻T1第二处的所述第二基准信号表示为下式：
Figure BDA0003487841430000031
通过比较s0(T1)和s0((T0+x))以确定所述信号传输时延x；以及
由所述时延滤波器在第四处根据所述信号传输时延x对任务信号和第一基准信号进行时延修正和相位修正，以使第四处与第一处的所述任务信号一致，其中经过修正的第四处的任务信号s(TD)和第一基准信号s0(TD)分别表示为下式：
Figure BDA0003487841430000032
Figure BDA0003487841430000033
本发明基于发明人的如下洞察：传统的卫星远程对接项目无法完成卫星时延方面的性能评估的主要原因在于光纤链路传输导致的信号时延是一个不可预测的随机波动，其与在轨卫星星地链路存在的不可预估的电离层误差类似。因此需要提出一种时延测试方法可以确定这部分的通信时延。
本发明至少具有如下有益效果：
本发明提出了一种针对光纤远程对接情况下的时延测试方法，可以保障远程对接信号层对接项目的顺利展开，真正做到100％远程对接。本发明针对卫星时延性能的综合对接考核，在上行时延稳定性测试中可以保证卫星输入口面电信号的时延可控且精度满足一定的指标要求，在下行时延稳定性测试中可以保证卫星输出后到地面对接设备口面这一段传递误差已知，并且通过滤波器补偿回卫星输出口面的时延性能，得到真实的下行信号时延性能。
在本发明的技术方案中提出采用时间基准信号确定时延并且利用时延滤波器进行校准，能够实现对光纤链路传输导致的信号随机波动时延的确定并且保证了时延校准功能的实时性，其可以适用于卫星上下行链路，并且可以适用于导航卫星以及其它需要远程对接的、对时延特性具有高精度、实时要求的卫星对接系统。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，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示出了本发明一个实施例中卫星远程对接的链路示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
基于光纤的卫星远程对接系统的时延测试包括进行卫星和对接端之间的上行时延稳定性测试以及下行时延稳定性测试，其中卫星的上行和下行时延稳定性测试可以分别测试卫星上行接收信号和下行发射信号的时延性能，而在所述上行和下行时延稳定性测试中需要保证测试链路的误差在指标要求之内，同时测试链路的时延特性可控。
图1示出了本发明一个实施例中卫星远程对接的链路示意图。
如图1所示，在本发明的一个实施例的上行时延稳定性测试中可以构建上行链路如下：通过远程对接方舱设备中的上注源产生上行电信号，在远程端进行电光转化以转换为上行光信号，将上行光信号通过长链路的光纤传输，并且在卫星端通过光电转换转化为上行电信号，上行电信号经第一时延滤波器处理后发送至卫星的上注接收处理机。通常而言，其中除了光纤传输的时延因为远距离、波动大难以确定外，上行链路的其他时延例如进行电光转化和进行光电转化的时延都可以通过差值法进行时延和电平的标定，并且通过所述第一时延滤波器进行时延和功率的补偿，以保证输送给卫星的电信号的电平功率和时延精度。
在本发明的一个实施例的下行时延稳定性测试中可以构建下行链路如下：卫星通过所述上注接收处理机接受上注电信号后通过卫星导航信号生成与播发系统产生下行电信号，下行电信号经过电光转换后转换为下行光信号，下行光信号经过光纤传输至对接端后经过光电转换进而第二时延滤波器的处理，并且发生给地检接收机。与所述上行链路类似的，除了光纤传输时延因远距离、波动大难以确定外，下行链路的其他时延可以通过差值法进行时延和电平的标定，并且通过所述第二时延滤波器处进行时延和功率的补偿，以保证输送给地检的信号的是准确扣除光纤传输时延的，能准确用于评估卫星导航信号生成与播发性能。
据此本发明基于发明人的如下洞察：在卫星的上行和下行时延稳定性测试的关键在于准确的确定光纤传输的时延以便在所述第一和第二时延滤波器中进行时延补偿。
如图1所示，以上行链路为例可以在第一处将所述第一上行电信号与和一个用于测定光纤传输的第一基准信号同时转换为同频率的第一上行光信号和第二上行光信号，其中所述第一和第二上行光信号在光纤中的传输时延是一致的。而所述第一基准信号具有标准时间信息，因此计算所述第一基准信号的标准时间信息计算得到链路的实时传输时延，并且通过所述第一时延滤波器进行校正和补偿。本发明方法适用于导航卫星，也可以适用于其它需要远程对接的、对时延特性具有高精度、实时要求的对接系统。
下面仍然以上行链路为例结合图1说明本发明实施例中的时延校正方法。
步骤一：上注源产生上行信号，同时产生一个具有高精度时间信息的时间基准信号1，两者均于T0时刻产生信号，且在A点处同时进行电光转换，生成光信号在光纤中传输，以载波信号表达式为例进行具体介绍，则A点处的信号可以表示为：
上行信号：
Figure BDA0003487841430000061
基准信号1：
Figure BDA0003487841430000062
步骤二：在信号随光纤传输至远处的光纤另一程后，进行光电转换，假设从A点到D点的信号传输时延总计为x，则C点处信号为：
上行信号：
Figure BDA0003487841430000063
基准信号1：
Figure BDA0003487841430000064
步骤三：在B点处时刻生成与A点时间同步的基准信号1，并与C点处的基准信号1做信号相关，当相关结果有效时，记录此时的时间为T1，B点信号为：
基准信号1：
Figure BDA0003487841430000065
步骤四：通过比较T1与(T0+x)时刻的基准信号1，得到通道传输时延x，并将结果传送给时延滤波器1进行时延、相位修正，使修正后的D点处的信号与A点处信号保持一致，经过时延滤波器后的D点信号应为：
上行信号：
Figure BDA0003487841430000066
基准信号1：
Figure BDA0003487841430000067
Figure BDA0003487841430000071
步骤五：将D点处信号传输给卫星上行注入接收口面。
通过上述步骤可以卫星端接收的信号与远程对接系统产生的信号一致，因此在卫星端只需要按照近距离对接方式利用修正后的D点处的信号进行测试。另外在下行链路中的时延校正方法可以参照上述步骤类似地得出。
本发明提出了一种卫星远程对接的时延校正方法，可以实时校准远程对接过程中因光纤远程传输导致的信号时延波动，从而解决了远程链路的导致的时延波动大、不易测量问题。现有技术中对接系统已初步实现了远程对接能力，但仅限于信息类测试，而基于本发明提出的技术方案可以补足远程对接系统当前信号相关测试能力不足的问题，真正实现全系统的远程对接。
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 (6)

1.一种卫星远程对接的时延校正方法，其特征在于，包括下列步骤：
在第一时刻提供任务信号和第一基准信号，并且在第一处将所述任务信号和所述第一基准信号进行电光转化，其中所述第一基准信号具有标准时间信息；
通过光纤将所述任务信号和所述第一基准信号传送至第三处进行光电转化；
在第二处提供第二基准信号，所述第二基准信号与第一处的所述第一基准信号的时间同步；
将所述第二基准信号与第三处的所述第一基准信号做信号相关，其中相关结果有效的时刻为第二时刻，所述第二时刻与所述第一时刻之间的间隔表示信号传输时延；以及
在第四处根据所述信号传输时延对所述任务信号进行修正以使第四处与第一处的所述任务信号一致，其中第一处、第二处、第三处和第四处是互不相同的位置。
2.根据权利要求1所述的卫星远程对接的时延校正方法，其特征在于，通过时延滤波器对所述任务信号进行时延修正和相位修正。
3.根据权利要求2所述的卫星远程对接的时延校正方法，其特征在于，所述任务信号包括上行信号，其中由远程对接系统提供所述上行信号，并且在第四处由所述时延滤波器将修正后的所述任务信号发送至卫星。
4.根据情况要求3所述的卫星远程对接的时延校正方法，其特征在于，所述任务信号包括下行信号，其中由所述卫星提供所述下行信号，并且在第四处由所述时延滤波器将修正后的所述任务信号发送至所述远程对接系统。
5.根据权利要求3和4之一所述的卫星远程对接的时延校正方法，其特征在于，所述卫星包括导航卫星。
6.根据权利要求2所述的卫星远程对接的时延校正方法，其特征在于，包括下列步骤：
在第一时刻T0提供任务信号和第一基准信号，其中将第一处的任务信号s(T0)和第一基准信号s0(T0)分别表示为下式：
Figure FDA0003487841420000011
Figure FDA0003487841420000021
其中，A表示信号幅度、f和f0分别表示所述任务信号和第一基准信号的频率，
Figure FDA0003487841420000022
和
Figure FDA0003487841420000023
分别表示第一处的任务信号和第一基准信号的相位；
以x表示所述信号传输时延，将第三处的任务信号s((T0+x))和第一基准信号s0((T0+x))分别表示为下式：
Figure FDA0003487841420000024
Figure FDA0003487841420000025
将第二时刻T1第二处的所述第二基准信号表示为下式：
Figure FDA0003487841420000026
通过比较s0(T1)和s0((T0+x))以确定所述信号传输时延x；以及
由所述时延滤波器在第四处根据所述信号传输时延x对任务信号和第一基准信号进行时延修正和相位修正，以使第四处与第一处的所述任务信号一致，其中经过修正的第四处的任务信号s(TD)和第一基准信号s0(TD)分别表示为下式：
Figure FDA0003487841420000027
Figure FDA0003487841420000028
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