CN114815571A - 一种星地时差的测量方法、系统、存储介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天测控技术领域，尤其涉及一种星地时差的测量方法、系统、存储介质和电子设备，测量方法包括获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长，根据时长以及预设函数，得到星地时差，根据星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长，结合预设函数，能够精准得到星地时差。

Description

一种星地时差的测量方法、系统、存储介质和电子设备

技术领域

本发明涉及航天测控技术领域，尤其涉及一种星地时差的测量方法、系统、存储介质和电子设备。

背景技术

随着通信技术的不断进步以及卫星功能越来越复杂，高精度的星地时差的测量已经成为卫星的基本功能，通常要求星地时差不大于5ms，特殊情况会有更高的要求，星地时差是卫星的时间与地面的时间之间的差异即时间偏差，一般而言，卫星的时间为星务计算机的时间，地面的时间是经全球导航卫星系统进行校准后的UTC时间，也就是说，星地时差也可认为是：星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差，那么：

若地面的时间和卫星的时间均通过处于正常工作状态的全球导航卫星系统(GNSS)进行精准校时，卫星的时间与地面的时间之间的时间偏差即星地时差远小于5ms。但是，若卫星上的GNSS校时功能失效，随着时间推移，星地时差会越来越大，例如，星务计算机与应答机之间可采用同步串口或异步串口通信，同步串口能很好地将星务遥测转发时间与应答机遥测接收时间进行同步，但是需要同步时钟，异步串口接口相对简单，但是会导致应答机接收遥测时间未与星务计算机遥测发送时间同步，随着时间累积，二者时间差值会越来越大，进而导致地面测量的星地时差误差越来越大，此时需要精确测量星地时差，然后通过地面对星上授时和校时，减少星地时差，如何精准测量出该值，受多方面因素影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种星地时差的测量方法。

本发明的一种星地时差的测量方法的技术方案如下：

获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长；

根据所述时长以及预设函数，得到星地时差，其中，所述星地时差指：所述星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差。

本发明的一种星地时差的测量方法的有益效果如下：

在卫星上的GNSS校时功能失效，或者，星务计算机与全球导航卫星系统之间的通信链路发生故障时，根据星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长，结合预设函数，能够精准得到星地时差。

在上述方案的基础上，本发明的一种星地时差的测量方法还可以做如下改进。

进一步，所述预设函数为：ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)，其中，Δt表示所述时长，k^*表示第一系数，b^*表示第二系数，T₀表示应答机的开机时长，ΔT表示所述星地时差。

进一步，还包括：当所述星地时差超过预设时长阈值时，发出提醒。

进一步，所述预设时长阈值为5ms。

本发明的一种星地时差的测量系统的技术方案如下：

包括获取模块和确定模块；所述获取模块用于：获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长；

所述确定模块用于：根据所述时长以及预设函数，得到星地时差，其中，根据所述时长以及预设函数，得到星地时差，其中，所述星地时差指：所述星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差。

本发明的一种星地时差的测量系统的有益效果如下：

在卫星上的GNSS校时功能失效，或者，星务计算机与全球导航卫星系统之间的通信链路发生故障时，根据星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长，结合预设函数，能够精准得到星地时差。

在上述方案的基础上，本发明的一种星地时差的测量系统还可以做如下改进。

进一步，所述预设函数为：ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)，其中，Δt表示所述时长，k^*表示第一系数，b^*表示第二系数，T₀表示应答机的开机时长，ΔT表示所述星地时差。

进一步，还包括提醒模块，所述提醒模块用于：当所述星地时差超过预设时长阈值时，发出提醒。

进一步，所述预设时长阈值为5ms。

本发明的一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述任一项所述的一种星地时差的测量方法。

本发明的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。

附图说明

图1为本发明实施例的一种星地时差的测量方法的流程示意图；

图2为星地时差测试链路的结构图；

图3为本发明实施例的一种星地时差的测量系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种星地时差的测量方法，包括如下步骤：

S1、获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长；

S2、根据时长以及预设函数，得到星地时差，其中，星地时差指：星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差。

在卫星上的GNSS校时功能失效，或者，星务计算机与全球导航卫星系统之间的通信链路发生故障时，根据星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长，结合预设函数，能够精准得到星地时差。

可选地，在上述技术方案中，预设函数为：ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)，其中，Δt表示时长，k^*表示第一系数，b^*表示第二系数，T₀表示应答机的开机时长，ΔT表示星地时差。

对获取预设函数的过程进行如下阐述，具体地：

当卫星处于地面测试阶段时，可以测量出星地系统固有的时间偏差，如图2所示，GNSS接收机和GPS时间服务器通过各自的GNSS接收天线，进行时间统一，即统一后的GNSS接收机的时间和GPS时间服务器的时间均与全球导航卫星系统的时间一致；

GPS时间服务器通过IRIG-B码的方式实现与地检设备的时间统一，具体为本领域技术人员悉知，在此不做赘述。

星务计算机通过PPS和CAN整秒广播，与GNSS接收机进行时间统一，即统一后的星务计算机的时间与统一后的GNSS接收机时间一致，也就是说，统一后的星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间一致。那么：

星务计算机每发送一帧数据时，将寄存器存储的UTC时间存放于本帧的固定遥测中，随后立即发送给应答机，也就是说，星务计算机发送任一帧数据时，会将发送任一帧数据的时刻放于该帧的固定遥测中，并发送至应答机中，此时会有微秒级的延时。

应答机根据自身定时器周期性，将遥测数据，通过星上天线发送给地面天线，然后地面天线给地检设备，地检设备中的变频器对原始信号进行变频后发送给地检基带，基带对遥测数据进行解调并同步后，将帧数据存入本地磁盘，并将存盘时刻的UTC时间记录在当前帧，即地检设备将该帧数据进行存盘，并记录将该帧数据进行存盘的时刻。

分析存盘数据，任意选择一帧数据，此时星务计算机发送该帧数据的时刻为T_星，地检设备对该帧数据进行存盘的时刻为T_地，星务计算机到应答机之间的异步串口传输时长为Δt_固传，应答机的固有调度延时Δt_固应，从星上天线传输至地面天线的星地传输时延Δt_固星地，“地面天线通过射频线发送给地检基带，地检基带对遥测数据信号进行解调并同步”的地面设备链路及解调时延Δt_固解调以及帧头传输时延Δt_固帧头。此时的星地时差ΔT₁＝T_地星-(Δt_固传+Δt_固应+Δt_固星地+Δt_固解调+Δt_固帧头)，其中，T_地星表示T_星至T_地之间的时长。

当星务计算机和地检设备均采用GNSS校时后，即此时星务计算机的时间和地检设备的时间之间的理论时间差远小于通常要求的星地时间差即5ms，近似认为时间差ΔT₁＝0，则T_地星-(Δt_固传+Δt_固应+Δt_固星地+Δt_固解调+Δt_固帧头)＝0，得到T_地星-Δt_固＝0，其中，Δt_固＝Δt_固传+Δt_固应+Δt_固星地+Δt_固解调+Δt_固帧头；

由于应答机与星务计算机之间的异步通信机制，长时间存储数据后发现测量得到的星地时差ΔT₂是一个与应答机开机时长T₀线性相关的变化量，这是由于长时间应答机按照自身晶振运行引起的误差，根据应答机开机时间连续记录72小时遥测数据。其中，遥测数据包括应答机开机时长T₀和星务计算机发送每帧数据的时刻，根据大量的遥测数据拟合出第一修正系数k和第二修正系数b。T₀通过遥测显示，即从遥测数据中获取，拟合结果为：ΔT₂＝k×T₀+b，由于k为微秒级，T₀遥测显示的时间差对整星测量时间差影响极小，故不再对该参数进行修正。

卫星在轨运行时，且当卫星上的GNSS校时功能未失效，以及当星务计算机与全球导航卫星系统之间的通信链路未发生故障时，通过上述方式计算得到Δt_固＝ΔT＝k^*×T₀+b^*，具体地：

根据上述分析可知，测量得到的星地时差是一个与应答机开机时长T₀线性相关的变化量，这是由于长时间应答机按照自身晶振运行引起的误差，根据应答机开机时间记录大量的遥测数据，进行拟合得到Δt_固＝ΔT＝k^*×T₀+b^*，由于，“卫星在轨运行时”和“卫星处于地面测试阶段”的过程中，环境不同，因此，计算得到的k^*与上述k不同，以及b^*与b不同。

当在卫星上的GNSS校时功能失效，或星务计算机与全球导航卫星系统之间的通信链路发生故障时，通过ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)计算出星地时差；这样，当星地时差超过5ms时，可通过地面进行校时。

可选地，在上述技术方案中，还包括：当星地时差超过预设时长阈值时，发出提醒，具体可发出声光报警，以提醒用户进行后续处理。

可选地，在上述技术方案中，预设时长阈值为5ms。

本申请的一种星地时长的测量方法可理解为一种测量异步串口星地时差方法，是在星务计算机与应答机之间采用异步串口通信时，地检接收到星上遥测的时间会有固定延时和周期性漂移，固定间隔的测量方法采用一种整个测控链路闭环的测量方式，将星务计算机和地检设备时间统一的情况下，间接测量固定延时；周期性漂移是应答机自身晶振导致，通过大量数据拟合出周期性漂移。这样测量出系统的固有延时和周期性延时后，当星上GNSS故障导致星务计算机不能采用GNSS校时时，通过此方法可以间接计算出星务计算机与GNSS时间之间的差异，即星地时差。

在另外一个实施例中，一种测量异步串口通信时星地时差方法，其特征在于，包括以下步骤：

星务计算机通过GNSS(全球导航卫星系统)整秒时间广播与秒脉冲进行时间管理，保证内部时间精度，通过内部高精度定时器，定时发送遥测数据，发送前，读取存储星时的内部寄存器，更新固定遥测中的星时T_星；

星务计算机与应答机采用异步串口通信，应答机收到2KB数据后，定时发送给地面站，此过程需要时间Δt，Δt由两部分组成，包括异步串口固定传输时间Δt_固传、应答机固有调度延时Δt_固应；

GPS时间服务器接收对天实时信号，定位后产生校时信息，通过时间B码发送到地检的解调板卡，作为信号解调时间基准，地检正常锁定目标卫星后，通过解调完成帧同步，将有效的遥测数据落盘，记录落盘时刻T地，此时会有诸多时延，包括星地传输时延Δt_固星地、地面设备链路及解调时延Δt_固解调以及帧头传输时延Δt_固帧头；

四、星地时差ΔT＝T_地-T_星-ΔT_固，T地为某一帧Fn地检解调落盘时间，T_星为Fn遥测中的星时时间，ΔT_固为传送过程中所有固有星地时延总和，ΔT_固＝Δt_固传+Δt_固应+Δt_固星地+Δt_固解调+Δt_固帧头。

星务计算机与地面设备均通过GNSS进行校时，时间差值要远小于通常系统要求的星地时差，将此时的星地时差近似处理为0，此时T_地-T_星-ΔT_固＝0。

应答机与星务计算机之间的异步通信机制，使得应答机只能周期性根据自身定时器将遥测发送给地检设备。应答机本身晶振误差，导致每一帧的T_地与T_星之间的时长不再是固定值，通过多帧长时间的数据存储，将差值拟合成应答机开机时间的线性函数，T_地与T_星之间的时长＝k×T₀+b，此时ΔT_固＝k×T₀+b，即为系统固有的延时差；当星上GNSS校时功能异常时，通过上述方法，即可反算出星地时差ΔT。

星务计算机与应答机之间可采用同步串口或异步串口通信，同步串口能很好地将星务遥测转发时间与应答机遥测接收时间进行同步，但是需要同步时钟，异步串口接口相对简单，但是会导致应答机接收遥测时间未与星务计算机遥测发送时间同步。本发明的背景是星务计算机与应答机采用异步串口通信，此时二者之间没有进行时间同步，随着时间累积，二者时间差值会越来越大，进而导致地面测量的星地时差误差越来越大。为了测量此种情况下的真实星地时差，保证星上数据及地面数据处理的实时性和有效性，提出了一种测量异步串口通信星地时差方法。

上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

如图3所示，本发明实施例的一种星地时差的测量系统200，包括获取模块210和确定模块220；

获取模块210用于：获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长；

确定模块220用于：根据时长以及预设函数，得到星地时差，其中，根据时长以及预设函数，得到星地时差，其中，星地时差指：星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差。

在卫星上的GNSS校时功能失效，以及星务计算机与全球导航卫星系统之间的通信链路发生故障时，根据星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长，结合预设函数，能够精准得到星地时差。

可选地，在上述技术方案中，预设函数为：ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)，其中，Δt表示时长，k^*表示第一系数，b^*表示第二系数，T₀表示应答机的开机时长，ΔT表示星地时差。

可选地，在上述技术方案中，还包括提醒模块，提醒模块用于：当星地时差超过预设时长阈值时，发出提醒。

可选地，在上述技术方案中，预设时长阈值为5ms。

上述关于本发明的一种星地时差的测量系统200中的各参数和各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种星地时差的测量方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

本发明实施例的一种存储介质，存储介质中存储有指令，当计算机读取指令时，使计算机执行上述任一项的一种星地时差的测量方法。

本发明实施例的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，处理器执行存储介质中的指令。其中，电子设备可以选用电脑、手机等。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。

因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种星地时差的测量方法，其特征在于，包括：

获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长；

根据所述时长以及预设函数，得到星地时差，其中，所述星地时差指：所述星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差。

2.根据权利要求1所述的一种星地时差的测量方法，其特征在于，所述预设函数为：ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)，其中，Δt表示所述时长，k^*表示第一系数，b^*表示第二系数，T₀表示应答机的开机时长，ΔT表示所述星地时差。

3.根据权利要求1或2所述的一种星地时差的测量方法，其特征在于，还包括：

当所述星地时差超过预设时长阈值时，发出提醒。

4.根据权利要求3所述的一种星地时差的测量方法，其特征在于，所述预设时长阈值为5ms。

5.一种星地时差的测量系统，其特征在于，包括获取模块和确定模块；所述获取模块用于：获取星务计算机发送任一帧数据的时刻至地检设备将该帧数据进行存盘的时刻之间的时长；

所述确定模块用于：根据所述时长以及预设函数，得到星地时差，其中，根据所述时长以及预设函数，得到星地时差，其中，所述星地时差指：所述星务计算机的时间与全球导航卫星系统的时间之间的时间偏差。

6.根据权利要求5所述的一种星地时差的测量系统，其特征在于，所述预设函数为：ΔT＝Δt-(k^*×T₀+b^*)，其中，Δt表示所述时长，k^*表示第一系数，b^*表示第二系数，T₀表示应答机的开机时长，ΔT表示所述星地时差。

7.根据权利要求5或6所述的一种星地时差的测量系统，其特征在于，还包括提醒模块，所述提醒模块用于：当所述星地时差超过预设时长阈值时，发出提醒。

8.根据权利要求7所述的一种星地时差的测量系统，其特征在于，所述预设时长阈值为5ms。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至4中任一项所述的一种星地时差的测量方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和权利要求9所述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。

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