CN117377057B - 一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统，该方法包括：以守时实验室作为地面站，接收导航卫星的GNSS卫星数据；利用低轨卫星接收导航卫星的LEO卫星数据，并将LEO卫星数据通过回传卫星回传至地面；基于SSR数据分别对GNSS卫星数据和LEO卫星数据进行精密单点定位计算，对应得到地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差；对得到的两个钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息；并将其通过回传卫星上注至所有低轨卫星，以实现星地时间同步。该方法可实现高精度的星地时间同步，具有较低的低轨星座建设和后期运行维护成本，灵活度更高，缓解了星间链路传输压力，节约了资源。

Description

一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统。

背景技术

瞄准精度更高、功能更多、效果更佳的目标，世界各大卫星导航系统着手开展新一代低轨卫星星座建设。低轨卫星的信号强度是中轨卫星的上千倍，这种高信号功率使其有机会穿透障碍物，甚至有可能深入到室内GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)信号无法到达的地方。低轨卫星的运动速度是中轨卫星的两倍多，高速飞行使卫星信号的多径效应白噪化。低轨卫星信号强度大，轨道高度低，运动速度快，能够与中高轨导航星座形成优势互补，提升导航定位授时服务性能。其中，导航定位授时服务性能提升的关键在于低轨卫星时间必须与地面时间同步。因此，星地时间同步也是航天器状态测控关注的重点之一。

目前，现有的星地时间同步方法是采用低轨卫星和地面站通过星地QV波段通信的方式和星间链路的方式联合实现的。星地QV获得星地时间同步结果，星间链路获得星间时间同步结果。当低轨卫星对于地面不可见时，需要通过星间链路以中继的方式持续实现星地时间同步，进而得到每颗低轨卫星和地面站全时段的星地时间同步结果。

然而，上述方法存在以下缺陷，一是由于QV方式实现星地同步的前提是地面站和低轨卫星一直可视，而在实际中，低轨卫星的运动速度是中轨卫星的2倍多，每颗低轨卫星对于地面站的可视时长很短，仅10-20分钟，这导致资源的利用率较低，造成资源的极大浪费，还需要通过星间链路以中继的方式持续实现星地时间同步，过程较为繁琐。二是多手段联合处理方式设计系统差标定和观测方程紧耦合，容易造成误差累积，影响星地时间同步精度。此外，由于受到星上载荷和成本等因素的制约，低轨卫星通常搭载晶振作为频率源。而普通晶振的稳定度较低，难以实现高精度的星地时间同步。

综上，现有的星地同步方法受限于地面站和低轨卫星必须可视以及晶振，存在资源浪费严重、星间链路传输压力大以及同步精度不高的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，包括：

以守时实验室作为地面站，接收导航卫星的GNSS卫星数据；利用低轨卫星接收导航卫星的LEO(Low Earth Orbit Satellite，低轨道地球卫星)卫星数据，并将所述LEO卫星数据通过回传卫星回传至地面；其中，所述回传卫星为与所述地面站可见的低轨卫星；

基于SSR(State Space Representation，状态空间表示)数据分别对所述GNSS卫星数据和所述LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，对应得到地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差；

对所述地面站相对于导航卫星的钟差和所述低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息；

将所述星地时间同步信息通过所述回传卫星上注至所有低轨卫星，以对所述低轨卫星的时频信号进行调控，从而实现星地时间同步。

第二方面，本发明提供了一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统，包括：

第一数据接收模块，配置在地面站，用于接收导航卫星的GNSS卫星数据；其中，所述地面站采用守时实验室；

第二数据接收模块，配置在低轨卫星上，用于接收导航卫星的LEO卫星数据；

地面运控中心，包括数据获取模块、第一数据计算模块、第二数据计算模块、第三数据计算模块以及数据上传模块；

所述数据获取模块用于从地面站获取SSR数据、从回传卫星获取LEO卫星数据、并从地面分析中心获取SSR数据；其中，所述回传卫星为与所述地面站可见的低轨卫星；

所述第一数据计算模块用于基于SSR数据对所述GNSS卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，得到地面站相对于导航卫星的钟差；

所述第二数据计算模块用于基于SSR数据对所述LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差；

所述第三数据计算模块用于对所述地面站相对于导航卫星的钟差和所述低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息；

所述数据上传模块用于将所述星地时间同步信息通过所述回传卫星上注至所有低轨卫星，以对所述低轨卫星的时频信号进行调控，从而实现星地时间同步。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统，一方面分别通过地面站和低轨卫星获取导航卫星的GNSS卫星数据和LEO卫星数据，利用精密单点定位技术获得地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差，从而得到星地时间同步信息并将其上注至低轨卫星，避免了地面站不再受限于必须与低轨卫星可视，灵活度更高，缓解了星间链路传输压力，节约了资源；另一方面采用守时实验室作为地面站，利用守时实验室高稳定度的信号和高精度时间同步偏差调控低轨卫星频率源，使其获得高稳定度的频率信号。该方法无需低轨卫星搭载高稳定度的原子钟，即可实现高精度的星地时间同步，明显减少了低轨星座建设和后期运行维护成本。

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低轨卫星和地面站的星地时间同步方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的对GNSS卫星数据和LEO卫星数据进行PPP数据处理的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的对GNSS卫星数据进行PPP处理获得的结果示意图；

图4是本发明实施例提供的对LEO卫星数据进行PPP处理获得的结果示意图；

图5是本发明实施例提供的低轨卫星和地面站的星地时间同步结果示意图；

图6是本发明实施例提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统的结构框图；

图7是本发明实施例提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统的工作原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法的流程示意图。本发明提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法包括：

步骤1：以守时实验室作为地面站，接收导航卫星的GNSS卫星数据；利用低轨卫星接收导航卫星的LEO卫星数据，并将LEO卫星数据通过回传卫星回传至地面；其中，回传卫星为与地面站可见的低轨卫星。

具体而言，本实施例以UTC(K)守时实验室作为地面站，接收导航卫星的GNSS卫星数据，用于后续的钟差计算，UTC(K)守时实验室保持国家标准时间，可以提供高稳定度的信号和高精度的时间同步。其中，地面站接收的GNSS卫星数据包括GNSS原始伪距和相位观测值。

同时，本实施例还利用低轨卫星接收导航卫星的LEO卫星数据，并将LEO卫星数据通过回传卫星回传至地面。其中，低轨卫星接收的LEO卫星数据包括LEO原始伪距和相位观测值。

可以理解的是，在回传数据的时候，需要选择与地面站可见的低轨卫星作为回传卫星，将其他低轨卫星接收的数据通过星间链路传给所选的回传卫星，通过该回传卫星下卸所有低轨卫星数据至地面。当所选的回传卫星和地面站不可见后，重新选择其他与地面站可见的低轨卫星作为回传卫星。

步骤2：基于SSR数据分别对GNSS卫星数据和LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，对应得到地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的对GNSS卫星数据和LEO卫星数据进行数据处理的流程图。

首先，基于实时SSR数据进行实时轨道恢复和钟差恢复，得到导航卫星的坐标和钟差。

具体而言，无论地面站还是低轨卫星在进行实时精密单点定位(Precise PointPositioning，PPP)计算时，首要任务是利用广播星历和广播星历的轨道钟差改正数恢复实时轨道和实时星钟产品。一般的，SSR数据可从地面分析中心获取，地面分析中心通过因特网发播SSR数据和广播星历。

下面介绍轨道恢复原理。

由于目前所有机构都是星固坐标系下的SSR实时改正信息，播发内容包括时刻的卫星轨道三个方向的修正值/>，三个方向的变化速度/>，钟差改正系数/>。

轨道改正数是以轨道坐标系为参考的，需要从轨道坐标系转为地固坐标系。广播星历计算的卫星位置表示为，SSR卫星轨道从轨道坐标系转为地固坐标系的计算过程如下：

1)计算实时改正数SSR中的导航卫星轨道改正向量，其表达式为：

；

式中，分别表示卫星轨道沿径向、切向、法向的改正向量，分别表示/>时刻卫星轨道沿径向、切向、法向的改正向量，分别表示/>时刻卫星沿径向、切向、法向的变化速度，/>表示当前时刻。

2)基于改正向量计算实时改正数SSR中的导航卫星位置由轨道坐标系转换到地固坐标系下三维方向上的改正向量/>，其表达式为：

；

式中，分别表示地固坐标系下X、Y、Z方向上的改正向量，分别表示导航卫星轨道沿径向、切向、法向的单位向量。

3)基于改正向量获得改正后的导航卫星坐标/>，其表达式为：

；

式中，分别表示地固坐标系下X、Y、Z方向的导航卫星坐标，表示广播星历计算的导航卫星位置。

通过以上轨道恢复过程，得到导航卫星的位置信息，也即导航卫星在地固坐标系下的坐标信息。

下面介绍钟差恢复原理。

具体的，通过将广播星历中的导航卫星钟差与其相应的钟差校正值相结合，可以有效地恢复实时钟差/>。由改正信息中提供的钟差改正系数/>可计算出/>时刻钟差改正数/>：

；

则表达为：

；

式中，表示真空中的光速，即/>。

然后，分别进行地面站和低轨卫星的PPP计算。

具体而言，一方面，构建地面站PPP观测方程，并联合导航卫星的坐标、钟差以及GNSS卫星数据进行求解，实现地面站PPP的计算，得到地面站相对于导航卫星的钟差；另一方面，构建低轨卫星PPP观测方程，并联合导航卫星的坐标、钟差以及LEO卫星数据进行求解，实现低轨卫星PPP的计算，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

下面先介绍地面站PPP的计算过程。

1)获取GNSS卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程。

考虑地面站接收机钟差和导航卫星钟差、对流层和电离层延迟，忽略固体潮、海洋潮、地球自转改正、相位缠绕等误差项的影响，可得到频点的伪距和相位观测方程为：

；

式中，、/>分别表示以米为单位的GNSS卫星数据中的原始伪距和相位观测量，/>表示导航卫星，/>表示卫星数据频点，/>表示地面测站至导航卫星的几何距离，其可由待求解的三维位置改正数/>、/>、/>和导航卫星坐标/>计算得到，/>表示真空中的光速，/>表示待求解地面站相对于导航卫星的钟差，/>表示地面站的接收机，/>表示导航卫星钟差，/>表示对流层延迟，/>表示GNSS卫星数据频点/>的电离层延迟，/>表示GNSS卫星数据频点/>的载波波长，/>表示GNSS卫星数据中以周为单位的相位观测量，表示GNSS卫星数据频点/>的模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声。

2)根据GNSS卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程获得地面站PPP观测方程。

可以理解的是，一般以接收机接收两个频点数据的情况进行研究，则地面站PPP观测方程的表达式为：

；

式中，、/>分别表示GNSS卫星数据中的伪距和相位消电离层组合观测量；、/>分别表示GNSS卫星数据中频点1和频点2对应的频率的平方，下标1和2分别表示频点1和频点2，上标2表示平方；/>、/>分别表示以米为单位的GNSS卫星数据中频点1和频点2的原始伪距；/>、/>分别表示以米为单位的GNSS卫星数据中频点1和频点2的相位观测量；/>表示GNSS卫星数据组合观测量的波长，/>表示GNSS卫星数据消电离层组合模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声。

则地面站PPP观测方程中的待估参数向量为：

；

式中，、/>、/>分别为三维位置改正数，/>为天顶对流层湿延迟，干延迟通过模型改正，/>为可见卫星数。

3)基于卡尔曼滤波法对地面站PPP观测方程进行求解，得到地面站相对于导航卫星的钟差。

具体而言，利用现有的卡尔曼滤波法，可得地面站PPP计算中的待估参数向量，并从中获得所需要的地面站相对于导航卫星的钟差/>。详细的求解过程可参考现有相关技术实现，本实施例在此不做具体介绍。

通过仿真实验，可得地面PPP获得的定时结果如图3所示，其中，横坐标为日期，纵坐标为钟差。

下面介绍低轨卫星PPP计算的过程。

1)获取LEO卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程。

由于低轨卫星轨道高度一般在200～1500km，而电离层集中在60～2000km的大气层区域，因此低轨卫星只受轨道高度以上部分的电离层延迟的影响，固体潮、海潮等对其的影响可以忽略不计；低轨卫星轨道高度高于对流层高度，不受影响。则LEO卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程可表达为：

；

式中，、/>分别表示以米为单位的LEO卫星数据中的原始伪距和相位观测量，/>表示导航卫星，/>表示低轨卫星测站至导航卫星的几何距离，其可由低轨卫星的位置/>、/>、/>和导航卫星坐标/>计算得到，/>表示真空中的光速，/>表示待求解低轨卫星相对于导航卫星的钟差，/>表示低轨卫星接收机，/>表示导航卫星钟差，/>表示LEO卫星数据频点/>的电离层延迟，/>表示LEO卫星数据频点/>的载波波长，/>表示LEO卫星数据中以周为单位的相位观测量，/>表示LEO卫星数据频点/>的模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声。

则低轨卫星PPP观测方程中的待估参数向量为：

；

式中，、/>、/>为低轨卫星的位置，/>为消电离层模糊度，/>为可见卫星数。

2)根据LEO卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程获得低轨卫星PPP观测方程。

同样的，对于两频点数据，低轨卫星PPP观测方程的表达式为：

；

式中，、/>分别表示LEO卫星数据中的伪距和相位消电离层组合观测量；、/>分别表示LEO卫星数据中频点1和频点2对应的频率的平方，下标1和2分别表示频点1和频点2，上标2表示平方；/>、/>分别表示以米为单位的LEO卫星数据中频点1和频点2的原始伪距；/>、/>分别表示以米为单位的LEO卫星数据中频点1和频点2的相位观测量；/>表示LEO卫星数据组合观测量的波长，/>表示LEO卫星数据消电离层组合模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声。

3)基于卡尔曼滤波法对低轨卫星PPP观测方程进行求解，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

具体而言，利用现有的卡尔曼滤波法，可得低轨卫星PPP计算的待估参数向量，并从中获得所需要的低轨卫星相对于导航卫星的钟差/>。详细的求解过程可参考现有相关技术实现，本实施例在此不做具体介绍。

通过仿真实验，可得地面PPP获得的定时结果如图4所示，其中，横坐标为日期，纵坐标为钟差。

步骤3：对地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息。

具体而言，本实施例通过两种类型的钟差互差，消去GNSS钟差改正数引入的时间参考的影响，从而实现每颗低轨卫星和地面站的星地时间同步；具体公式为：

；

式中，、/>……/>分别表示第n颗低轨卫星对应的星地时间同步信息，/>表示地面站相对于导航卫星的钟差，/>、/>……/>分别表示第n颗低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

通过仿真实验，可得地面站和低轨卫星LEO 01 PPP获得的星地时间同步结果如图5所示，其中，横坐标为日期，纵坐标为钟差。

步骤4：将星地时间同步信息通过回传卫星上注至所有低轨卫星，以对低轨卫星的时频信号进行调控，从而实现星地时间同步。

本实施例通过从地面注入站上行注入低轨卫星，低轨卫星间通过星间链路获得地面站和每颗低轨卫星的星地时间同步信息，无需低轨卫星搭载高稳定度的原子钟，即可实现高精度的星地时间同步，明显减少低轨星座建设和后期运行维护成本。

本发明提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法及系统，一方面分别通过地面站和低轨卫星获取导航卫星的GNSS卫星数据和LEO卫星数据，利用精密单点定位技术获得地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差，从而得到星地时间同步信息并将其上注至低轨卫星，避免了地面站不再受限于必须和低轨卫星可视，灵活度更高，缓解了星间链路传输压力，节约了资源；另一方面采用守时实验室作为地面站，利用守时实验室高稳定度的信号和高精度时间同步偏差调控低轨卫星频率源，使其获得高稳定度的频率信号。该方法无需低轨卫星搭载高稳定度的原子钟，即可实现高精度的星地时间同步，明显减少了低轨星座建设和后期运行维护成本。

可以理解的是，该方法还可以用于低轨星座的时间同步方法，一举多得。

实施例二

在上述实施例一的基础上，基于同一发明构思，本实施例提供了一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统。请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统的结构框图。本实施例提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统包括：

第一数据接收模块，配置在地面站，用于接收导航卫星的GNSS卫星数据；其中，地面站采用守时实验室；

第二数据接收模块，配置在低轨卫星上，用于接收导航卫星的LEO卫星数据；

地面运控中心，包括数据获取模块、第一数据计算模块、第二数据计算模块、第三数据计算模块以及数据上传模块；

数据获取模块用于从地面站获取SSR数据、从回传卫星获取LEO卫星数据、并从地面分析中心获取SSR数据；其中，回传卫星为与地面站可见的低轨卫星；

第一数据计算模块用于基于SSR数据对GNSS卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，得到地面站相对于导航卫星的钟差；

第二数据计算模块用于基于SSR数据对LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差；

第三数据计算模块用于对地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息；

数据上传模块用于将星地时间同步信息通过回传卫星上注至所有低轨卫星，以对低轨卫星的时频信号进行调控，从而实现星地时间同步。

具体的，请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统的工作原理图。本发明提供的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统工作过程如下：

以UTC(K)守时实验室作为地面站，配置在地面站的第一数据接收模块接收导航卫星的GNSS原始伪距和相位观测值，并将其传输至地面运控中心；

同时，配置在低轨卫星端的第二数据接收模块接收导航卫星的LEO原始伪距和相位观测值，并通过星间链路传至当前与地面站可见的回传卫星，通过该回传卫星下注数据至地面运控中心。

地面运控中心的数据获取模块接收来自守时实验室的地面站数据(也即GNSS原始伪距和相位观测值)和来自回传卫星的低轨卫星数据(也即LEO原始伪距和相位观测值)。

地面分析中心还将SSR数据和广播星历数据通过英特网播发给地面运控中心的数据获取模块。

地面运控中心的第一数据计算模块和第二数据计算模块分别进行地面站PPP计算和低轨卫星PPP计算，对应得到地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

地面运控中心的第三数据计算模块对所述地面站相对于导航卫星的钟差和所述低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息，并通过数据上传模块上注至与地面站可见的低轨卫星，再通过星间链路分发给其他低轨卫星，从而实现星地时间同步。

该系统的详细数据处理过程可参考上述实施例一。由此，该系统也可以可实现高精度的星地时间同步，具有较低的低轨星座建设和后期运行维护成本，灵活度更高，缓解了星间链路传输压力，节约了资源。

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 (8)

1.一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，包括：

以守时实验室作为地面站，接收导航卫星的GNSS卫星数据；利用低轨卫星接收导航卫星的LEO卫星数据，并将所述LEO卫星数据通过回传卫星回传至地面；其中，所述回传卫星为与所述地面站可见的低轨卫星；

基于SSR数据分别对所述GNSS卫星数据和所述LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，对应得到地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差；

对所述地面站相对于导航卫星的钟差和所述低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息；

将所述星地时间同步信息通过所述回传卫星上注至所有低轨卫星，以对所述低轨卫星的时频信号进行调控，从而实现星地时间同步。

2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，将所述LEO卫星数据通过回传卫星回传至地面，包括：

选择与所述地面站可见的低轨卫星作为回传卫星，将其他低轨卫星接收的数据通过星间链路传给所选的回传卫星，通过该回传卫星下卸所有低轨卫星数据至地面；其中，当所选的回传卫星与所述地面站不可见后，重新选择其他与所述地面站可见的低轨卫星作为回传卫星。

3.根据权利要求1所述的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，基于SSR数据分别对所述GNSS卫星数据和所述LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，对应得到地面站相对于导航卫星的钟差和低轨卫星相对于导航卫星的钟差，包括：

基于实时SSR数据进行实时轨道恢复和钟差恢复，得到导航卫星的坐标和钟差；

构建地面站PPP观测方程，并联合所述导航卫星的坐标、钟差以及所述GNSS卫星数据进行求解，得到地面站相对于导航卫星的钟差；以及，

构建低轨卫星PPP观测方程，并联合所述导航卫星的坐标、钟差以及所述LEO卫星数据进行求解，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

4.根据权利要求3所述的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，基于实时SSR数据进行实时轨道恢复和钟差恢复，得到导航卫星的坐标和钟差，包括：

计算实时改正数SSR中的导航卫星轨道改正向量，其表达式为：

；

式中，、/>、/>分别表示卫星轨道沿径向、切向、法向的改正向量，/>、/>、/>分别表示/>时刻卫星轨道沿径向、切向、法向的改正向量，/>、/>、/>分别表示/>时刻卫星沿径向、切向、法向的变化速度，/>表示当前时刻；

基于所述改正向量计算实时改正数SSR中的导航卫星位置由轨道坐标系转换到地固坐标系下三维方向上的改正向量/>，其表达式为：

；

式中，、/>、/>分别表示地固坐标系下X、Y、Z方向上的改正向量，/>、/>、/>分别表示导航卫星轨道沿径向、切向、法向的单位向量；

基于所述改正向量获得改正后的导航卫星坐标/>，其表达式为：

；

式中，、/>、/>分别表示地固坐标系下X、Y、Z方向的导航卫星坐标，表示广播星历计算的导航卫星位置，T表示转置；

基于钟差改正数计算导航卫星钟差，其表达式为：

；

式中，表示广播星历中的导航卫星钟差，/>表示/>时刻的钟差改正数，/>、/>、/>表示钟差改正系数，/>表示真空中的光速。

5.根据权利要求3所述的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，构建地面站PPP观测方程，并联合所述导航卫星的坐标、钟差以及所述GNSS卫星数据进行求解，得到地面站相对于导航卫星的钟差，包括：

获取GNSS卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程，其表达式为：

；

式中，、/>分别表示以米为单位的GNSS卫星数据中的原始伪距和相位观测量，表示导航卫星，/>表示卫星数据频点，/>表示地面测站至导航卫星的几何距离，/>表示真空中的光速，/>表示待求解地面站相对于导航卫星的钟差，/>表示地面站的接收机，表示导航卫星钟差，/>表示对流层延迟，/>表示GNSS卫星数据频点/>的电离层延迟，表示GNSS卫星数据频点/>的载波波长，/>表示GNSS卫星数据中以周为单位的相位观测量，/>表示GNSS卫星数据频点/>的模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声；

根据所述GNSS卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程获得地面站PPP观测方程，其表达式为：

；

式中，、/>分别表示GNSS卫星数据中的伪距和相位消电离层组合观测量；/>、分别表示GNSS卫星数据中频点1和频点2对应的频率的平方，下标1和2分别表示频点1和频点2，上标2表示平方；/>、/>分别表示以米为单位的GNSS卫星数据中频点1和频点2的原始伪距；/>、/>分别表示以米为单位的GNSS卫星数据中频点1和频点2的相位观测量；/>表示GNSS卫星数据组合观测量的波长，/>表示GNSS卫星数据消电离层组合模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声；

基于卡尔曼滤波法对所述地面站PPP观测方程进行求解，得到地面站相对于导航卫星的钟差。

6.根据权利要求3所述的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，构建低轨卫星PPP观测方程，并联合所述导航卫星的坐标、钟差以及所述LEO卫星数据进行求解，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差，包括：

获取LEO卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程，其表达式为：

；

式中，、/>分别表示以米为单位的LEO卫星数据中的原始伪距和相位观测量，/>表示导航卫星，/>表示卫星数据频点，/>表示低轨卫星测站至导航卫星的几何距离，/>表示真空中的光速，/>表示待求解低轨卫星相对于导航卫星的钟差，/>表示低轨卫星接收机，/>表示导航卫星钟差，/>表示LEO卫星数据频点/>的电离层延迟，/>表示LEO卫星数据频点/>的载波波长，/>表示LEO卫星数据中以周为单位的相位观测量，表示LEO卫星数据频点/>的模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声；

根据所述LEO卫星数据不同频点对应的伪距和相位观测方程获得低轨卫星PPP观测方程，其表达式为：

；

式中，、/>分别表示LEO卫星数据中的伪距和相位消电离层组合观测量；/>、/>分别表示LEO卫星数据中频点1和频点2对应的频率的平方，下标1和2分别表示频点1和频点2，上标2表示平方；/>、/>分别表示以米为单位的LEO卫星数据中频点1和频点2的原始伪距；/>、/>分别表示以米为单位的LEO卫星数据中频点1和频点2的相位观测量；/>表示LEO卫星数据组合观测量的波长，/>表示LEO卫星数据消电离层组合模糊度，/>、/>分别表示/>、/>对应的观测噪声；

基于卡尔曼滤波法对所述低轨卫星PPP观测方程进行求解，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

7.根据权利要求1所述的一种低轨卫星和地面站的星地时间同步方法，其特征在于，对所述地面站相对于导航卫星的钟差和所述低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息，表达式为：

；

式中，、/>……/>分别表示第n颗低轨卫星对应的星地时间同步信息，/>表示地面站相对于导航卫星的钟差，/>、/>……/>分别表示第n颗低轨卫星相对于导航卫星的钟差。

8.一种低轨卫星和地面站的星地时间同步系统，其特征在于，包括：

第一数据接收模块，配置在地面站，用于接收导航卫星的GNSS卫星数据；其中，所述地面站采用守时实验室；

第二数据接收模块，配置在低轨卫星上，用于接收导航卫星的LEO卫星数据；

地面运控中心，包括数据获取模块、第一数据计算模块、第二数据计算模块、第三数据计算模块以及数据上传模块；

所述数据获取模块用于从地面站获取SSR数据、从回传卫星获取LEO卫星数据、并从地面分析中心获取SSR数据；其中，所述回传卫星为与所述地面站可见的低轨卫星；

所述第一数据计算模块用于基于SSR数据对所述GNSS卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，得到地面站相对于导航卫星的钟差；

所述第二数据计算模块用于基于SSR数据对所述LEO卫星数据进行双频消电离层组合的精密单点定位计算，得到低轨卫星相对于导航卫星的钟差；

所述第三数据计算模块用于对所述地面站相对于导航卫星的钟差和所述低轨卫星相对于导航卫星的钟差进行互差操作，得到星地时间同步信息；

所述数据上传模块用于将所述星地时间同步信息通过所述回传卫星上注至所有低轨卫星，以对所述低轨卫星的时频信号进行调控，从而实现星地时间同步。