[发明专利]一种利用扩频应答机实现高精度时间同步的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星时间同步系统，特别是一种小卫星星座纳秒级高精度 时间同步系统，属于卫星测控领域。

背景技术

随着小卫星技术的发展，由多颗小卫星组成的星座系统取代大卫星进行太 空活动，从而增强卫星活动的灵活性、准确性和安全性已经成为一种发展趋势。 其中有些星座系统的功能，如对目标定位等，要求星与星之间提供纳秒级的高 精度时间同步。

目前国内卫星测控领域只有通过星地遥测链路完成单星星地毫秒级精度的 时间同步方式，没有纳秒级的高精度时间同步方法。

现在毫秒级星地时差方法的星上时间是以星务中心计算机内部时钟或时钟 单元为基准以1ms为单位，累加形成的。在遥测中位于固定遥测包的第4n帧， 采用二进制累计时，占用5个字节，最小量化单位为1ms，F0W2～W5表示星 上时间秒数，D31～D30表示星上时间毫秒值低2位，D29～D0表示星上时间秒 值；F3W6表示星上时间毫秒值的高8位，与毫秒值低2位组成10比特的毫 秒值。根据4096bps的传送比特率，遥测每1s传送一次星上时间。遥测信号 首先由遥控单元调制成BPSK副载波信号，然后该信号送给USB应答机进行 载波调制后通过天线发往地面的。

该方法通过下行遥测信息传递星上时间，其缺点是星上的星务主机仅能输 出1ms时间精度的时间信息，该事时间信息放置在下行遥测信息内，地面测控 站收到后通过地面通信链路发送给卫星测控中心，卫星测控中心经过比对得到 星地时差。由于星上时间的精度为1ms，同时时间传递的路径带来的精度也为 毫秒级，因此这种方法的星地时差测量精度只能达到5ms(r.m.s)。

国外没有查找到相关的报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用扩频统一 测控体制，即测距、测速、遥测、遥控统一体制实现高精度时间同步的方法， 该方法大大节约了星上资源，能够配合地面测控系统完成纳秒级高精度时间同 步。

本发明的技术解决方案是：一种利用扩频应答机实现高精度时间同步的方 法，参与该方法的设备有星上时间基准设备、扩频应答机以及地面测控测试设 备，步骤如下：

(1)地面测控测试设备将上行测量帧与PN码进行模二加扩频调制，再将 扩频后的信号进行载波调制，得到上行调制信号，然后将上行调制信号通过天 线发送给扩频应答机；

(2)扩频应答机接收到步骤(1)送来的上行调制信号后，从中解扩解调 出上行测量帧，扩频应答机再利用自身产生的下行测量帧帧同步码对上行测量 帧采样，提取上行伪距信息，并将上行伪距信息以及下行测量帧帧同步码某位 下降沿或上升沿对应的星上时间Ts实时插入下行测量帧；扩频应答机将下行测 量帧进行扩频调制、载波调制后发往地面测控测试设备；

(3)地面测控测试设备接收步骤(2)下传的下行调制信号，从中解扩解 调出下行测量帧，获取星上时间Ts，记录该下行测量帧帧同步码某位下降沿或 上升沿对应的地面时刻Tg，同时地面测控测试设备利用下行测量帧中的上行伪 距信息测得上下行测量帧的传输时延ΔT_R，计算得到单向距离传输时延τ_R；

(4)计算Tg-Ts-τ_R，得到星地时差ΔT，所述的星地时差以地面时间为基 准；

(5)地面测控测试设备将步骤(4)得到的星地时差ΔT插入上行测量帧， 该上行测量帧经过扩频调制、载波调制后形成上行调制信号传递给扩频应答机， 扩频应答机接收到此上行调制信号后解扩解调出星地时差ΔT，将其送往星上时 间基准设备，星上时间基准设备根据星地时差ΔT进行相应调整，实现星地时间 同步。

还可对步骤(5)得到的星地时差ΔT的正确性进行验证，验证过程为：测 量出两颗星的星上相对时差零值Δtos、地面测控测试设备相对时差零值Δtog以 及星间相对时差测量值ΔTss’，计算ΔTss’-(Δtos+Δtog)，得到星间时差ΔTss， 将得到的星间时差ΔTss与标准仪器时间间隔测量仪实测的星间时差相比较，若 两值之差在误差范围内，则说明星地时差ΔT的测量方法是正确的。