[发明专利]一种卫星双向时间频率传递方法

说明书

本发明公开了一种卫星双向时间频率传递方法，包括以下步骤：S1、建立卫星双向时间频率传递链路；S2、设备时间戳同步；S3、获取四个相位差观测量；S4、计算两站之间的钟差τ_a(t)‑τ_b(t)。本发明提供的高精度高稳定度的卫星双向时间频率传递方法，可以在用户不更换已具备的成熟商用设备基础上进行，测量过程简单，并且特别适用于计量实验室氢原子钟和铯原子钟等高性能原子钟远程时间频率传递，对提升远程时间比对精度和频率短期稳定度有非常明显效果。

技术领域

本发明涉及时间传递技术领域，具体涉及一种卫星双向时间频率传递方法。

背景技术

卫星双向法时间频率传递是目前国际公认的最高精度的时间频率传递方法，广泛应用于国际高精度时间频率量值远程比对，在时间频率量传和溯源方法中的地位无可替代。卫星双向的时间频率传递利用信号扩频调制技术对需要比对传递的两地原子钟的时间频率信息进行高精度扩频调制形成上行信号，通过星地链路对两地上行调制信号进行实时转发，两站同时对各自下行比对信号进行快速捕获、精密跟踪和精确解算，得到两个信号传播时延，通过通信交换传播时延数据便可以精确的获得两比对站间的时间差信息。

传统卫星双向时间频率传递方法主要包括两种，分别是基于码相位测量的时间频率传递方法和基于载波相位测量的时间频率传递方法。基于码相位测量的时间频率传递方法，由于测量参数为码相位，并且受到码速率的限制，在典型值2.5MHz码速率情况下，时间比对不确定度仅为1ns，短期频率稳定度只能达到2x10^-10/s；而基于载波相位的时间频率传递方法，由于载波频率远远高于码片速率达到十几个GHz，测量参数为载波相位，因此时间频率传递性能必然提高，时间比对不确定度可达到皮秒量级，短期稳定度可达到几10^-13/s量级。

目前现有的基于载波相位测量的时间频率传递方法的关键主要是通过控制卫星出口处码和载波相位的一致性，或者通过补偿控制卫星入口端和地面发射端的信号载波相位的一致性，必须要求比对的两个站的调制解调设备具有码和载波相位调整量的计算和实时调整补偿功能，保证发射信号经过天线、上行空间链路及转发器后的下行码和载波相位对齐。这种方法对两站所使用的调制解调设备提出了比较高的要求，操作比较复杂，不能普遍适用于当前世界各国计量实验室所使用的成熟商用设备。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种易于广泛应用的高精度高稳定度的卫星双向时间频率传递方法。本方法同样基于载波相位观测参数，但方法和测量过程与现有的卫星双向载波相位时间频率传递方法截然不同。本发明所提供的方法可以在用户不更换已具备的成熟商用设备基础上进行，测量过程简单，并且可以满足当前氢原子钟和铯原子钟等高性能原子钟远程时间频率传递。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种卫星双向时间频率传递方法，包括以下步骤：

S1、建立卫星双向时间频率传递链路；

S2、设备时间戳同步；

S3、获取四个相位差观测量；

a)第二地面站将待传输上行信号传输至卫星转发器，卫星转发器由接收到的上行信号产生下行信号，并传输至第一地面站和第二地面站；

第一地面站接收到下行信号，测量得到第二地面站到第一地面站的相位差观测值φ_ba(t)；

第二地面站接收到下行信号，测量得到第二地面站到第二地面站的相位差观测值φ_bb(t)；

b)第一地面站将待传输上行信号传输至卫星转发器，卫星转发器由接收到的上行信号产生下行信号，并传输至第一地面站和第二地面站；