[发明专利]星地双向时间频率同步方法

说明书

本发明公开了一种星地双向时间频率同步方法，包括：卫星的上行载波频率f₁，下行载波频率为和f₂和f₃；计算f₁、f₂和f₃的周数；计算电离层电子浓度TEC；消除f₃伪码测量噪声；计算卫星和地面站之间的时差；计算卫星和地面站之间的频率差。相比于现有技术，本发明提出的技术方案基于宽带扩频理论与三频载波相位测量机制，克服了双向法中载波相位只能进行频率同步的问题，实现利用载波相位进行时间同步的目的，时差同步水平达到皮秒量级，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。

技术领域

本发明涉及时间同步领域，特别是涉及一种卫星与地面站之间双向时间频率同步方法。

背景技术

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。卫星与地面站之间双向的时间频率传递，利用信号扩频调制技术对原子钟时间频率信息进行调制形成上行信号。通过星地链路将两地面站的上行调制信号进行实时转发，两地面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，可以精确的获得两地面站间的时间差信息。

传统双向时间频率同步方法主要包括两种，分别是基于码相位测量的时间频率同步方法和基于载波相位测量的频率同步方法。基于码相位测量的时间频率同步方法测量参数为码相位，受到码速率的限制，在典型值2.5MHz码速率情况下，时间比对精度仅为1ns，短期频率稳定度只能达到2×10^-10/s。基于载波相位的频率同步方法虽然在频率同步方面有巨大提升，短期稳定度比基于码相位测量的方法高一个量级，但是由于存在载波相位模糊问题，只能进行频率同步，不能进行时间同步。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种星地双向时间频率同步方法，基于宽带扩频理论与三频载波相位测量机制，以缓解现有技术中存在的同步精度受限问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种星地双向时间频率同步方法，以缓解现有技术存在的问题。

一种星地双向时间频率同步方法，包括：卫星的上行载波频率f₁，下行载波频率为和f₂和f₃；计算f₁、f₂和f₃的周数；计算电离层电子浓度TEC；消除f₃伪码测量噪声；计算卫星和地面站之间的时差；计算卫星和地面站之间的频率差。

进一步地，计算f₁周数的方法，包括：地面站从t₁时刻向卫星发射载波频率为f₁测距信号，卫星在t₂时刻接收到测距信号，获得载波相位观测量，计算f₁上行整周模糊度的公式为N₁为f₁整周数，为卫星t₂时刻接收的f₁信号的载波相位，Δτ^s(τ^s(t2))为卫星t₂时刻接收的f₁信号的码相位，c为光速，TEC为电离层电子浓度。

进一步地，计算f₂周数的方法，包括：卫星从t₃时刻向地面站发射载波频率为f₂测距信号，地面站在t₄时刻接收到测距信号，获得载波相位观测量，计算f₂上行整周模糊度的公式为N₂为f₂整周数，为地面站t₄时刻接收的f₂信号的载波相位，Δτ^g(τ^g(t4))为地面站t₄时刻接收的f₂信号的码相位，c为光速，TEC为电离层电子浓度。