[发明专利]在轨导航卫星主备钟切换方法

说明书

本发明提供了一种在轨导航卫星主备钟切换方法，包括：结合星地双向测距观测数据，利用星地双向比对法计算得到多个主钟钟差参数；通过在轨导航卫星下播的工程遥测数据，获取热备钟相对主钟的钟差参数；根据主钟钟差参数和工程遥测数据，计算得到多个热备钟钟差参数；在主备钟跟随状态下，热备钟的相位和频率与主钟的相位和频率保持相等且随时间同步变化；在轨导航卫星稳定运行后，卫星钟差数据的频率漂移率为常量，将热备钟钟差参数上注至在轨导航卫星存储；当在轨导航卫星自主监测到主钟与热备钟发生切换时，直接自主调用存储的热备钟钟差参数替换主钟钟差参数作为卫星钟差数据，对切换后的卫星钟差数据进行补偿，修正卫星钟差数据的频率漂移率。

技术领域

本发明涉及星载原子钟技术领域，特别涉及一种在轨导航卫星主备钟切换方法。

背景技术

随着卫星导航定位、卫星通信等领域的不断发展，卫星有效载荷对时间频率准确度的要求越来越高。卫星导航系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度，高可靠的定位、导航、授时服务，关乎国家安全和国民经济发展。而精密时间保持技术是卫星导航系统提供高精度定位、导航、授时服务的技术基础。目前，卫星导航系统配备精密原子钟，并与各监控站、主控站的原子钟始终保持精密同步，从而为用户提供精密导航、授时服务。

为了保证导航卫星系统运行的稳定性和可靠性，导航卫星星载时频处理系统均采用了冗余备份架构设计，使用两台原子钟同时加电工作，其中一台处于主用工作状态而另外一台处于热备份工作状态。当主用工作的原子钟出现异常或故障时，系统可以自动平稳地切换到热备份的原子钟上，从而保证导航卫星频率信号的连续性。为保证主备原子钟切换前后系统输出时频基准信号不发生较大的抖动和变化，系统采用相位比较器对主备原子钟进行相位差测量，根据测得的相位差数据，通过相位控制字和频率控制字调整控制热备份原子钟信号始终跟随主用原子钟，如图1所示。

目前主备钟平稳切换技术只能实现钟差参数中的a₀(相位差)，a₁(钟速)的平稳切换，不能实现钟差参数中的a₂(频率漂移)的切换，因此不能实现主备钟最优性能传递。在轨导航卫星钟差模型为Δt＝a₀+a₁τ+a₂τ²，其中Δt为钟差，τ为时间，a₀为相位，a₁为频率，a₂为频率漂移率。卫星钟钟差参数测量的准确性及其长期一致性直接影响卫星导航定位准确性。目前，为了保证导航卫星系统运行的稳定性和可靠性，导航卫星星载时频处理系统均采用了冗余备份架构设计，使用两台原子钟同时加电工作，其中一台处于主用工作状态而另外一台处于热备份工作状态，主备钟处于跟踪使能状态下，热备份原子钟的钟差参数相位a_0备和频率a_1备与主用原子钟的相位a_0主和频率a_1主保持一致，而热备份原子钟的频率漂移率a_2备与主用原子钟的频率漂移率a_2主不同。因此，当主用原子钟出现异常或故障时，导航卫星系统自动切换到热备份原子钟运行时，只能实现主备钟相位a₀和频率a₁的传递，不能实现主备钟频率漂移率a₂的传递。在主备钟切换前后，频率漂移率a₂发生跳变，不能实现卫星钟性能最优传递。

根据钟差模型，在轨导航卫星发生主备钟切换后，当地面不能及时上注新的钟差参数时，频率漂移率a₂跳变将导致钟差预报误差随积分时间成平方增大，对于长期钟差预报影响巨大，例如48小时钟差预报误差将达到几十纳秒，这严重影响导航卫星授时精度，严重限制导航卫星系统自主导航运行能力。因此，急需一种在轨导航卫星主备钟切换最优性能传递技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在轨导航卫星主备钟切换方法，以解决现有的导航卫星系统自动切换到热备份原子钟运行时不能实现主备钟频率漂移率的传递的问题。