[发明专利]一种星地精密时间同步及载波相位周跳探测方法

权利要求书

1.一种星地精密时间同步及载波相位周跳探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)低轨航天器和地面站分别向对方发射不同频率的微波信号，采用单上行和双下行三条微波链路的组合方式实现地面站和低轨航天器间的载波相位测量和伪距测量，获得单上行f_GS的载波相位观测值、伪距观测值以及双下行f_SG1和f_SG2的载波相位观测值、伪距观测值；

2)进行周跳探测，包括三频组合周跳探测和MW组合周跳探测；

三频组合周跳探测时，将双下行码伪距、载波相位伪距与对应上行伪距相减，得到作差后的组合观测方程，将相位减伪距得到只保留电离层误差、整周模糊度和残差的组合观测量，再将所述的组合观测量历元间作差，得到对应的检验量

其中，λ为载波波长，N为整周模糊度，△为历元间作差导致的电离层误差残差、整周模糊度，为载波相位观测值，SG1、SG2和GS下标分别表示下行双频及上行单频对应微波链路，t表示历元；

检验量大于设定阈值则认为历元t到历元t+1发生了周跳，反之，则没有发生周跳；

MW组合周跳探测时，建立MW组合观测方程

式中，λ_W为宽巷波长，N_W为宽巷模糊度，ε_W为组合观测噪声；

由此得到宽巷模糊度

通过递推公式推演出第一个历元到第t个历元的宽巷模糊度均值N_Wt和方差

其中，N_W(t)为第t个历元的宽巷模糊度；若满足|N_W(t)-N_Wt-1|≥4σ_t以及|N_W(t+1)-N_W(t)|≤1，则认为第t个历元发生周跳，反之，则没有发生周跳；

若三频组合周跳探测和MW组合周跳探测中至少有一个历元存在周跳，则进入步骤3)，否则进入步骤6)；

3)将三频组合周跳探测和MW组合周跳探测确定的周跳历元组合整理，确实数据中所有的周跳历元；

4)根据联立三组线性无关的检验量方程，对周跳进行解算，得到以下矩阵方程：

Q＝AX

其中为已知检验量，为系数矩阵，根据最小二乘法X＝(A^TA)^-1A^TQ求得对应频点上的周跳值浮点解；

5)将步骤4)获得的各频点各历元周跳浮点解带入到相位观测值中周跳发生历元及该历元后续所有相位观测值中，在相位观测值中修复周跳；

6)基于载波相位测量实现双向时间同步，整理得到双向星地钟差

式中，ρ为卫星到地面站间的几何距离，△d为星地间的距离归算修正量，和为ECI坐标系下地面站和低轨航天器先验轨道坐标，t₀、分别为归算时刻、航天器信号发射时刻以及地面站信号发射时刻，根据归算时刻t₀推算航天器和地面站发射时刻，并利用9阶拉格朗日插值算法求得航天器和地面站发射时刻先验轨道坐标，最后根据修正量公式求得所需修正量；

7)根据步骤6)中获得的双向星地钟差，经过n阶最小二乘拟合处理后，将钟差解算值与拟合值作差得到钟差拟合残差，最后求钟差拟合残差的RMS值，以RMS值评估其双向时间同步性能。

2.根据权利要求1所述的星地精密时间同步及载波相位周跳探测方法，其特征在于，所述步骤2)中以检验量△N₁和△N₂的3倍中误差为设定阈值。

3.根据权利要求1所述的星地精密时间同步及载波相位周跳探测方法，其特征在于，所述步骤7)中采用2阶最小二乘拟合氢钟或铷钟。