[發明專利]一種導航衛星主備衛星鐘的無縫切換方法

有效

• 申請號: 201210036346.8
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102590825A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 崔小準;米紅;劉家興;董海青;李懿;陳忠貴
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01S19/03
• 分類號: G01S19/03
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種主備衛星鐘的切換方法，可用于星載衛星鐘的設計和研制。

背景技術

衛星導航系統可發送高精度、全天時、全天候的導航、定位和授時信息，是當今國民經濟和國防建設不可或缺的重要空間基礎設施。在軍事領域，衛星導航系統是實現武器平臺精確導航定位和制導武器遠程精確打擊的關鍵支撐。世界各主要國家對衛星導航系統的建設和發展極為重視，美國和俄羅斯相繼建成全球衛星導航系統GPS和GLONASS，歐盟目前正在進行GALILEO(伽利略)系統建設。我國目前也在積極建設新一代衛星導航定位系統。

衛星鐘是衛星導航定位系統的核心，它的功能是為導航系統提供精確穩定的頻率源。衛星導航定位的精度在很大程度上依賴衛星鐘的性能指標。要滿足用戶全天候、高精度需求，其中一個重要方面是要求衛星鐘能提供連續、精確的、高完善性時鐘信號。一顆導航衛星通常兩個衛星鐘加電，一個是主衛星鐘，作為導航系統的頻率基準，另一個為備衛星鐘。一旦主衛星鐘異常或者鐘信號質量惡化，需要進行主備鐘切換。由于主備衛星鐘之間存在頻率差和相位差，主備鐘切換后將造成衛星的時間發生跳變，該衛星的導航信號不能使用，必須通過運控系統地面觀測和觀測數據處理以及星地時間同步處理后才能使用，這樣會影響用戶的使用，降低導航衛星系統的性能。

目前在公開的文獻中，衛星主備鐘切換方面的文獻很少，文獻《Galileo?Payload?10.23MHz?Master?Clock?Generation?with?a?Clock?Monitoring?and?Control?Unit(CMCU)》(作者D.Felbatch，D.Heimbuerger，P.Herre，P.Rastetter，發表于IEEE?International?Frequency?Control?Symposium?and?PDAExihibition?Jointly?with?the?17th?European?Frequency?and?Time?Forum2003：p583～586)給出了一種歐洲伽利略衛星鐘的生成方法，包括主備鐘切換方式，但文中并沒有關于降低鐘切換帶來鐘差的說明，而且公開文獻也沒有查閱到降低導航衛星中主備鐘切換所引起的鐘差的方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服導航衛星主備衛星鐘切換時帶來的鐘差導致衛星導航信號使用中斷的問題，提供了一種導航衛星主備衛星鐘的無縫切換方法。

本發明的技術解決方案是：一種導航衛星主備衛星鐘的無縫切換方法，步驟如下：

(1)在導航衛星的衛星鐘內部設置主備兩套時鐘發生器，其中第一時鐘發生器以第一原子鐘為參考，第二時鐘發生器以第二原子鐘為參考，第一原子鐘和第二原子鐘的輸出信號標稱頻率相同；

(2)第一時鐘發生器通過直接數字頻率合成的方式生成信號F10，第二時鐘發生器通過直接數字頻率合成的方式生成信號F20；直接數字頻率合成時，在相位累加器和正弦查表之間增加一級相位校準器；

(3)F10信號與第一原子鐘的輸出信號進行混頻、帶通濾波和鎖相，鎖相環輸出兩路信號，一路作為第一衛星鐘的鐘頻率信號F1，另一路作為第一秒脈沖生成器的參考并通過第一秒脈沖發生器生成第一秒脈沖信號；

(4)F20信號與第二原子鐘的輸出信號進行混頻、帶通濾波和鎖相，鎖相環輸出兩路信號，一路作為第二衛星鐘的鐘頻率信號F2，另一路作為第二秒脈沖生成器的參考并通過第二秒脈沖發生器生成第二秒脈沖信號；

(5)采用同一個晶體振蕩器作為本振分別對F1信號和F2信號進行下變頻，得到低頻信號f1和低頻信號f2作為相位計的兩個輸入，其中一個低頻信號的上升沿作為相位計的啟動脈沖，另一個低頻信號的上升沿作為相位計的停止脈沖；相位計對兩個低頻信號之間的相差進行計數，計數值按一定采樣頻度保存到存儲器中；

(6)分時進行頻差處理、相差處理和秒脈沖起始變化沿同步處理，三種處理循環重復進行，

在頻差處理時間段，連續讀取存儲器中的N個相位計計數值，首先進行前后相位計計數值的兩兩差分處理及計數滿程模糊處理，得到連續N-1個鐘頻率信號F1和鐘頻率信號F2的相差，然后對所述N-1個相差值再進行前后兩兩差分處理，得到N-2個相鄰采樣周期內鐘頻率信號F1和鐘頻率信號F2的相差變化量，該相位變化量與采樣周期相比得到N-2個鐘頻率信號F1和鐘頻率信號F2的頻率差，N-2個頻率差求均值后對并根據該均值對第一時鐘發生器或者第二時鐘發生器的頻率控制字進行調整，使得兩個時鐘發生器產生的鐘信號頻率同步；