[發(fā)明專利]一種星地激光時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310182269.1
• 申請(qǐng)日: 2013-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN103293947A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟文東;張海峰;黃佩誠;王劼;張忠萍;葉揚(yáng);胡偉;王元明;廖瑛;陳婉珍;楊福民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海天文臺(tái)
• 主分類號(hào): G04R20/02
• 分類號(hào): G04R20/02;G04R40/00;G01S7/48
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光時(shí)間同步技術(shù)，尤其涉及一種用于實(shí)現(xiàn)星地激光時(shí)間同步的星地激光時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，衛(wèi)星或空間站上的原子鐘（銣原子鐘、氫原子鐘、冷原子鐘等）與地面原子鐘的比對(duì)和精確同步是十分重要的。

常用的衛(wèi)星和地面時(shí)間同步是由無線電實(shí)現(xiàn)的，其工作原理為：衛(wèi)星和地面站分別在自己的鐘面時(shí)刻通過無線電發(fā)射機(jī)產(chǎn)生并發(fā)播時(shí)標(biāo)信號(hào)，然后通過無線電接收機(jī)記錄發(fā)射時(shí)標(biāo)經(jīng)過一段傳播延時(shí)后地面和衛(wèi)星分別觀測到對(duì)方時(shí)標(biāo)相對(duì)本地鐘的時(shí)刻或時(shí)差（下行偽距值和上行偽距值），衛(wèi)星將自己的記錄結(jié)果（上行偽距值）通過通信鏈路發(fā)給地面站，地面站通過以上觀測數(shù)據(jù)（上行偽距值和下行偽距值）就能解算出星地鐘差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面時(shí)間同步。

上述這種無線電雙向時(shí)間比對(duì)方法的主要誤差包括：無線電接收機(jī)量化和噪聲誤差、設(shè)備零值漂移誤差和大氣附加延遲殘差、自由空間傳輸時(shí)延推定誤差等，其中，噪聲誤差、設(shè)備零值漂移誤差和大氣延遲殘差對(duì)無線電時(shí)間比對(duì)影響最大；具體來說：

1、噪聲誤差指熱噪聲引起無線電接收機(jī)提取數(shù)據(jù)基準(zhǔn)序列時(shí)鐘的相位誤差，這和接收機(jī)的信號(hào)設(shè)計(jì)以及接收端的信號(hào)處理方式有關(guān)，一般在1納秒左右；

2、設(shè)備零值指向上下行信道的系統(tǒng)差，如果上下行信道設(shè)計(jì)極其對(duì)稱，該項(xiàng)誤差可以被有效抑制，但一般星載和地面無線電接收機(jī)設(shè)計(jì)均不完全對(duì)稱，因此該項(xiàng)誤差需進(jìn)行零值標(biāo)定，由于設(shè)備的零值漂移與信道帶寬和溫度變化相關(guān)，一般該項(xiàng)誤差可控制在5納秒以下；

3、大氣附加延遲殘差主要是指在電離層折射引起的信號(hào)延遲，該延遲與地方時(shí)和季節(jié)有關(guān)，峰值在地方時(shí)下午2點(diǎn)，電離層延遲誤差最大，波動(dòng)也最大，而夜晚誤差小，波動(dòng)也較小，電離層引起的時(shí)間同步誤差約為0.5納秒。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種星地激光時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)，以高精度地測量星地鐘差，實(shí)現(xiàn)激光時(shí)間比對(duì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)星地時(shí)間同步。

本發(fā)明所述的一種星地激光時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)，其包括：

地面設(shè)備，其向衛(wèi)星發(fā)射激光脈沖信號(hào)，并記錄地面發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)的地面鐘的時(shí)刻值T_G，同時(shí)記錄地面接收到從衛(wèi)星上反射回的所述激光脈沖信號(hào)時(shí)的地面鐘的時(shí)刻值T_B，并接收所述激光脈沖信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星時(shí)的衛(wèi)星鐘的時(shí)刻值T_S，根據(jù)式（1）-（5）計(jì)算得到衛(wèi)星鐘和地面鐘的鐘差ΔT，

ΔT=T_G+t_上行-T_S??????????（1），

t_上行=（t-Δ）/2?????????（2），

t=T_B-T_G?????????????????（3），

Δ=V_Φt/2·cosH·sinA???（4），

V_Φ=ωa·cosΦ??????????（5），

其中，t_上行為所述激光脈沖信號(hào)從地面到達(dá)衛(wèi)星所需的時(shí)間，t為所述激光脈沖信號(hào)在衛(wèi)星和地面之間往返的飛行時(shí)間，Δ為由地球自轉(zhuǎn)引起的Sagnac效應(yīng)的修正值，V_Φ為大地緯度為Φ處的地球自轉(zhuǎn)線速度，a為地球半徑，ω為地球自轉(zhuǎn)速度，H和A分別為衛(wèi)星相對(duì)于地面的高度和方位角度；以及

星載設(shè)備，其接收所述激光脈沖信號(hào)，并將該激光脈沖信號(hào)按原路反射回地面，同時(shí)測量所述激光脈沖信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星時(shí)的衛(wèi)星鐘的時(shí)刻值T_S，并將該激光脈沖信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星時(shí)的衛(wèi)星鐘的時(shí)刻值T_S下傳至所述地面設(shè)備。

在上述的星地激光時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)中，所述地面設(shè)備包括：

產(chǎn)生所述激光脈沖信號(hào)的激光器；

與所述激光器連接的激光測距望遠(yuǎn)鏡，其一方面將所述激光脈沖信號(hào)發(fā)射至衛(wèi)星，另一方面接收從衛(wèi)星上反射回的所述激光脈沖信號(hào)；

與所述激光測距望遠(yuǎn)鏡連接的光子探測系統(tǒng)，其將所述從衛(wèi)星上反射回的所述激光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出；