[實用新型]一種星地激光時間比對系統

有效

• 申請號: 201320268571.4
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN203338015U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 孟文東;張海峰;黃佩誠;王劼;張忠萍;葉揚;胡偉;王元明;廖瑛;陳婉珍;楊福民
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海天文臺
• 主分類號: G04G7/00
• 分類號: G04G7/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術領域

本實用新型涉及激光時間同步技術，尤其涉及一種用于實現星地激光時間同步的星地激光時間比對系統。

背景技術

眾所周知，衛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和精確同步是十分重要的。

常用的衛星和地面時間同步是由無線電實現的，其工作原理為：衛星和地面站分別在自己的鐘面時刻通過無線電發射機產生并發播時標信號，然后通過無線電接收機記錄發射時標經過一段傳播延時后地面和衛星分別觀測到對方時標相對本地鐘的時刻或時差（下行偽距值和上行偽距值），衛星將自己的記錄結果（上行偽距值）通過通信鏈路發給地面站，地面站通過以上觀測數據（上行偽距值和下行偽距值）就能解算出星地鐘差，進而實現衛星和地面時間同步。

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

1、噪聲誤差指熱噪聲引起無線電接收機提取數據基準序列時鐘的相位誤差，這和接收機的信號設計以及接收端的信號處理方式有關，一般在1納秒左右；

2、設備零值指向上下行信道的系統差，如果上下行信道設計極其對稱，該項誤差可以被有效抑制，但一般星載和地面無線電接收機設計均不完全對稱，因此該項誤差需進行零值標定，由于設備的零值漂移與信道帶寬和溫度變化相關，一般該項誤差可控制在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延遲，該延遲與地方時和季節有關，峰值在地方時下午2點，電離層延遲誤差最大，波動也最大，而夜晚誤差小，波動也較小，電離層引起的時間同步誤差約為0.5納秒。

實用新型內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型旨在提供一種星地激光時間比對系統，以高精度地測量星地鐘差，實現激光時間比對，進而實現星地時間同步。

本實用新型所述的一種星地激光時間比對系統，其包括：

地面設備，其向衛星發射激光脈沖信號，并記錄地面發射激光脈沖信號時的地面鐘的時刻值T_G，同時記錄地面接收到從衛星上反射回的所述激光脈沖信號時的地面鐘的時刻值T_B，并接收所述激光脈沖信號到達衛星時的衛星鐘的時刻值T_S，根據地面發射激光脈沖信號時的地面鐘的時刻值T_G、地面接收到從衛星上反射回的所述激光脈沖信號時的地面鐘的時刻值T_B、以及所述激光脈沖信號到達衛星時的衛星鐘的時刻值T_S，測量衛星鐘和地面鐘的鐘差ΔT；以及

星載設備，其接收所述激光脈沖信號，并將該激光脈沖信號按原路反射回地面，同時測量所述激光脈沖信號到達衛星時的衛星鐘的時刻值T_S，并將該激光脈沖信號到達衛星時的衛星鐘的時刻值T_S下傳至所述地面設備。

在上述的星地激光時間比對系統中，所述地面設備包括：

產生所述激光脈沖信號的激光器；

與所述激光器連接的激光測距望遠鏡，其一方面將所述激光脈沖信號發射至衛星，另一方面接收從衛星上反射回的所述激光脈沖信號；

與所述激光測距望遠鏡連接的光子探測系統，其將所述從衛星上反射回的所述激光脈沖信號轉換為電信號后輸出；

與所述光子探測系統連接的地面計時器，其接收一地面時間頻率系統輸出的地面時間頻率基準信號，并且一方面根據該地面時間頻率基準信號以及所述激光脈沖信號，記錄所述地面發射激光脈沖信號時的地面鐘的時刻值T_G，另一方面根據所述地面時間頻率基準信號以及所述光子探測系統輸出的電信號，記錄所述地面接收到從衛星上反射回的所述激光脈沖信號時的地面鐘的時刻值T_B；

地面數據傳輸系統，其接收所述激光脈沖信號到達衛星時的衛星鐘的時刻值T_S；以及

與所述地面計時器以及地面數據傳輸系統連接的地面控制系統，其測量所述衛星鐘和地面鐘的鐘差ΔT。

在上述的星地激光時間比對系統中，所述星載設備包括：

激光反射器，其接收所述激光脈沖信號，并將該激光脈沖信號按原路反射回地面；

激光時差測量儀，其探測所述激光脈沖信號，并根據一星載時間頻率系統輸出的衛星時間頻率基準信號，測量所述激光脈沖信號到達衛星時的衛星鐘的時刻值T_S；以及