[發明專利]一種面向微小衛星多星編隊的測量方法

有效

• 申請號: 201911271984.6
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111308524B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 胡偉強;金小軍;莫仕明;張偉;徐兆斌;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種面向微小衛星多星編隊的測量方法。包括：設置編隊內衛星的編號；將單個測量周期劃分為K個連續的時間段并編號；在編號為N的時間段內由編號為N的衛星負責發送信號，其它衛星負責接收信號，同時所有衛星都記錄本地的信號發射時刻和接收時刻；基于雙邊雙程測量方法，結合本地信號收發時刻，得到信號飛行時間測量值M_tof與時差初步測量值M_clk；再經電離層雙頻組合校準與硬件延時校準后，得到星間距離測量值m_r和時差中期測量值m_Δt；最后對星間距離測量值m_r和時差中期測量值m_Δt進行動態補償，得到星間距離最終測量值r_ij與時差最終測量值Δt_ij。本發明基于時分多址和雙邊雙程測量的多星測量體制，能夠在保證測量精度的同時滿足分布式測量的需求。

技術領域

本發明屬于測量方法，尤其涉及一種面向微小衛星多星編隊的測量方法。

背景技術

目前，星間相對測量主要有GPS(Global Positioning System，全球定位系統)/GNSS(Global Navigation Satellite System，全球導航衛星系統)測量和RF(RadioFrequency，射頻)無線電測量兩種。GPS技術成熟，應用廣泛，但其無法應用于中高軌道和深空環境，而RF自主測量和相對導航能夠克服這些缺點，并且測量精度高。但目前，星間自主測量研究仍主要以雙星編隊為主，而在已有的多星編隊多址測量方案中，基于頻分多址(FDMA)的測量方案在K顆衛星構成的編隊內，每一顆衛星都需要配置K個頻點的信號收發裝置，系統可擴展性差；基于碼分多址(CDMA)的測量方案不僅需要進行發射功率控制，而且測量精度會隨著節點的增加而下降。基于時分多址(TDMA)的測量方案能夠克服以上問題，具有較好的可擴展性，能夠滿足多星編隊分布式測量的需求。GPS導航衛星的星間鏈路采用了時分體制，但其物理層采用雙程轉發測量方法，該方法必須依賴于原子鐘才能實現較高的測量精度，但微小衛星資源受限，難以配置原子鐘。雙邊雙程測量方法能解決這個問題，然而該方法目前僅應用于地面低精度、低動態場景，尚未用于星上高動態、高精度場景。將雙邊雙程測量方法應用于多星編隊，不僅能夠避免星間時差影響，而且能有效抑制晶振頻率漂移的影響，從而提高測量精度，并且該測量方式能夠利用自身的測距結果解算時差，實現距離與時差的聯合測量。基于時分多址和雙邊雙程測量的多星測量體制，能夠在保證測量精度的同時滿足分布式測量的需求。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供了一種面向微小衛星多星編隊的測量方法；該方法在介質訪問層采用TDMA分布式廣播方法，能夠滿足分布式應用需求；在物理層采用雙邊雙程測量方法，不僅能抑制頻率漂移的影響，而且可基于衛星運動狀態，建立動態補償模型，從而保證高動態條件下的測量精度，還能夠實現距離和時差的聯合測量。

本發明采用的技術方案包括如下步驟：

步驟S101：對整個編隊內的所有衛星進行編號，編號為1～K；將整個編隊的單個測量周期劃分為K個連續的時間段并對每個時間段設置編號，編號為1～K，其中K為正整數；

步驟S102：在第N個時間段內，由第N顆衛星負責發送信號，其余衛星負責接收信號；同時，每一顆衛星根據本地時鐘記錄信號發射時刻與信號接收時刻；

步驟S103：基于雙邊雙程測量方法計算兩顆衛星之間的信號飛行時間測量值M_tof與時差初步測量值M_clk；

步驟S104：對信號飛行時間測量值M_tof與時差初步測量值M_clk進行電離層雙頻組合校準和硬件延時校準，得到星間距離測量值m_r與時差中期測量值m_Δt；