[發明專利]導航衛星時間系統及其自主恢復方法

在審

• 申請號: 201980020430.0
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN111971584A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 林寶軍;龔文斌;陸新穎;沈苑;陳婷婷;任前義;戴永珊;余志洋;李光;洪霞;田小莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G01S19/25
• 分類號: G01S19/25
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張瑞瑩

本發明提供了一種導航衛星時間系統及其自主恢復方法，包括載荷時間系統，載荷時間系統用于產生和維持載荷時間，載荷時間系統包括星載原子鐘、時頻處理單元及多個載荷時間備份模塊，載荷時間的時間信息從地面站時間中獲取；載荷時間的秒脈沖信號由星載原子鐘和時頻處理單元產生和維持；當時頻處理單元發生故障時，觸發一級恢復狀態：時頻處理單元比較多個載荷時間備份模塊反向輸出的時間信息和秒脈沖信號，以執行載荷時間的恢復。實現在衛星受到干擾或故障且地面無法控制衛星的情況下，衛星能夠通過優先級選擇從載荷時間備份模塊、星間鏈路時間或平臺中自主快速恢復時間信息，保證授時功能的穩定性和可靠性，提高衛星系統的生存能力。

技術領域

本發明涉及衛星技術領域，特別涉及一種導航衛星時間系統及其自主恢復方法。

背景技術

隨著信息時代的發展，時間信息幾乎是所有行動的基礎，各行各業如電力、通信、金融、信息化作戰等都需要精確的時間，授時方法包括短波/長波授時、衛星授時和網絡授時等，衛星授時的精度最高，地面接收機接收導航衛星的授時信息，以實現時間統一。美軍于2017年提出“授時戰”概念，通過更多的防護防御工作，提高、維護、維持授時資源，這更說明了授時功能的重要性。然而，若導航衛星自身出現授時錯誤，會導致嚴重的服務錯誤。如歐洲伽利略衛星曾出現在軌18顆運行的衛星中有9顆出現了原子鐘故障，導致系統停止運行，印度IRNSS衛星導航系統出現60％的原子鐘故障，面臨無法提供數據的困難。

授時是導航衛星的關鍵服務功能，衛星面臨越來越復雜的空間環境，如受到電磁干擾時，衛星與地面運控系統鏈路被動中斷，使衛星在較長一段時間內無法恢復正常的時間同步功能，從而無法實現衛星正常授時服務。為保證衛星授時的穩定和可靠，增強衛星導航系統的生存能力，衛星時間系統需具備自主維持和恢復的功能。衛星時間系統的自主維持是指在無地面站控制的情況下，衛星的自主守時能力，國內外許多學者做了大量研究，主要有通過時間尺度算法、加權平均算法等方法來建立數學模型，或者通過星間雙向測距、數據交換等不斷修正衛星時鐘參數。目前，新一代北斗導航系統具備自主運行60天的能力。但衛星時間的自主恢復方法研究的較少，尤其是導航衛星系統處于境外時，一旦出現時頻相關單機故障，導致時間信息完全丟失，在沒有地面站的情況下，無法進行即時恢復，此時時間及位置信息紊亂，地面終端利用該情況下的導航數據將造成嚴重后果；而且等待衛星到達境內通過地面站上注信號所需時間長達數小時，該段時間內無法滿足正常使用需求，對于軍事及民用來說都將造成無法估量的影響。

衛星時間系統包括載荷時間系統和平臺時間系統，正常在軌運行中，衛星首先通過地面站獲取基準時間信息，然后平臺與載荷時間實時同步以維持平臺時間系統精度。載荷時間系統的建立包括三個方面：基準頻率信號的產生，精密時間間隔的分發，時間信息的播發。基準頻率信號由星載原子鐘產生，GPS/北斗等導航衛星配置3～4臺鐘，其中1臺為工作原子鐘，1臺為熱備鐘，精密時間間隔分發由時頻處理單元完成，時間信息的播發由信號處理單元完成。目前衛星時間自主恢復僅僅針對原子鐘的故障而設計，即當工作鐘發生故障后，能夠自主、無縫切換到熱備鐘上，基準頻率主備份切換后的相位跳變優于20ps，用戶無法感知。然而時間系統除了原子鐘，還包括時頻處理單元、信號處理單元和平臺時間系統等，缺乏基于整星的時間自主恢復方法。當衛星處于無地面站控制的自主運行模式時，時頻處理單元異常會導致衛星載荷需要重新啟動建立時間信息，時間信息從零開始，只能等待地面人工干預實施時間恢復，目前工程中沒有衛星時間系統自主故障檢測及異常恢復機制。

因此，亟需一種快速的時間恢復方法，在衛星受到空間復雜環境或元器件故障影響下，能夠迅速恢復到故障前的時間系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導航衛星時間系統及其自主恢復方法，以實現衛星受到干擾或故障且地面無法控制衛星的情況下，快速恢復載荷時間，保證授時功能的穩定性和可靠性，提高衛星系統的生存能力。