[發(fā)明專(zhuān)利]衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010424758.3
• 申請(qǐng)日: 2020-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111562595B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石碧舟;王宇凱;王昊光;張軍;蔣桂忠;沈苑;李國(guó)通
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院;上海微小衛(wèi)星工程中心
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/07
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/07;G01S19/25;H03L7/083
• 代理公司: 上海智晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

1.一種衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)包括承載于入軌衛(wèi)星上的衛(wèi)星時(shí)頻基準(zhǔn)產(chǎn)生器、秒脈沖產(chǎn)生模塊、秒脈沖比對(duì)模塊、時(shí)間同步控制模塊及星地雙向時(shí)間比對(duì)載荷，以及承載于入軌衛(wèi)星上的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其中：

所述衛(wèi)星時(shí)頻基準(zhǔn)產(chǎn)生器被配置為提供頻率基準(zhǔn)信號(hào)；

所述秒脈沖產(chǎn)生模塊被配置為根據(jù)所述頻率基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)；

所述衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)被配置為提供PPS授時(shí)信號(hào)；

所述衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)被配置為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星自主定位；

所述秒脈沖比對(duì)模塊被配置為采用連續(xù)采樣鑒相，將所述PPS授時(shí)信號(hào)與所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得出第一時(shí)間同步信號(hào)，并將所述第一時(shí)間同步信號(hào)發(fā)送至所述時(shí)間同步控制模塊；

所述星地雙向時(shí)間比對(duì)載荷被配置為通過(guò)與地面測(cè)控站進(jìn)行雙向精密測(cè)距，根據(jù)測(cè)距結(jié)果和所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生第二時(shí)間同步信號(hào)，并將所述第二時(shí)間同步信號(hào)發(fā)送至所述時(shí)間同步控制模塊；

所述時(shí)間同步控制模塊被配置為根據(jù)所述第一時(shí)間同步信號(hào)和/或所述第二時(shí)間同步信號(hào)對(duì)所述頻率基準(zhǔn)信號(hào)和/或所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率校正和/或相位校正。

2.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星時(shí)頻基準(zhǔn)產(chǎn)生器包括恒溫晶振、兩個(gè)銣原子鐘、選擇開(kāi)關(guān)、直接數(shù)字頻率合成器、鑒相器、環(huán)路濾波器及100MHz晶振，其中：

所述直接數(shù)字頻率合成器、所述鑒相器及所述環(huán)路濾波器被配置為組成鎖相環(huán)；

所述選擇開(kāi)關(guān)被配置為使能所述恒溫晶振或其中一個(gè)所述銣原子鐘；

被使能的所述銣原子鐘或所述恒溫晶振通過(guò)所述鎖相環(huán)與所述100MHz晶振進(jìn)行鎖相，以使所述100MHz晶振輸出頻率基準(zhǔn)信號(hào)；

所述鎖相環(huán)的分頻器功能由所述直接數(shù)字頻率合成器代替，通過(guò)調(diào)整所述直接數(shù)字頻率合成器的控制字，執(zhí)行對(duì)所述頻率基準(zhǔn)信號(hào)的頻率控制。

3.如權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間同步控制模塊被配置為根據(jù)相位漂移量歸算法對(duì)頻率基準(zhǔn)信號(hào)的頻率進(jìn)行補(bǔ)償，具體包括：所述時(shí)間同步控制模塊被配置為根據(jù)所述第一時(shí)間同步信號(hào)及所述第二時(shí)間同步信號(hào)產(chǎn)生控制字修正量，并將所述控制字修正量發(fā)送至所述直接數(shù)字頻率合成器，以調(diào)整所述直接數(shù)字頻率合成器的控制字，執(zhí)行對(duì)所述頻率基準(zhǔn)信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)整，執(zhí)行對(duì)所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的頻率和相位進(jìn)行修正，補(bǔ)償頻標(biāo)的老化引入的頻率漂移。

4.如權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述秒脈沖比對(duì)模塊被配置為對(duì)所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)和所述PPS授時(shí)信號(hào)的相位差進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)測(cè)量的相位差大于預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，所述時(shí)間同步控制模塊被配置為通過(guò)積分時(shí)間內(nèi)的相位差歸算出頻率準(zhǔn)確度，并根據(jù)頻率準(zhǔn)確度得到頻率差，根據(jù)所述頻率差計(jì)算所述控制字修正量，通過(guò)所述控制字修正量使得所述相位差小于所述預(yù)設(shè)門(mén)限。

5.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間同步控制模塊被配置直接根據(jù)所述第一時(shí)間同步信號(hào)和所述第二時(shí)間同步信號(hào)獲取相位校正信號(hào)，并將所述相位校正信號(hào)發(fā)送至所述秒脈沖產(chǎn)生模塊，以使所述相位校正信號(hào)修正所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)所述時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相位校準(zhǔn)。

6.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星自主定位與時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述入軌衛(wèi)星本體上安裝有第一天線(xiàn)、第二天線(xiàn)和第三天線(xiàn)，其中：

所述第一天線(xiàn)和所述第二天線(xiàn)同平面對(duì)向安裝，夾角為180°，所述第一天線(xiàn)為寬波束，所述第二天線(xiàn)為窄波束，所述第三天線(xiàn)為窄波束；

當(dāng)所述入軌衛(wèi)星電推入軌過(guò)程中近地點(diǎn)高度低于10000公里時(shí)，所述第一天線(xiàn)指向于與衛(wèi)星地心連線(xiàn)夾角為180°的方向；

當(dāng)所述入軌衛(wèi)星電推入軌過(guò)程中近地點(diǎn)高度高于10000公里時(shí)，所述第二天線(xiàn)指向于與衛(wèi)星地心連線(xiàn)夾角為0°的方向；

所述衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)所述第一天線(xiàn)和所述第二天線(xiàn)所接收的信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合解算；

所述入軌衛(wèi)星進(jìn)入地球靜止軌道后，所述第二天線(xiàn)根據(jù)入軌衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整指向，始終指向地心；所述第三天線(xiàn)指向地心。