[發(fā)明專利]一種編隊LEO衛(wèi)星星間時間同步和評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011608129.2
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112799105B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔚保國;盛傳貞;張京奎;張子騰;范廣偉;王垚
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S19/25
• 分類號: G01S19/25
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

1.一種編隊LEO衛(wèi)星星間時間同步和評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)依據(jù)兩LEO衛(wèi)星星載接收機實時測量獲得的GNSS偽距和載波相位，構(gòu)造LEO衛(wèi)星星間GNSS偽距和載波相位觀測量的單差值，估計兩LEO衛(wèi)星之間的相對位置和星間鐘差；同時，依據(jù)兩LEO衛(wèi)星星載接收機實時測量獲得的GNSS多普勒觀測信息，估計兩LEO衛(wèi)星的運動速度；具體方式為：

(101)依據(jù)兩LEO衛(wèi)星星載接收機實時測量獲得的GNSS偽距和以及兩LEO衛(wèi)星的載波相位和構(gòu)造GNSS偽距和載波相位觀測量的LEO衛(wèi)星星間單差方程：

其中，和分別為A與B兩LEO衛(wèi)星星載接收機獲得的偽距，和分別為A與B兩LEO衛(wèi)星星載接收機獲得的載波相位觀測量，和分別代表兩LEO衛(wèi)星間的i衛(wèi)星f頻率的偽距和載波的單差值，和分別代表兩LEO衛(wèi)星間i衛(wèi)星f頻率單差偽距和載波相位測量噪聲，和γ_f分別代表兩LEO衛(wèi)星所觀測的i衛(wèi)星對應(yīng)的基準(zhǔn)頻率的電離層相對延遲和比例系數(shù)，Cδt_leo代表i衛(wèi)星的兩LEO衛(wèi)星的接收機相對鐘差，和分別代表兩LEO衛(wèi)星間的相對接收機碼偏差和載波相位非整數(shù)偏差，λ_leo，f和分別代表載波相位波長和兩LEO衛(wèi)星間的i衛(wèi)星的相對整數(shù)模糊度，代表與LEO衛(wèi)星i間的幾何距離單差值，其方程如下：

和分別代表A與B兩LEO衛(wèi)星與i衛(wèi)星間的幾何距離，xⁱ、yⁱ和zⁱ分別代表i衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，x_leoA、y_leoA和Z_leoA分別代表LEO衛(wèi)星A的三維坐標(biāo)，x_leoB、y_leoB和Z_leoB分別代表LEO衛(wèi)星B的三維坐標(biāo)；

(102)依據(jù)上述偽距和載波相位觀測量的LEO星間單差觀測方程，估計兩LEO之間的相對位置(dx，dy，dz)和星間鐘差δt_leo，其實現(xiàn)過程如下：

在上述觀測方程中，兩LEO衛(wèi)星間的相位偏差和兩LEO衛(wèi)星間的碼偏差均為已知量，i衛(wèi)星的三維坐標(biāo)(xⁱ，yⁱ，Zⁱ)通過實時GNSS衛(wèi)星精密星歷獲得；處理中選擇某顆LEO衛(wèi)星A作為參考，其坐標(biāo)r_leoA(x_leoA，y_leoA，Z_leoA)通過GNSS實時精密單點定位獲得；因此，上述方程估計參數(shù)包含LEO衛(wèi)星間的相對接收機鐘差δt_leo、兩LEO衛(wèi)星間的i衛(wèi)星的相對的整數(shù)模糊度兩LEO衛(wèi)星所觀測的i衛(wèi)星對應(yīng)的基準(zhǔn)頻率的電離層相對延遲和LEO衛(wèi)星B的坐標(biāo)(x_leoB，y_leoB，Z_leoB)，采用卡爾曼濾波估計上述參數(shù)，然后基于估計獲得載波相位浮點模糊度采用LAMBDA方法獲得LEO衛(wèi)星間單差載波相位整數(shù)模糊度由此獲得模糊度固定解后的LEO衛(wèi)星間的相對接收機鐘差δt_leo，同時獲得LEO衛(wèi)星B的坐標(biāo)r_leoB(x_leoB，y_leoB，Z_leoB)，從而獲得兩LEO衛(wèi)星之間的相對位置(dx，dy，dz)如下：

(103)依據(jù)兩LEO星載接收機實時測量獲得的GNSS多普勒觀測信息，實時估計兩LEO衛(wèi)星的速度分別為和

(2)依據(jù)所述兩LEO衛(wèi)星的歷史位置信息和速度信息，基于衛(wèi)星動力學(xué)方程擬合平滑，獲得LEO衛(wèi)星平滑后的位置和速度信息，以平滑后的位置作為虛擬觀測量并附加約束，重新估計LEO衛(wèi)星之間的相對位置和星間鐘差信息；具體方式為：

(201)依據(jù)LEO衛(wèi)星的歷史位置信息和速度信息，基于衛(wèi)星動力學(xué)方程進行擬合平滑，獲得LEO衛(wèi)星平滑后的位置和速度信息：

r_leoB(t)＝r_leoB，0(t；a，e，i，Ω，ω，μ₀；p₁，…p_d)+δr_s，ant(t)

其中，r_leoB、和分別為LEO衛(wèi)星的位置、速度和加速度，f表示力學(xué)函數(shù)模型，r_leoB，0和δr_s，ant分別為慣性系下的衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)和相位中心偏差，a、e、i、Ω、ω和μ₀分別代表6個LEO衛(wèi)星軌道的開普勒軌道根數(shù)，p₁，…p_d代表d維的LEO衛(wèi)星動力學(xué)參數(shù)，t表示時間；依據(jù)歷史估計的LEO衛(wèi)星位置r_leoB和速度采用衛(wèi)星動力學(xué)方程進行擬合平滑，擬合平滑后獲得擬合后的LEO衛(wèi)星B的位置和速度

(202)以平滑后的位置構(gòu)建虛擬觀測量并附加約束，聯(lián)合偽距和載波相位觀測量LEO星間單差的觀測方程，重新估計LEO星間相對位置r_leoB和鐘差δt_leo，所構(gòu)建的位置虛擬觀測方程如下：

(3)以重新估計后的相對位置和星間鐘差信息為基礎(chǔ)，采用兩LEO衛(wèi)星的精確星間測距作為觀測量，評估兩LEO衛(wèi)星GNSS時間同步的性能；步驟(3)中，評估兩LEO衛(wèi)星GNSS時間同步的性能的公式如下：

σ_leo(t)＝R_leo(t)-ρ_leo(t)-C(σt_leo(t)+δt_delay(t))

其中，R_leo為兩LEO衛(wèi)星間的星間精確測距量，ρ_leo為兩LEO衛(wèi)星之間的站間幾何距離，σt_leo為兩LEO衛(wèi)星接收機相對鐘差，δt_delay為星間測距設(shè)備和GNSS設(shè)備的時間偏差，C為光速，σ_leo為兩LEO衛(wèi)星間的星間測距驗后殘差，以σ_leo的值作為兩LEO衛(wèi)星的時間同步性能表征；

(4)在星間PTP時間同步測量支持下，基于兩LEO衛(wèi)星的位置和速度信息，補償星間PTP時間同步中衛(wèi)星運動導(dǎo)致的不對稱性誤差，獲得星間高精度PTP時間同步結(jié)果，并以LEO衛(wèi)星GNSS時間同步結(jié)果為基礎(chǔ)，評估星間高精度PTP時間同步結(jié)果，探測和識別LEO衛(wèi)星星間時間同步的異常；具體方式為：

(401)在星間PTP時間同步測量σt_ptp支持下，基于兩LEO位置與速度信息，補償星間PTP時間同步中衛(wèi)星運動導(dǎo)致的不對稱性誤差δt_cor，獲得星間高精度PTP時間同步結(jié)果σt_leo，ptp；所采用的不對稱性誤差補償方法如下：

σt_leo，ptp＝σt_ptp-δt_cor

其中，δt₁為LEO衛(wèi)星B的PTP信號發(fā)送到LEO衛(wèi)星A的光行時間，δt₂為LEO衛(wèi)星A接收LEO衛(wèi)星B的PTP信號后，將自身PTP信號發(fā)送至LEO衛(wèi)星A所需的時間；

(402)以LEO衛(wèi)星GNSS時間同步結(jié)果σt_leo為基礎(chǔ)，評估星間高精度PTP時間同步結(jié)果σt_leo，ptp，探測和識別LEO星間時間同步的異常，其實現(xiàn)的具體方法如下：

dt＝|σt_leo-σt_leo，ptp|＜ε_t

其中，dt為LEO衛(wèi)星GNSS時間同步結(jié)果σt_leo與星間高精度PTP時間同步結(jié)果σt_leo，ptp的時間偏差，ε_t為判別閾值，當(dāng)且僅當(dāng)其中dt小于閾值ε_t時為正常，否則為異常。