[發明專利]一種基于同頻模式的高精度星地時間比對方法及系統在審

申請號：	202110554936.9	申請日：	2021-05-21
公開（公告）號：	CN113671544A	公開（公告）日：	2021-11-19
發明（設計）人：	郭燕銘;張首剛;盧曉春;高帥和;白燕;潘志兵;高玉平	申請（專利權）人：	中國科學院國家授時中心
主分類號：	G01S19/25	分類號：	G01S19/25;G01S19/37
代理公司：	西北工業大學專利中心 61204	代理人：	顧潮琪
地址：	710600 陜***	國省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于模式高精度時間方法系統
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【說明書】：

本發明提供了一種基于同頻模式的高精度星地時間比對方法及系統，地面站和航天器分別向對方發射同一頻點的微波測距信號，獲得下行觀測偽距和上行觀測偽距；將下行偽距和上行偽距配對組成雙向單程測量偽距組合，計算獲得地面站和空間航天器時頻設備之間的星地雙向相對鐘差；計算并扣除雙向相對鐘差計算時的各項誤差，實現星地時間同步；所述的各項誤差包括設備時延誤差、運動時延誤差、周期性相對論效應誤差和引力時延誤差。本發明通過空地雙向測量微波鏈路同頻模式有效修正和減小電離層和對流層等誤差，實現空間航天器與地面站之間的高精度時間比對，最終實現ps量級的星地時間比對精度。

技術領域

本發明屬于空間時頻傳遞技術領域，特別涉及一種星地雙向時間比對方法和系統。

背景技術

目前常用的遠距離時間傳遞方法包括了激光時間比對、雙向時間比對、共視法等，受限于原子鐘精度和硬件水平，精度最高只能達到亞ns量級，這使得高精度時頻基準在空間科學中的廣泛應用受到限制。利用地球空間微重力和低干擾等環境優勢在空間航天器搭載運行不同特性的原子鐘或原子鐘組，實現較地面精度高一個量級以上的時間頻率信號源，并在空間建立穩定度和不確定度優于1E-17量級的空間高精密時間頻率產生和運行系統(簡稱空間精密時頻基準)。空間精密時頻基準建成后，首要的任務是對其時頻性能進行準確的評估，然后可以進一步利用其實現高精度時間傳遞，從而滿足空間各類航天器及地面用戶的高精度時間需求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種高精度星地時間比對系統，基于微波鏈路同頻模式，通過空地雙向測量微波鏈路同頻模式有效修正和減小電離層和對流層等誤差，實現空間航天器與地面站之間的高精度時間比對，最終實現ps量級的星地時間比對精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于同頻模式的高精度星地雙向時間比對方法，包括以下步驟：

步驟1，地面站和航天器分別向對方發射同一頻點f₁的微波測距信號，獲得f₁頻點的下行觀測偽距和上行觀測偽距；

步驟2，將f₁頻點下行偽距和上行偽距配對組成雙向單程測量偽距組合，計算獲得地面站和空間航天器時頻設備之間的星地雙向相對鐘差；

步驟3，計算并扣除雙向相對鐘差計算時的各項誤差，實現星地時間同步；所述的各項誤差包括設備時延誤差、運動時延誤差、周期性相對論效應誤差和引力時延誤差。

所述的雙向單程測量偽距組合為地面站和空間航天器相互同時收或發的兩個單向測量的組合。

所述偽距的測量距離均采用相位中心，利用提前標定的相位中心結果將精密定軌處理結果分別修正到航天器接收天線和發射天線的相位中心坐標值。

所述的航天器采用不同的微波時頻天線A和B對地收發信號，在同頻模式下，雙向單程測量偽距組合表達為

其中，G表示地面站，S表示航天器，c為真空光速，t^Snd和t^Rcv分別為發射和接收時刻，和分別為f₁頻點的下行測量偽距和f₁頻點的上行測量偽距；R_A和R_B分別為航天器天線A和B的相位中心位置矢量，x_S和x_G分別為航天器和地面站鐘差，δ^Snd和δ^Rcv為信號發射通道和接收通道的硬件傳輸時延，δ^rel為周期性相對論效應等效時延，δ^OF為相位中心偏移等效時延，δ^g是引力時延，ε為測距噪聲。