[發明專利]一種星地精密時間同步及載波相位周跳探測方法

有效

• 申請號: 202110991683.1
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113671545B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 白燕;韓子彬;高帥和;郭燕銘;鄒德財;盧曉春;張首剛
• 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;G01S19/23;G01S19/44
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種星地精密時間同步及載波相位周跳探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)低軌航天器和地面站分別向對方發射不同頻率的微波信號，采用單上行和雙下行三條微波鏈路的組合方式實現地面站和低軌航天器間的載波相位測量和偽距測量，獲得單上行f_GS的載波相位觀測值、偽距觀測值以及雙下行f_SG1和f_SG2的載波相位觀測值、偽距觀測值；

2)進行周跳探測，包括三頻組合周跳探測和MW組合周跳探測；

三頻組合周跳探測時，將雙下行碼偽距、載波相位偽距與對應上行偽距相減，得到作差后的組合觀測方程，將相位減偽距得到只保留電離層誤差、整周模糊度和殘差的組合觀測量，再將所述的組合觀測量歷元間作差，得到對應的檢驗量

其中，λ為載波波長，N為整周模糊度，△為歷元間作差導致的電離層誤差殘差、整周模糊度，為載波相位觀測值，SG1、SG2和GS下標分別表示下行雙頻及上行單頻對應微波鏈路，t表示歷元；

檢驗量大于設定閾值則認為歷元t到歷元t+1發生了周跳，反之，則沒有發生周跳；

MW組合周跳探測時，建立MW組合觀測方程

式中，λ_W為寬巷波長，N_W為寬巷模糊度，ε_W為組合觀測噪聲；

由此得到寬巷模糊度

通過遞推公式推演出第一個歷元到第t個歷元的寬巷模糊度均值N_Wt和方差

其中，N_W(t)為第t個歷元的寬巷模糊度；若滿足|N_W(t)-N_Wt-1|≥4σ_t以及|N_W(t+1)-N_W(t)|≤1，則認為第t個歷元發生周跳，反之，則沒有發生周跳；

若三頻組合周跳探測和MW組合周跳探測中至少有一個歷元存在周跳，則進入步驟3)，否則進入步驟6)；

3)將三頻組合周跳探測和MW組合周跳探測確定的周跳歷元組合整理，確實數據中所有的周跳歷元；

4)根據聯立三組線性無關的檢驗量方程，對周跳進行解算，得到以下矩陣方程：

Q＝AX

其中為已知檢驗量，為系數矩陣，根據最小二乘法X＝(A^TA)^-1A^TQ求得對應頻點上的周跳值浮點解；

5)將步驟4)獲得的各頻點各歷元周跳浮點解帶入到相位觀測值中周跳發生歷元及該歷元后續所有相位觀測值中，在相位觀測值中修復周跳；

6)基于載波相位測量實現雙向時間同步，整理得到雙向星地鐘差

式中，ρ為衛星到地面站間的幾何距離，△d為星地間的距離歸算修正量，和為ECI坐標系下地面站和低軌航天器先驗軌道坐標，t₀、分別為歸算時刻、航天器信號發射時刻以及地面站信號發射時刻，根據歸算時刻t₀推算航天器和地面站發射時刻，并利用9階拉格朗日插值算法求得航天器和地面站發射時刻先驗軌道坐標，最后根據修正量公式求得所需修正量；

7)根據步驟6)中獲得的雙向星地鐘差，經過n階最小二乘擬合處理后，將鐘差解算值與擬合值作差得到鐘差擬合殘差，最后求鐘差擬合殘差的RMS值，以RMS值評估其雙向時間同步性能。

2.根據權利要求1所述的星地精密時間同步及載波相位周跳探測方法，其特征在于，所述步驟2)中以檢驗量△N₁和△N₂的3倍中誤差為設定閾值。

3.根據權利要求1所述的星地精密時間同步及載波相位周跳探測方法，其特征在于，所述步驟7)中采用2階最小二乘擬合氫鐘或銣鐘。