专利名称：一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法
技术领域：
本发明涉及一种导航卫星星间链路天线绝对时延的标定方法，可用于导航卫星系统星间链路天线的绝对时延标定。
背景技术：
在全球卫星导航系统中，维持较高的卫星轨道确定精度和钟差确定精度是确保导 航接收终端获得大系统要求的定位或授时精度的关键。获得精确轨道和钟差参数通常需要在全球范围布设大量地面站进行连续观测，目前我国不具备这样的全球性战略地理资源，因此我国在研的全球卫星导航系统将采用星间链路技术，其中一个重要功能是在仅配置少数监测站的情况下通过星间链路的精密测量获得轨道上其它弧段的测量信息，从而达到获得精密轨道参数的能力。导航卫星通过星间链路，播发和接收扩频测距信号进行卫星之间的精密测距，精确的星间距离值的获取需要扣除卫星星间链路收发电路本身的时延，才能得到卫星之间的真实距离，卫星星间链路收发电路本身时延的测量精度将直接影响卫星之间的测距精度。导航卫星的星间链路天线是星间链路收发电路的重要组成部分，因此，导航卫星星间链路收发天线的绝对时延值是导航卫星系统的一个关键指标参数，收发天线的绝对时延标定的精度将影响卫星之间的星间测距精度。目前，天线时延绝对时延的测试方法主要有(I)标校塔法。具体可参见国家军用标准GJB3153-1998《精密测量雷达标定与校正》，姚士康、孙振起、张定才等；(2)无塔标校法。具体可参见黄旭峰、秦顺友《园口径测距天线时延测量方法》无线电通信工程2007年Vol. 33No. 4 ； (3)矢量网路分析法。具体可参见吴春邦、杨文丽、刘波《导航卫星天线相位中心及时延测试》空间电子技术2009年第I期。标校塔法和无塔标校法均使用零距转发器和校零天线，零距转发器和校零天线本身绝对时延的精密标定也是测试难题，它们的标定精度将严重影响被测天线时延的标定精度，零距转发器的使用与星间链路天线的实际工作情况不同，标定结果与星间链路天线真实工作状态情况下的时延值存在差异，而且无塔标校法中，校零天线安装位置不同会导致标定数值变化，校零天线安装位置的确定误差也会带来标定误差。矢量网路分析法采用了标准天线作为测试参考，对于导航卫星星间链路ka频段天线，很难得到一个用于测试时延的标准天线，其次，收发天线满足远场条件下，通过矢量网路分析仪测试时，测试连接电缆或波导长，在Ka频段工作情况下，长测试电缆或波导的时延校准要保证稳定、高精度十分困难。最重要的是采用矢量网路分析仪测试的时延值为一个频段的群时延，不能正确反映星间链路传输某个特定信号体制的扩频测距信号的时延情况。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法，能正确反映星间链路电路传输测距信号情况下星间链路天线绝对时延的真实状态，得到星间链路天线的高精度时延标定值。本发明的技术解决方案是一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法，步骤如下(I)将星间链路发射机通过测试电缆和衰减器与星间链路接收机有线连接，星间链路发射机产生星间链路测距信号并输出，星间链路接收机接收星间链路测距信号进行扩频测距；(2)将星间链路发射机产生的秒信号和星间链路接收机产生的秒信号作为时间间隔计数器的两个输入，分别用于启动或停止时间间隔计数器计数，通过时间间隔计数器测量星间链路发射机和星间链路接收机各自秒信号之间的时间差；
(3)根据星间链路接收机的伪距测量结果和时间间隔计数器的测量结果，得到星间链路发射机、电缆、衰减器、星间链路接收机的组合时延，扣除衰减器时延后得到测量通道的零值；(4)选取至少3个星间链路天线作为待测量天线，待测量天线两两构成一个测试组合，任意一个测试组合中，将其中一个待测量天线与星间链路发射机连接，另一个待测量天线与星间链路接收机连接，任意一个测试组合中两个待测量天线之间的距离R保持相同
且两个待测量天线的波束相互瞄准，其中λ为待测频率信号中心频率对应的波
/I
长，D为待测天线的直径；(5)根据星间链路接收机的伪距测量结果、时间间隔计数器计数值，得到加入待测量天线后的测量收发之间的组合时延；(6)将任意一个测试组合中两个待测量天线之间的距离R折算为自由空间传播时延，将步骤(5)得到的加入待测量天线后的测量收发之间的组合时延扣除步骤(3)得到的测量通道的零值以及自由空间传播时延后，得到任意一个测试组合中两个待测量天线各自绝对时延的和；(7)利用步骤￠)的结果，通过解方程组的形式获取各待测量天线的绝对时延。本发明与现有技术相比的优点在于(I)本发明方法中测试信号采用星间链路发射机生成，测试信号的工作频段、信号体制与星间链路在轨传输信号体制一致，利用星间链路接收机进行扩频测距方式，进行伪距测量，能真实反映星间链路天线收发星间链路信号时的时延；(2)本发明方法利用星间链路配置有多天线条件，进行天线的相互配对测量，不需要专门的标准天线，避免了标准天线设计参数不够标准所带来的测量误差问题；(3)本发明时延的标定过程和测试通道的零值标定都在星间链路发射机和接收机之间进行，不需要使用ka频段长电缆或长波导，避免了 ka频段长电缆或长波导时延标定出现的大误差情况；(4)本发明方法中不需要使用零值转发器，避免了零值转发器精密时延标定的技术实现难题，也消除了零值转发器本身时延标定误差对星间链路天线时延标定精度影响。
图I为本发明方法的原理框图。
具体实施例方式如图I所示，为本发明方法的原理图。本发明方法涉及的主要设备包括星间链路发射机、星间链路接收机和时间间隔计数器。其中时间间隔计数器用于测量星间链路发射机生成的秒脉冲信号和星间路接收机生成的秒脉冲信号之间的秒差。本发明方法的主要步骤如下(I)导航卫星配置多个相同的星间链路天线，各天线的工作频段一致，天线传输的信号体制一致，在没有收发时延已经标定好的参考天线的情况下，待测量天线数目不少于3个，待测天线为无源设备，同一个待测天线接收和发射的绝对时延一致。(2)进行测量通道的零值校准。将星间链路发射机通过测试电缆和衰减器与星间 链路接收机有线连接。星间链路发射机输出星间链路测距信号，链路测距信号与星间链路实际发射的测距信号具有相同的中心频率、调制方式、扩频码率和扩频方式，星间链路接收机接收测距信号进行扩频测距，衰减器对星间链路发射机输出信号进行衰减，保证输入到星间链路接收机的信号电平在正常接收范围。星间链路接收机接收星间链路发射机输出的扩频测距信号，对信号进行滤波、下变频、扩频信号的捕获跟踪以及数据处理，得到伪距测量值，时间间隔计数器测量星间链路发射机生成的秒脉冲信号和星间链路接收机生成的秒脉冲信号之间的时间差，在某个秒时刻星间链路接收机得到的伪距测量值减去该时刻发射机与接收机之间秒脉冲的秒差，得到收发之间的组合时延测量值TZ1。用矢量网路分析仪在星间链路信号的中心频点测量衰减器的时延ΤΖ2。测量通道的零值Tz可以按如下公式计算Tz = Tzi-Tz2(I)(3)用天线I作为发射天线与星间链路发射机连接，天线2作为接收天线与星间链
路接收机连接，两个待测量天线之间的距离R，其中λ为待测频率信号中心频率
对应的波长，D为待测天线的直径，两个待测量天线的波束相互瞄准。根据星间链路接收机的伪距测量结果和时间间隔计数器的测量结果，得到收发之间的组合时延测量值Τα。精密测量天线I和天线2之间的直线距离R，折算为无线电波在自由空间传播时延TD，即Td = c/R(2)式中c为光速；将测量得到的收发之间组合时延扣除测量通道零值、再扣除自由空间传播时延量，得到天线I绝对时延T1和天线2绝对时延T2的组合时延值。即T^T2 = Tci-Tz-Td(3)(4)用天线3作为发射天线，天线2作为接收天线，重复步骤(3)，得到天线3绝对时延T3和天线2绝对时延T2的组合时延值。T3+T2 = Tc2-Tz-Td⑷式中Tc2为收发之间的组合时延测量值。(5)用天线3作为发射天线，天线I作为接收天线，重复步骤(3)，得到天线3绝对时延T3和天线I绝对时延T1的组合时延值。
T3+!^ = TC3_TZ_TD(5)式中Tc3为收发之间的组合时延测量值。(6)三个天线的相互配对，互为收发，进行测量得到的三个组合时延值方程的线性方程组
权利要求
1.一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法，其特征在于步骤如下 (1)将星间链路发射机通过测试电缆和衰减器与星间链路接收机有线连接，星间链路发射机产生星间链路测距信号并输出，星间链路接收机接收星间链路测距信号进行扩频测距； (2)将星间链路发射机产生的秒信号和星间链路接收机产生的秒信号作为时间间隔计数器的两个输入，分别用于启动或停止时间间隔计数器计数，通过时间间隔计数器测量星间链路发射机和星间链路接收机各自秒信号之间的时间差； (3)根据星间链路接收机的伪距测量结果和时间间隔计数器的测量结果，得到星间链路发射机、电缆、衰减器、星间链路接收机的组合时延，扣除衰减器时延后得到测量通道的零值； (4)选取至少3个星间链路天线作为待测量天线，待测量天线两两构成一个测试组合，任意一个测试组合中，将其中一个待测量天线与星间链路发射机连接，另一个待测量天线与星间链路接收机连接，任意一个测试组合中两个待测量天线之间的距离R保持相同且两个待测量天线的波束相互瞄准，其中λ为待测频率信号中心频率对应的波长，D为待测天线的直径； (5)根据星间链路接收机的伪距测量结果、时间间隔计数器计数值，得到加入待测量天线后的测量收发之间的组合时延； (6)将任意一个测试组合中两个待测量天线之间的距离R折算为自由空间传播时延，将步骤(5)得到的加入待测量天线后的测量收发之间的组合时延扣除步骤(3)得到的测量通道的零值以及自由空间传播时延后，得到任意一个测试组合中两个待测量天线各自绝对时延的和； (7)利用步骤￠)的结果，通过解方程组的形式获取各待测量天线的绝对时延。
全文摘要
一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法，利用导航卫星星间链路配置多个天线、传输信号为扩频测距信号的特点，星间链路发射机经待测试天线发射与星间链路传输信号体制一致的扩频信号，通过另一个待测试天线接收至星间链路接收机，测量三个或三个以上天线相互两两配对组成的收发链路组合时延，根据组合时延值、测试通道的零值标定结果以及收发天线的空间传播时延，数据处理得到各测试天线收发星间链路信号时的绝对时延。本发明方法操作简便，不需要专门的校准天线，采用与星间链路传输信号体制一致的测试信号，标定结果能真实反映星间链路信号传输时延。
文档编号H04B7/185GK102647223SQ20121008690
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者刘庆军, 崔小准, 李懿, 米红, 郝文宇 申请人:北京空间飞行器总体设计部