一种基于双星时间同步的星间测距方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于双星时间同步的星间测距方法，在不依赖于GPS的基础上能够提高测距精度，能够满足现有测距需求。首先主星与从星约定对时时刻，在对时时刻到来后，双星进行时间同步；时间同步完成后，双星进行时钟频率同步。两步同步完成后，双星在同步后的时钟下工作，通过星间时间码的传输确定双星间之间的距离。
【专利说明】—种基于双星时间同步的星间测距方法
【技术领域】
[0001]本发明属于星间测控测量领域，具体涉及一种基于双星时间同步的星间测距方法，可以大量应用于月球探测、火星探测、星间组网、空间站出舱等双星之间的测控、测距等任务中。
【背景技术】
[0002]为了实现空间目标的精确测量、准确跟踪、全空域覆盖、实时操控，以及提高测控系统的生存能力，卫星星座与卫星编队飞行技术是必须采用方法和手段。为了满足境外卫星监测及应急处理的可靠度，要求利用星间链路传输遥测数据、遥控指令、指令应答等数据以及进行星间测距。
[0003]美国的铱星星座、全球星和第三代GPS等大型星座，重力场测量编队等均采用了星间链路，可进行遥测、遥控、载荷信息传输和星间测量。以上这些星座的星间测距技术都是基于GPS的星间测距方式。
[0004]N0SS-2卫星是美国现役的海洋监视卫星系统，星座由4组卫星组成，每组包括3颗成员星；采用高性能红外探测器完成星间测距，测距定位精度为2km。
[0005]目前，国内XX-8卫星实现了三星组网在轨飞行，采用了星间双向时间比对技术实现星间高精度时间同步，通过前向(主星到副星)和返向(副星到主星)测控链路完成双向距离测量和测控数据交换。前向链路完成主星向副星发播遥控数据，返向链路完成副星向主星发播遥测数据。但其星间测距精度仅达到3米，不能满足后续星间高精度测距需求。
[0006]XX-4A/B卫星、XX-9A/B卫星、神舟飞船与天宫一号星间采用基于GPS相对定位原理的星间测量技术，测距精度在两星近距离时可达到0.5?0.15米。该方案测量精度较高，但依赖于GPS导航系统，发展和应用受限。
[0007]由以上叙述可以看出，采用了星间双向时间比对技术进行星间测距，其测距精度不高，已经不能满足现有测距需求。采用GPS相对定位原理的测距技术严重依赖于GPS导航系统，在体制上风险极大。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供了一种基于双星时间同步的星间测距方法，该方法在不依赖于GPS的基础上能够提闻测距精度，能够满足现有测距需求。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
[0010]一种基于双星时间同步的星间测距方法，包括如下步骤:
[0011]步骤1、主星与从星约定对时时刻；
[0012]步骤2、双星时间同步:
[0013]双星到达各自的对时时刻之后，通过互发对时时间码，计算出各自收发对时时间码的时间差，并汇集到主星；主星根据自身和从星计算出的时间差计算从星相对于主星的时钟偏差，然后主星根据该时钟偏差发送修正命令来调整从星的时间，完成双星时间同步；
[0014]步骤3、双星时钟同步:
[0015]主星采用近距链路时间业务中的时钟同步业务，于时间Tl开始等间隔进行帧发送，且发送多个帧；从星于时间T2收到了第一帧，则从星通过收到帧的时间即可算出从星收到第η帧的时间值T应为Τ2+Λ tBXn ; Λ tB为从星收帧的帧间隔；
[0016]如果从星收到第η帧的时间值T等于T2+Λ tAXn，则说明双星时钟同步，AtA为已知的主星发帧的帧间隔；如果从星收到第η帧的时间值T不是T2+ Λ tAX n，则说明双星时钟不同步，从星将自身星上的时间周期修正为:
[0017]
【权利要求】
1.一种基于双星时间同步的星间测距方法，其特征在于，包括: 步骤1、主星与从星约定对时时刻； 步骤2、双星时间同步: 双星到达各自的对时时刻之后，通过互发对时时间码，计算出各自收发对时时间码的时间差，并汇集到主星；主星根据自身和从星计算出的时间差计算从星相对于主星的时钟偏差，然后主星根据该时钟偏差发送修正命令来调整从星的时间，完成双星时间同步； 步骤3、双星时钟同步: 主星采用近距链路时间业务中的时钟同步业务，于时间Tl开始等间隔进行帧发送，且发送多个帧；从星于时间T2收到了第一帧，则从星通过收到帧的时间即可算出从星收到第η帧的时间值T应为Τ2+Λ tBXn ； Δ tB为从星收帧的帧间隔； 如果从星收到第η帧的时间值T等于T2+ Λ tA X η，则说明双星时钟同步，Λ tA为已知的主星发帧的帧间隔；如果从星收到第η帧的时间值T不是Τ2+ Λ tAXn，则说明双星时钟不同步，从星将自身星上的时间周期修正为:
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I中，所确定的对时时刻为在接收测距指令之后3~5秒之内的整秒、整毫秒、整微秒、整纳秒时刻。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤I为:主星接收到测距指令后，根据主星时间，确定双星的对时时刻，并向从星发送包含所述对时时刻的对时指令。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4为:主星发送测距时间码，从星接收之后再发回给主星，主星计算发送测距时间码和接收测距时间码之间的时间间隔，时间间隔减去时间码在从星内保持时间，即可得出测距时间码在星间双向传输的时间，从而计算出双星之间的距离。
【文档编号】G01S13/08GK103675804SQ201310566326
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】申景诗, 康旭辉, 李向阳, 王宁, 赵雪纲 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所