一种星间时差测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种星间时差测量方法，以现有的非相干伪码通信系统为基础，通过对伪码相位进行观测和处理，得到星间时差信息，基于此提出了整个星间时差测量方案，并制定了测量过程。同时，本发明还提供了一种星间时差测量系统，在系统仿真模型中考虑了多普勒频率、频率源漂移、传播距离带来的影响，并提出了多普勒频率影响时差测量结果的修正方法。
【专利说明】一种星间时差测量方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频通信以及数字信号处理领域，尤其涉及一种星间时差测量方法及系统。
【背景技术】
[0002]在航天测控系统中，时差的测量和时间的同步占有非常重要的地位，无论是测量还是通信，都需要有较高精度的时间基准，测控系统中的时钟同步特性好坏很大程度上影响通信效率、测量精度等。随着航天测控技术的不断发展，航天器的功能越来越强大，执行的任务越来越复杂，对时钟同步提出了更加高的要求。
[0003]目前国内外的时差测量研究和实验主要由各个国家的时间服务中心和各个时间研究机构主导。目前得到认可的时差测量方式主要有两种，GPS-CV和TWSTFT，前者又分为伪码共视和载波共视。国际上对基于两者的时差测量系统进行了大量的试验比对，并寻求通过技术改进提高测量的精度。TWSTFT、GPS伪码共视、GPS载波共视几种方法在测量结果上有着较好的一致性。GPS载波共视的方法得到的测量结果精度最高，RMS在50ps以内，TffSTFT的精度次之，RMS在200ps以内，GPS伪码共视法精度最差，RMS在Ins以内。这基本代表了当前各个已投入应用的系统的最高水平。虽然GPS共视法有着诸多的优点，但由于需要GPS卫星等导航卫星的辅助，不利于在军事上使用，本发明将在TWSTFT测量的基础上，提出一种基于非相干扩频体制、适用于双星星间内部时差测量的方法，并进一步将方法拓展到星地应用中，最终将该方法进行工程实现，应用到双星星间系统中。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是将现有时差测量方法引入星间测量系统中，提出影响时差测量精度的各种因素和时差测量系统在实际实现的过程中引入的误差因素，提高时差测量精度，用于双星星间内部时差的测量。星间时差测量方法主要以现有的非相干伪码通信系统为基础，以TWSTFT方法为参考，通过对伪码相位进行观测和处理，得到星间时差信息。
[0005]首先对整个星间时差测量系统进行精确的建模，在建模过程中将所有影响因素尽量考虑进去，例如处理时钟的非理想特性，AD变换和DA变换带来的影响、环路带宽的影响、信道噪声的影响等加入到模型中去。模型建立之后，通过仿真和理论分析，分析影响时差测量精度的各种因素，包括频率源的漂移、传播距离、多普勒频率、系统量化损失、数模转换损失、信道噪声、系统近似运算等。在分析完成后，对仿真模型进行进一步的修正和改进，以期能够与实际情况最为接近。
[0006]本发明重点研究传播距离、多普勒频率和频率源漂移三项对时差测量系统的影响，区别于其他因素，这三项因素不仅影响了时差测量系统的精度，还会使得测量结果与实际值之间产生一个固定的偏移，如何消除该固定偏移，提高时差测量的绝对精度，是重要的研究领域之一。
[0007]本发明拟采取对该三项因素的影响进行函数拟合，然后通过测量3个因素的观测值，带入拟合函数计算、修正偏差量。在影响因素分析完成后，针对其中的关键因素，研究相应的应对方法，消除或减弱其影响，提高时差测量的精度。在对时差测量系统模型进行优化和精度提高后，进行系统的实现。系统的实现主要由软件无线电的方式进行，在FPGA内部实现。系统实现后，在modelsim中进行仿真测试。
[0008]一种星间时差测量系统，包括分别由master模块和slave模块组成的主端和从端;
[0009]所述的master模块包括由第一发射机模块、第一接收机模块、第一收发时差比对模块和主从时差比对模块；
[0010]所述的第一发射机模块用于生成PN波形，并发送到信道中进行传输，并将与发送PN序列对应的相位送给第一收发时差比对模块，作为主端的发射相位；
[0011]所述的第一接收机模块用于从信道中接受并恢复PN波形，并将恢复出的PN序列的相位发送给送给第一收发时差比对模块，作为主端的接收相位；
[0012]所述的第一收发时差比对模块用于计算主端的接受伪码和发射伪码之差；
[0013]所述的主从时差比对模块用于将主端的时差计算结果和由从端传来的从端的时差计算结果进行结算，得出最终的主从间的时差；
[0014]所述的slave模块包括第二发射机模块、第二接收机模块和第二收发时差比对模块。
[0015]所述的第一接收机模块和第二接收机模块为标准的伪码跟踪环。
[0016]所述的第一发射机模块和第二发射机模块均包括伪码生成模块和伪码相位输出模块。
[0017]所述的第一发射机模块、第一接收机模块、第一收发时差比对模块和主从时差比对模块均工作于同一时钟，时钟特性为[tsl，tdl]，tsl为周期，tdl为相位偏移。
[0018]所述的第二发射机模块、第二接收机模块和第二收发时差比对模块均工作于同一时钟，时钟特性为[ts2，td2]，ts2为周期，td2为相位偏移。
[0019]tsl=ts2, tdl 固定为 10ns, td2 为 0ns、2.5ns、5ns、7.5ns、10ns、12.5ns、15ns、17.5ns 或 20nso
[0020]本发明还提供了一种星间时差测量方法，包括:
[0021]I) A星、B星各自在与自身时钟Ipps对齐的时刻向对方发送一帧数据，并设两星之间的星间时差为tl ；
[0022]2)根据A星和B星分别与对方之间的伪距，计算星间时差tl ；
[0023]
【权利要求】
1.一种星间时差测量系统，其特征在于，包括分别由master模块和slave模块组成的王端和从端； 所述的master模块包括由第一发射机模块、第一接收机模块、第一收发时差比对模块和主从时差比对模块； 所述的第一发射机模块用于生成PN波形，并发送到信道中进行传输，并将与发送PN序列对应的相位送给第一收发时差比对模块，作为主端的发射相位； 所述的第一接收机模块用于从信道中接受并恢复PN波形，并将恢复出的PN序列的相位发送给送给第一收发时差比对模块，作为主端的接收相位； 所述的第一收发时差比对模块用于计算主端的接受伪码和发射伪码之差； 所述的主从时差比对模块用于将主端的时差计算结果和由从端传来的从端的时差计算结果进行结算，得出最终的主从间的时差； 所述的slave模块包括第二发射机模块、第二接收机模块和第二收发时差比对模块。
2.如权利要求1所述的星间时差测量系统，其特征在于，所述的第一接收机模块和第二接收机模块为标准的伪码跟踪环。
3.如权利要求1所述的星间时差测量系统，其特征在于，所述的第一发射机模块和第二发射机模块均包括伪码生成模块和伪码相位输出模块。
4.如权利要求1所述的星间时差测量系统，其特征在于，所述的第一发射机模块、第一接收机模块、第一收发时差比对模块和主从时差比对模块均工作于同一时钟，时钟特性为[tsl, tdl], tsl为周期，tdl为相位偏移。
5.如权利要求4所述的星间时差测量系统，其特征在于，所述的第二发射机模块、第二接收机模块和第二收发时差比对模块均工作于同一时钟，时钟特性为[ts2，td2],ts2为周期，td2为相位偏移。
6.如权利要求5所述的星间时差测量系统，其特征在于，tsl=ts2,tdl固定为10ns，td2 为 0ns、2.5ns、5ns、7.5ns、10ns、12.5ns、15ns、17.5ns 或 20nso
7.一种星间时差测量方法，其特征在于，包括: 1)A星、B星各自在与自身时钟Ipps对齐的时刻向对方发送一帧数据，并设两星之间的星间时差为tl ； 2)根据A星和B星分别与对方之间的伪距，计算星间时差tl；
8.如权利要求7所述的星间时差测量方法，其特征在于，还包括对星间时差tl进行修正处理，处理过程如下:
【文档编号】G01S7/40GK104007425SQ201410153626
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】罗云琳, 张朝杰, 娄延年, 李建宇, 金仲和 申请人:浙江大学