星载原子钟调频调相方法与流程

本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及星载原子钟调频调相方法。

背景技术：

在卫星导航系统中，要求星载原子钟时间和地面时间基准时间偏差必须控制在一定范围内。在全球卫星导航系统中，星载原子钟调整要求如下：星地时间偏差绝对值不大于1ms。但是由于星载原子钟存在频率漂移，需要定期调整。

通常是根据星地时间偏差测量值，按照经验估计对星载原子钟进行调整，存在调整频次多，精度低，人为因素大等问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题，提出了星载原子钟调频调相方法，提高校准星载原子钟的时间准确度，保障星载原子钟时间和地面时间基准时间之间的长期时间同步。

本发明星载原子钟调频调相方法，包括以下步骤：

步骤一、测量星地时间偏差ti-ts，ti为星载原子钟时间，ts为地面时间基准；

步骤二、建立星载原子钟的运行模型

其中和分别是在t0时刻的时间偏差、频率偏差和频率漂移率，t为当前时刻，t0为初始时刻，为合成噪声；

步骤三、计算调整调频调相参数

一次频率调整量满足下面公式：

δa1＝sign(-a1)×(floor(|a1|/10^-12)×10^-12+δf)

其中，δa1是频率调整量，sign()是取符号函数，floor()是向下取整函数，a1为预报的零时星载原子钟相对系统时间的频率偏差，δf为星载原子钟频率与地面时间基准频率的偏差；

步骤四、上注调整调频调相参数。

进一步，所述步骤一通过星地双向无线电方法测量星地时间偏差ti-ts。

进一步，所述步骤四通过地面站上行链路注入给卫星。

有益效果：

本发明根据星地时间偏差，建立包含星载原子钟相对于地面时间基准的钟速和频率漂移率等特征的模型，通过调频调相调整策略，对星载原子钟进行频率调整，提高星地时间同步的精度和长期性。

附图说明

图1本发明的流程图

图2星载原子钟时刻偏差示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明星载原子钟调频调相方法，包括以下步骤：

步骤一、测量星地时间偏差

通过星地双向无线电方法测量星地时间偏差ti-ts，ti为星载原子钟时间，ts为地面时间基准，星地时间偏差测量为现有技术。

步骤二、建立星载原子钟的运行模型

星载原子钟时间与地面时间基准的物理偏差的累积主要与星载原子钟相对于地面时间基准的钟速(或相对频率偏差)、星载原子钟相对于地面时间基准的频率漂移率(或相对钟加速度)有关，分析模型采用二次时间模型，如下所示：

其中和分别是在t0时刻的时间偏差、频率偏差和频率漂移率，t为当前时刻，t0为初始时刻，为合成噪声，钟差中不可模型化的部分，它主要是星载原子钟频率稳定度和地面时间基准的频率稳定度有关。

该模型准确反应了星载原子钟的运行规律。

步骤三、计算调整调频调相参数

当星载原子钟频率准确度接近临界值时，对星载原子钟进行一次频率调整，使其相对频偏反向且接近临界值，这样能保证下次星载原子钟调整的间隔较长。一次频率调整量满足下面公式：

δa1＝sign(-a1)×(floor(|a1|/10^-12)×10^-12+δf)

其中，δa1是频率调整量，sign()是取符号函数，floor()是向下取整函数，a1为预报的零时星载原子钟相对系统时间的频率偏差，δf为星载原子钟频率与地面时间基准频率的偏差。

在实际工程中，我们考虑相对频偏的绝对值要有一定冗余，此处假定留有一定余量，通常选10％。

步骤四、上注调整调频调相参数

通过地面站上行链路注入给卫星，对星载原子钟进行调频调相。

通过理论分析和仿真实验，在星载原子钟运行正常情况下，一次调整后，可保障400天内星地时间偏差保持在要求范围内。如图2可以看出，400天内星地时间偏差均在1ms范围内。相比现有调整间隔20～30天，提高一个量级。

上述具体实施方式仅限于用于解释和说明本发明的技术方案，但并不构成对权利要求的保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明技术方案的基础上做任何简单的变形或替换得到的新的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.星载原子钟调频调相方法，包括以下步骤：

步骤一、测量星地时间偏差ti-ts，ti为星载原子钟时间，ts为地面时间基准；

步骤二、建立星载原子钟的运行模型

其中和分别是在t0时刻的时间偏差、频率偏差和频率漂移率，t为当前时刻，t0为初始时刻，为合成噪声；

步骤三、计算调整调频调相参数

一次频率调整量满足下面公式：

δa1＝sign(-a1)×(floor(|a1|/10^-12)×10^-12+δf)

其中，δa1是频率调整量，sign()是取符号函数，floor()是向下取整函数，a1为预报的零时星载原子钟相对系统时间的频率偏差，δf为星载原子钟频率与地面时间基准频率的偏差；

步骤四、上注调整调频调相参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤一通过星地双向无线电方法测量星地时间偏差ti-ts。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤四通过地面站上行链路注入给卫星。

技术总结
本发明提出了星载原子钟调频调相方法，包括以下步骤：步骤一、测量星地时间偏差Ti‑Ts；步骤二、建立星载原子钟的运行模型；步骤三、计算调整调频调相参数；步骤四、上注调整调频调相参数。本发明提高校准星载原子钟的时间准确度，保障星载原子钟时间和地面时间基准时间之间的长期时间同步。

技术研发人员：蔡志武;张达;肖胜红;焦诚;蔺玉亭;付桂涛;张宁;喻金;闫芳君;赵润;王国泰;张琳;李龄;陈霄;郭莉莉;高杨;杨睿峰;董晶晶
受保护的技术使用者：北京卫星导航中心
技术研发日：2019.11.18
技术公布日：2020.05.08