一种时间同步精度测试方法与流程

本发明涉及一种星座组网卫星的时间同步精度测试方法，适用于星座组网卫星的时间同步精度测试，属于航天器测试。

背景技术：

1、目前很多卫星系统是由多颗卫星组成星座来完成任务，例如北斗导航系统、铱星系统、某全球通信卫星系统、低轨互联网卫星系统等。星座系统空间段与地面段的时间统一、星座系统内卫星间的时间统一均是通过时间同步技术来完成，全网时间同步技术是卫星星座系统的核心技术之一。卫星系统通过地面授时、gnss(global navigationsatellite system)授时、星间链路授时等多手段实现系统的绝对时间同步和相对时间同步。其中，地面授时、gnss授时为绝对时间同步手段，星间链路为相对时间同步手段。

2、卫星的时频子系统具备为本星、星座提供连续、稳定、统一的时频基准信号的能力。时频子系统实现卫星时频基准信号的生成、保持、分发，并通过星间链路实现星座系统时间的同步与保持。系统时间同步采用主从式模式，在星间链路正常情况下，从星通过星间链路将时间同步到主星；系统时间的保持功能通过主星时频子系统实现，主星通过星地链路或gns s接收机，获得主星时间与地面时间或北斗时的偏差并进行时间调整，实现系统时间的保持。卫星的时间信息包括时标信息和1pps(one pulse per second)脉冲信号，时标信号提供周计数和周内秒。时间同步精度决定了整个星座的时间统一程度，时间同步精度是指时间同步精确度，即同步1pps与被同步1pps的相位差。

3、由于卫星原子钟存在漂移，卫星时频子系统产生的1pps也会存在漂移，并且随着时间的累计，误差不断增加，会影响时间同步精度测量的准确度。地面授时系统或者gnss接收机授时系统存在误差，地面测量设备也存在误差。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种适用于星座组网卫星的时间同步精度测试方法，卫星系统通过gnss授时实现绝对时间同步，本方法利用高采样率示波器或者时间间隔频率计数器进行时间同步精度测量。测试状态设置为星地同源，使用卫星原子钟产生的10mhz信号作为gnss信号模拟源的外参考，使用卫星原子钟产生的10mhz信号作为高采样率示波器或者时间间隔频率计数器的外参考。

2、为实现上述目的，本发明采用如下方案：

3、本发明提供一种时间同步精度测试方法，包括以下步骤：

4、s1：进行测试状态设置；

5、s2：卫星进行时间同步操作；

6、s3：进行时间同步后的同步精度测量；

7、s4：进行数据计算，得出时间同步精度的测试结果。

8、在一些实施例中，本发明还包括以下技术特征：

9、步骤s3中，使用高采样率示波器或者时间间隔频率计数器进行时间同步后的同步精度测量。

10、步骤s1具体为，在卫星断电的状态下进行测试状态设置，包括以下步骤：

11、s1-1：gnss信号模拟源通过射频电缆将gnss模拟信号接入卫星gn ss接收机；

12、s1-2：时间管理单元产生的1pps信号通过电缆接入高采样率示波器或者时间间隔频率计数器的端口1；

13、s1-3：gnss模拟源产生的1pps信号通过电缆接入高采样率示波器或者时间间隔频率计数器的端口2；

14、s1-4：将卫星原子钟产生的10mhz信号通过电缆接入gnss信号模拟源的外参考；

15、s1-5：将卫星原子钟产生的10mhz信号通过电缆接入高采样率示波器或者时间间隔频率计数器的外参考。

16、步骤s2具体为，卫星加电，卫星原子钟、时频子系统、gnss接收机等设备开机，待gnss接收机定位定轨以后，进行gnss接收机给时间管理单元授时操作。

17、步骤s3包括以下步骤：设置高采样率示波器为下降沿触发，触发电平为1v，读取高采样率示波器两个通道1pps秒沿的时间间隔为δt；将高采样率示波器更换时间间隔频率计数器，设置时间间隔频率计数器为下降沿触发，触发电平为1v，读取时间间隔频率计数器两个通道的时间间隔为δt1，由于使用同一套电缆，比较δt1与δt在2ns误差范围内，认为使用高采样率示波器和时间间隔频率计数器的测量结果一致。

18、步骤s4包括以下步骤：

19、假设gnss信号模拟源秒脉冲发出的时刻为t，则用高采样率示波器或者时间间隔频率计数器测量的时间间隔δt1或δt为：

20、δt(δt1)＝(t+t0)-(t+t1+t2+t3+t4+t5)

21、δt(δt1)＝t0-t1-t2-t3-t4-t5

22、时间管理单元的同步误差t4为：

23、t4＝t0-t1-t2-t3-t5-δt(δt1)

24、由于gnss接收机产生的时延t2和gnss接收机至时间管理单元的电缆时延t3为卫星星载设备产生的时延，实际在轨使用时，该时延是一直真实存在且不可剔除的，属于系统级误差，本测试方法不进行扣除，所以卫星通过gnss授时的时间同步精度为：

25、t4＝t0-t1-t5-δt(δt1)；

26、其中，gnss信号模拟源至高采样率示波器或者时间间隔频率计数器端口1的电缆时延为t0；gnss信号模拟源至卫星gnss接收机的电缆时延为t1；gnss接收机产生的时延为t2；gnss接收机至时间管理单元的电缆时延为t3；时间管理单元至高采样率示波器或者时间间隔频率计数器端口2的电缆时延为t5。

27、本发明的有益效果是：

28、本发明利用高采样率示波器或者时间间隔频率计数器对同步后的1pps进行测量，可以直观快速测量时间同步精确度，该测试方法通过统一频率源来消除星地两个系统间频率源的漂移问题，减小测量误差，从而准确测量时间同步精度。

技术特征：

1.一种时间同步精度测试方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，使用高采样率示波器或者时间间隔频率计数器进行时间同步后的同步精度测量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s1具体为，在卫星断电的状态下进行测试状态设置，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s2具体为，卫星加电，卫星原子钟、时频子系统、gnss接收机等设备开机，待gnss接收机定位定轨以后，进行gnss接收机给时间管理单元授时操作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤s3包括以下步骤：设置高采样率示波器为下降沿触发，触发电平为1v，读取高采样率示波器两个通道1pps秒沿的时间间隔为δt；将高采样率示波器更换时间间隔频率计数器，设置时间间隔频率计数器为下降沿触发，触发电平为1v，读取时间间隔频率计数器两个通道的时间间隔为δt1，由于使用同一套电缆，比较δt1与δt在2ns误差范围内，认为使用高采样率示波器和时间间隔频率计数器的测量结果一致。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s4包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种时间同步精度测试方法，包括以下步骤：S1：进行测试状态设置；S2：卫星进行时间同步操作；S3：进行时间同步后的同步精度测量；S4：进行数据计算，得出时间同步精度的测试结果。本方法利用高采样率示波器或者时间间隔频率计数器进行时间同步精度测量。测试状态设置为星地同源，使用卫星原子钟产生的10MHz信号作为GNSS信号模拟源的外参考，使用卫星原子钟产生的10MHz信号作为高采样率示波器或者时间间隔频率计数器的外参考。

技术研发人员：刘哲,孙华鑫,白力舸,申洋赫,侯国帅,闫旭
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16