一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法
2023-06-07 15:44:51 1
專利名稱：一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法
技術領域：
本發明涉及空間探測技術領域，尤其涉及一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法。
背景技術：
中國衛星工程從研製探空火箭起步，然後集中力量發展人造衛星，重點研製各類應用衛星；在「九五」計劃期間，我國研製和工程管理工作有了很大提高，共研製和發射了11顆不同類型的人造衛星和第一艘神舟號實驗飛船；此後，我國又發射了嫦娥系列衛星，令我國的航天事業前進了一大步；但實際中，星上數管時鐘與地面時鐘無法保持同步，因此需要對衛星進行校時；校時方法一般採用集中校時，集中校時是指在特定時刻對星上時進行調整，使之與當前時刻的地面時一致。具體操作方法是，首先測得星上時Ia與地面時之間的差值AIaiws=T地-T星，之後通過上行數據注入將星時調整Λ T星地時差，使得調整後的星時為T』星=T星+ AT星地 =! ，完成校時過程；在實際操作中，由於系統誤差的存在，導致ATsiws的數據不準確，進而達不到準確校時的目的；下面根據圖1對系統誤差進行分析:星上的數管計算機在生成下行遙測幀同步頭ΕΒ90(Η)第I比特前沿時，取得星上時間ts，將該時間編碼到當前的遙測幀中(即星上打時標)，並通過測控下行鏈路發送至地面；地面測控基帶設備在解調出遙測幀同步頭後，在同步頭第I比特前沿記錄當前的地面時間ti4(即地面打時標)，並將該時間隨解調出的遙測數據一起發往地面總控。總控解析出每幀遙測數據中的ts和t ft，計算Λ t=t地_ts，經過數據處理後得到星地時差AIaiws，最後通過測控上行上注星上。測量值At由以下幾部分組成:星地時差ΔΤ__、星上設備時延ATs、地面設備時延Λ Tift、測控下行鏈路傳輸時延Λ Tftf5，即Δ t= Δ T星地時差+ Δ T星+ Δ T地+ Δ T傳輸Λ !"星由星上數管組幀、信道編碼、PSK調製等過程引起。Λ T地由地面接收設備中的基帶設備PSK解調和信道解碼等過程引起。△!'_5在總裝電測階段由連接衛星和地面的測控下行長電纜引起，可以通過電纜長度進行計算，也可以利用地面設備進行準確測量，衛星上天以後可以通過距離與光速計算得出。以上因素均為測量星地時差時的系統誤差，總控將原始測量結果At扣除上述系統誤差後，便可得到準確的星地時差。在上述系統誤差中，ATftf5可以通過理論計算或直接測量。八^和ATtt單獨測量有困難，一般在數管和綜合測試聯試時測量，得到二者之和Λ Tsiws = Λ Ts + Λ Tift,統稱為星地時延。可以看出，星地時延是衛星集中校時的重要參數，直接影響了集中校時的準確性；因此本發明提供一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法；
發明內容
本發明提供了一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法，利用脈衝時間記錄設備進行地面實驗得到星地時延ATswm，再計算出精確的星地時差，根據測量得到的星地時差進行衛星校時，使星上數管時鐘與地面時鐘保持同步。本發明的目的是通過下述技術方案實現的:步驟一:星上的數管計算機在生成下行遙測幀同步頭EB90 (H)第I比特前沿時，取得當時的星上時間ts，將該時間編碼到當前的遙測幀中；步驟二:將步驟一中含有時間編碼的遙測幀進行副載波調製轉換成PSK信號；步驟三:將步驟二得到的PSK信號通過視頻有線遙測通道發送給測控基帶設備；步驟四:測控基帶設備對接收到的PSK信號進行副載波解調，解調出遙測幀同步頭後，在遙測幀同步頭第I比特前沿記錄當前的地面時間ti4,並將該地面時間隨解調出的遙測數據一起發往總控計算機；步驟五:總控計算機首先解析出每幀遙測數據中當時的星上時間ts和當前的地面時間t地，得到星上時間和地面時間的差值At，At=t地_t星；然後根據公式ΛΤ星地時差= At-AT星地時延_ Δ T傳輸計算出星地時差Δ T星地時差；其中Λ !^^通過理論計算或直接測量得知；Λ Ts_ 通過地面實驗得出，所採用的星上設備、地面設備均為真實設備，星上設備與地面設備通過電纜相連，實驗中所用的電纜長度均在3米以內，由電纜時延引起的測量誤差在納秒量級，忽略不計；地面實驗包括步驟一至步驟四，增加的步驟是:I)在步驟一中星上數管計算機生成遙測幀第I比特前沿時刻，產生一個數管幀同步脈衝，該同步脈衝的前沿與遙測幀第I比特前沿對齊。該脈衝信號輸出給脈衝時間記錄設備，由脈衝時間記錄設備記錄接收到 數管幀同步脈衝的時間tl ；2)在步驟四中記錄測控基帶設備解調出遙測幀同步頭的時間t2 ；3)經計算得到星地時延ΔΤ星地時延=t2_tl ;將Δ T星地時延發送給總控計算機；步驟六:將星地時差Λ Tsi4ws通過測控上行鏈路發送給星上，供星上時鐘調整星上時間。脈衝時間記錄設備和測控基帶設備通過GPS信號進行時間統一。本發明的有益效果:I)該測量方法克服了系統誤差，進而準確得到星地時差，然後根據測量得到的星地時差進行衛星校時，使星上數管時鐘與地面時鐘保持同步。2)該測量方法進行星地時延測量的誤差主要來自於星上數管遙測幀第I比特前沿與數管幀同步脈衝前沿之間的時間差、地面測控基帶設備的時標記錄誤差、脈衝時間記錄設備的時標記錄誤差，以及地面實驗中使用的電纜傳輸時延。綜合以上因素，使用該測量方法得到的星地時延誤差在Ims以下。3)測試結果可以在脈衝時間記錄設備中自動計算並實時顯示，可以不間斷地對每幀遙測的星地時延進行測量、存儲、查詢和統計，有利於分析星地時延的穩定性和變化趨勢。
圖1為現有技術測量示意圖；圖2為本發明示意圖3為星地時延測量原理示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細描述。本發明提供了一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法，根據該測量方法能夠克服系統誤差，進而準確得到星地時差，然後根據測量得到的星地時差進行衛星校時，使星上數管時鐘與地面時鐘保持同步。本發明的具體步驟為:步驟一:星上的數管計算機在生成下行遙測幀同步頭EB90 (H)第I比特前沿時，取得當時的星上時間ts，將該時間編碼到當前的遙測幀中；步驟二:將步驟一中含有時間編碼的遙測幀進行副載波調製轉換成PSK信號；步驟三:將步驟二得到的PSK信號通過視頻有線遙測通道發送給測控基帶設備；步驟四:測控基帶設備對接收到的PSK信號進行副載波解調，解調出遙測幀同步頭後，在遙測幀同步頭第I比特前沿記錄當前的地面時間ti4,並將該地面時間隨解調出的遙測數據一起發往總控計算機；步驟五:總控計算機首先解析出每幀遙測數據中當時的星上時間ts和當前的地面時間t地，得到星上時間和地面時間的差值At，At=t地_t星；然後根據公式ΛΤ星地時差= At-AT星地時延_ Δ T傳輸計算出星地時差Δ T星地時差；
其中Λ !^^通過理論計算或直接測量得知；Λ Ts_ 通過地面實驗得出，所採用的星上設備、地面設備均為真實設備，星上設備與地面設備通過電纜相連，實驗中所用的電纜長度均在3米以內，由電纜時延引起的測量誤差在納秒量級，忽略不計；地面實驗包括步驟一至步驟四，增加的步驟是:I)在步驟一中星上數管計算機生成遙測幀第I比特前沿時刻，產生一個數管幀同步脈衝，該同步脈衝的前沿與遙測幀第I比特前沿對齊。該脈衝信號輸出給脈衝時間記錄設備，由脈衝時間記錄設備記錄接收到數管幀同步脈衝的時間tl ；2)在步驟四中記錄測控基帶設備解調出遙測幀同步頭的時間t2 ；3)經計算得到星地時延ATSJftWS=t2-tl ;將ATsjftws發送給總控計算機；步驟六:將星地時差Λ Tsi4ws通過測控上行鏈路發送給星上，供星上時鐘調整星上時間。脈衝時間記錄設備和測控基帶設備通過GPS信號進行時間統一。如圖2和圖3，使用脈衝時間記錄設備進行星地時延測量。該設備的功能是能夠記錄接收到數管幀同步脈衝的時間。該設備能夠接收GPS衛星信號，測控基帶設備(CORTEX)通過GPS時統源與脈衝時間記錄設備進行時間統一。當數管計算機產生下行遙測信號時，脈衝時間記錄設備記錄幀同步脈衝產生的時間tl，同時CORTEX對下行遙測信號進行解調並記錄解調出巾貞同步頭的時間t2。通過比較tl和t2,可以計算得到星地時延ATsjftwjg=t2_tl。該實驗實際測量結果如下:
權利要求
1.一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法，其特徵在於， 步驟一:星上的數管計算機在生成下行遙測幀同步頭EB90 (H)第I比特前沿時，取得當時的星上時間ts，將該時間編碼到當前的遙測幀中； 步驟二:將步驟一中含有時間編碼的遙測幀進行副載波調製轉換成PSK信號； 步驟三:將步驟二得到的PSK信號通過視頻有線遙測通道發送給測控基帶設備；步驟四:測控基帶設備對接收到的PSK信號進行副載波解調，解調出遙測幀同步頭後，在遙測幀同步頭第I比特前沿記錄當前的地面時間ti4,並將該地面時間隨解調出的遙測數據一起發往總控計算機； 步驟五:總控計算機首先解析出每幀遙測數據中當時的星上時間ts和當前的地面時間Δ T傳，得到星上時間和地面時間的差值At，At=ttt-ta ;然後根據公式ATsws = At-AT星地時延_ Δ T傳輸計算出星地時差Δ T星地時差； 其中通過理論計算或直接測量得知；AIaw 通過地面實驗得出，所採用的星上設備、地面設備均為真實設 備，星上設備與地面設備通過電纜相連，實驗中所用的電纜長度均在3米以內，由電纜時延引起的測量誤差在納秒量級，忽略不計；地面實驗包括步驟一至步驟四，增加的步驟是: 1)在步驟一中星上數管計算機生成遙測幀第I比特前沿時刻，產生一個數管幀同步脈衝，該同步脈衝的前沿與遙測幀第I比特前沿對齊。該脈衝信號輸出給脈衝時間記錄設備，由脈衝時間記錄設備記錄接收到數管幀同步脈衝的時間tl ； 2)在步驟四中記錄測控基帶設備解調出遙測幀同步頭的時間t2； 3)經計算得到星地時延AT星地時延=t2_tl;將AT星地時延發送給總控計算機； 步驟六:將星地時差Λ Tsi4ws通過測控上行鏈路發送給星上，供星上時鐘調整星上時間。
2.如權利要求1所述的一種星地校時方法，其特徵在於，脈衝時間記錄設備和測控基帶設備通過GPS信號進行時間統一。
全文摘要
本發明提供了一種利用脈衝時間記錄設備進行星地校時的方法，利用脈衝時間記錄設備進行地面實驗得到星地時延ΔT星地時延，再計算出精確的星地時差，根據測量得到的星地時差進行衛星校時，使星上數管時鐘與地面時鐘保持同步。
文檔編號H04L27/26GK103235501SQ20131012637
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月12日 優先權日2013年4月12日
發明者權爽, 賀勳, 伍斌 申請人:北京空間飛行器總體設計部