[发明专利]卫星时钟的校准系统及其校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星时钟的校准系统，本发明还涉及该卫星时钟校准系统的校准方法。

背景技术

人造卫星上的时钟，有一个别名叫“定位钟”，也就是，当已知卫星精确轨道的条件下，根据卫星某一瞬间的时间标签，可以确定卫星从地球上采集的图像或数据的精确位置。地球人造卫星的飞行速度大约在每秒8公里左右，当时钟误差1毫秒时，定位精度为8米。由此可知，要提高遥感图像数据定位精度，就需要提高时钟的精度。

目前，卫星上用以提高时钟精度的方法主要通过使用价格昂贵的高精度高稳定度的时钟源，比如用铷钟、铯钟、氢钟代替晶振；这就需要在卫星上设计复杂的校时逻辑和软件，如集中校时、均匀校时、GPS校时等组合校时。集中校时、均匀校时方法需要较多的人工干预，卫星测控站需要经常进行星地时差检测并遥控注数对校时参数进行调整。GPS校时虽较前几种方法简单，但是高轨道卫星，静止轨道卫星无法获取GPS数据，因而不能使用GPS校时方法，且由于GPS由美国控制其星座调整等情况需对卫星GPS接收机进行相应设置，致使目前GPS接收系统仍不十分可靠。星上校时操作把星上时间校对接近UTC时间，这种方法导致了星上时间的不连续。致使星上与时间有关的设备对时间信息进行处理时都要进行复杂的判断，防止星上时间向前或向后跳变时出现设备工作时序混乱、指令遗漏执行、指令执行冲突等问题。给星上设备的设计增加了复杂度，降低了卫星的可靠性。

铷钟、铯钟、氢钟这些原子钟的精确度、稳定度固然比晶振提高3、4个数量级，但是其价格也非常昂贵，而且这些原子钟多为正弦波射频接口，较晶振的OC门脉冲信号接口复杂，而且原子钟对卫星的热控方面提出了较高的要求。况且，原子钟只提高了星载时钟的精确度，而没有设法减少卫星控制系统根据星上时钟进行载荷作业控制的误差，其卫星的整体作业控制精度仍无法保证。

上述这些提高时钟精度的方法，存在着比较明显的不足。本发明提出的一种全反馈地面拟合时钟的卫星时钟校准方法可以改变这些不足。这种方法是把遥控作业控制信息、作业执行信息分别进行地面时间、星上时间的标识，通过对遥感图像或数据进行地面套图标校，通过测控站测得的星地时差地数据，存入时钟误差拟合服务器。由服务器进行计算减去星地传输时延、地面接收设备系统时延等时延，对随机误差进行数学拟合，为计划的作业控制时机提供依据，从而提高了卫星作业精度。就好比，家里的时钟每天快了1秒，并不是每天都需要进行拨钟校正，而是在读出时钟数据后，在执行作业时推迟一些时间。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，有效的提供控制载荷工作的时间精度以及用于载荷目标定位的时间精度，而又不增加星上设计的复杂性，本发明的目的的第一方案，在于提供一种卫星时钟的校准系统，利用本发明，不但提高时钟校准的精度，而且降低了设计的复杂性和制造成本。

为了解决现有技术的不足，本发明目的的第二方案，还提供上述卫星时钟系统的校准方法，通过采集载荷数据中的时间信息进行大系统时间反馈闭环的时钟校准方法，从而达到精确校时的目的。

为了达到上述发明目的，本发明的第一方案，为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星时钟的校准系统，该系统包括：

卫星时钟源：与测控系统、载荷系统连接，提供稳定的时钟微秒计数；

卫星测控系统：接收遥控作业注数并根据时钟信息控制载荷系统工作；

卫星载荷系统：根据测控系统的控制信息进行工作，并把载荷系统采集的数据附加上时钟信息标签反馈下传至地面应用站；

地面测控站：生成遥控指令和时钟信息并上传至卫星的测控系统；

地面应用站：接收卫星下传的载荷工作数据，生成控制误差信息传送时钟误差拟合服务器；

时钟误差拟合服务器：比对指令控制时间、星上时钟、实际执行时间三者关系，拟合出时钟误差曲线，生成时钟信息发送地面测控站。

本发明的第二方案，为解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星时钟校准系统的校准方法，包括如下步骤：

(一)编制卫星程控作业表上注卫星；根据地面测控系统测量卫星轨道，计算卫星飞过标校靶时的星上时间；根据此时间编排卫星的程控作业；程控作业表中包括载荷控制指令、指令执行的时间、控制参数；通过地面测控站把程控作业表上注给卫星；

(二)执行程控作业；卫星测控系统接收到地面注数后，进行解码，在星上时间与指令开始时间一致时控制载荷系统工作；