[发明专利]一种基于空间站的高精度远距离时间比对方法

说明书

本发明提供了一种基于空间站的高精度远距离时间比对方法，主要包括轨道误差对消时刻和时间比对时刻的初始计算、单站钟差的预先建模、两地实时钟差的解算与数据交互、判决条件的计算与时间比对计算四大部分。本发明能让两个地面站的时间比对精度优于50皮秒，比对距离可达上千公里。该方法实现的比对精度和现有的最高精度的光纤时间比对技术相当，且是基于自由空间的时间比对方法，不要提前铺建物理链路，克服了光纤比对技术的应用缺陷。

技术领域

本发明涉及一种时间比对方法。

背景技术

高精度时间比对技术已经渗透到国家科技、经济、军事和社会生活的诸多方面，随着科学技术的发展，时间比对精度要求也越来越高。目前常用的高精度远距离时间比对方法主要包括导航卫星共视时间比对、基于通信卫星的双向时间比对和光纤时间比对。导航卫星共视时间比对和双向时间比对方法都可以实现远距离的时间比对，比对距离可达上千公里，精度却只能达到纳秒量级。纳秒级的时间比对精度并不能满足许多基础前沿研究的需要，例如精细结构常数测量、引力红移测量等基础物理实验，对时间比对精度提出了更高的要求。目前可实现的精度最高的时间比对技术是基于光纤链路的，能达到几十皮秒，但需要提前铺建光纤链路，存在较大的应用局限性，例如深空探测要求时间比对的精度在几十皮秒量级，然而光纤时间比对技术并不适用。且随着比对距离的增加，光纤比对链路的节点增多，时间比对性能也随之下降。

目前中国和欧洲都在建设空间站工程，轨道高度距离地面300至500公里，空间站配备高精度的原子钟，能产生比地面原子钟性能更优的时间频率信号，且空间站与地面之间规划建设有微波通信链路，通过微波链路可以实现地面原子钟与空间站原子钟的时间比对，应用传统方法即可实现百皮秒精度的时间比对。如果把空间站当作中间媒介，即可以实现两个地面站之间的远距离时间比对。但是空间站的轨道特性一方面影响地面站的可视时间，另一方面使得时间比对的精度在百皮秒量级。为了达到和光纤时间比对相当的精度，需要克服空间站轨道误差的影响，寻找新的时间比对方法。因此，如果能克服空间站轨道误差的影响，利用空间站进行两个地面站间的时间比对，一方面能达到和光纤比对相当的精度，另一方面也避免了搭建物理比对链路的应用局限性，具有更广泛的应用范围。此外，也能对光纤时间比对技术进行检核，互相验证。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于空间站的时间比对方法，能让两个地面站的时间比对精度优于50皮秒，比对距离可达上千公里。该方法实现的比对精度和现有的最高精度的时间比对技术——光纤时间比对技术相当，且是基于自由空间的时间比对方法，不要提前铺建物理链路，克服了光纤比对技术的应用缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)挑选待比对地面站中的任意两个，计算其轨道误差对消时刻的判决因子flag＝|cosα_SA-cosα_SB|+cosβ_SA-cosβ_SB|+|cosγ_SA-cosγ_SB|，其中，α_SA、β_SA、γ_SA分别为空间站在某一时刻与其中一个地面站之间的矢量与轨道径向、切向和法向之间的夹角，α_SB、β_SB、γ_SB分别为空间站在另一时刻与另一地面站之间的矢量与轨道径向、切向和法向之间的夹角，Thod为设定的判决门限；仿真计算出flag小于等于Thod时的两个时刻t1和t2即为两个地面站分别进行轨道误差对消的时刻；

2)确定后发生的轨道误差对消时刻t2作为两个地面站间的时间比对时刻；