[发明专利]一种多星星间秒脉冲和时钟同步的实现方法

说明书

本发明公开了一种多星星间秒脉冲和时钟同步的实现方法，用于为卫星编队的分布式探测提供同步秒脉冲和同步时钟，卫星间采用主从式的组网方式，包括一颗主星和多颗子星，基于部署在每颗卫星中的恒温晶振和DAC实现；该方法包括：基于双向单程伪距原理，子星测量计算得到主星和每个子星的时间差；每个子星通过DAC对本子星的恒温晶振进行调频和调相，使得本子星的恒温晶振均与主星的恒温晶振同频同向；基于主星和每个子星的时间差，每个子星进行初始相位生成，使得本子星的秒脉冲与主星的秒脉冲对齐；根据星间通信工作频率与恒温晶振频率的相位关系，主星和每个子星均对秒脉冲进行相位补偿，使得每个子星的秒脉冲均与主星的时钟同步对齐，且相位固定。

技术领域

本发明涉及航空、航天通信和测量技术领域，特别涉及一种多星星间秒脉冲和时钟同步的实现方法。

背景技术

卫星编队飞行进行分布式探测是近年来兴起并受到国内外航天界普遍关注的一个新的研究领域，而多星星间秒脉冲和时钟同步是实现分布式探测功能的重要基础，是其中一项关键技术和研究热点。

主动无线电测量技术主要是由测量设备主动发射、接收射频信号，根据无线电信号的单向或双向时延特性进行测量。主动式星间无线电测量主要适用于几公里范围到百公里范围内的基线测量。星间链路采用DOWR(Dual One Way Ranging,双向单程伪距测量)体制进行双向测距，经过解算可以同时得到两星的距离和时间差。

DOWR测距系统的原理，如图1所示：进行时间比对的两个卫星同一个定时时刻，相互发送时间标志，为了清晰地表达原理，该时间标志用脉冲表示。卫星1的发送定时信号，该定时信号带着发送时刻的时间戳，从该定时信号发送时刻开始，直到卫星2接收来自卫星1的定时信号结束，测量的时间间隔为T₁，因为卫星2并不知道两颗星的时间差，所以该时间间隔为伪时间间隔，或称为伪距，该伪距包含两星间的时间差Δt。同理，反向时间间隔为T₂。t_t1，t_r1，t_t2，t_r2分别对应两个卫星的发射接收设备时延，天线之间的信号传播时延为τ，可以得到下述测量公式：

T₁＝t_t1+τ+t_r2+Δt (1)

T₂＝t_t2+τ+t_r1-Δt (2)

对两个测量公式进行分离，可以解方程得到两星之间的钟差和距离：

在DOWR系统中，式(1)(2)称为测量方程，式(3)(4)称为分离方程。

上述方程中四个发射接收设备时延未知数，t_t1，t_r1，t_t2，t_r2可以通过地面标定的方法标定出来，这样就可以得到最终解算得到两星之间的时差和距离。

目前国内外均有基于双向单程伪距的测距设计，存在多星星间秒脉冲和时钟同步相位不固定的问题。

发明内容

现有技术中多星星间秒脉冲和时钟同步相位不固定的问题，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种多星星间秒脉冲和时钟同步的实现方法。

为了实现上述目的，本发明提出了一种多星星间秒脉冲和时钟同步的实现方法，用于为卫星编队的分布式探测提供同步秒脉冲和同步时钟，卫星之间采用主从式的组网方式，包括一颗主星和多颗子星，基于部署在每颗卫星中的恒温晶振和DA转换芯片实现；所述方法包括：

基于双向单程伪距原理，子星测量计算得到主星和每个子星的时间差；