[发明专利]用于同步卫星网络的方法、装置和系统

说明书

提供了一种用于同步同一网络的卫星上的振荡器，同时最小化相对论效应的方法和装置。所述方法包括：识别具有最小多普勒频移的参考信号；将恒温箱式振荡器的频率调整为最小偏移的参考信号，并对具有相似轨道路径的卫星序列的所有卫星重复该过程。随后，通过在所述卫星之间中继时钟同步协议，同一序列的所述卫星上的时钟可以设置为相同的时间。所述方法包括许多误差测量技术，支持随着时间的推移进一步补偿相对论效应并进行进一步校正。

相关申请案的交叉引用

本专利申请要求于2020年11月17日提交的、发明名称为“用于同步卫星网络的方法、装置和系统(METHOD,APPARATUS AND SYSTEM FOR SYNCHRONIZING ASATELLITENETWORK)”的美国专利申请序列号17/099,917的优先权，该专利申请通过引用并入本文，如同其全文复制一样。

技术领域

本发明大体上涉及卫星技术，具体涉及用于同步卫星星座(satelliteconstellation)以支持下一代网络(例如支持通用宽带接入)的方法、装置和系统。

背景技术

使用大规模低地球轨道卫星星座提供宽带和移动服务越来越受到关注。

虽然一段时间以来电信服务由卫星支持，但电信服务主要依靠使用在地球同步轨道(geosynchronous orbit，GEO)上的卫星，因为这些卫星简化了所需的地面跟踪系统。但是，由于GEO卫星位于约36,000km的固定轨道上，因此产生的往返信号延迟(round-tripsignal delay)较大，并且对于许多服务和数据协议而言，这种延迟会带来问题。低地球轨道(low Earth orbit，LEO)卫星和中地球轨道(medium Earth orbit，MEO)卫星可以显著降低服务延迟，并可以提供延迟与地面光纤网络(terrestrial fibre-optic network)上发生的延迟相当或更短的服务水平。

LEO卫星的轨道周期(orbit period)约为两个小时。因此，地面用户只能在很短的时间段内看到个体卫星(individual satellite)。由于LEO卫星靠近地球表面，因此产生的覆盖面积也小于高度更高的卫星的覆盖面积。因此，提供统一和连续的电信服务需要能够在多颗卫星上运营服务，包括通过卫星间链路传输流量。卫星星座可以视为数据网络，网络节点之间的链路例如使用自由空间光发送器和接收器(free-space optical transmitterand receiver)来实现。

与地面数据网络(terrestrial data network)一样，每个网络节点(即卫星)需要保持准确的时基(time-base)。时基可以对应于提供参考振荡波形(referenceoscillating waveform)(例如时钟过程(clock process))的电子电路，根据该参考振荡波形执行定时关键操作(timing-critical operation)，例如通信操作。需要每颗卫星的时基在频率、相位和周期计数(cycle count)上同步。频率和相位是指振荡波形的相应特性。周期计数是指卫星之间对自参考“零”时间以来发生的波形的重复周期数的约定(agreement)。

卫星或其它通用数据处理元件(例如计算机)中的时基依赖于内部振荡器。至少由于时钟漂移(clock drift)，时基通常需要从精确的时间源(precise time-source)定期更新，类似于个人计算机(personal computer，PC)依赖于使用网络时间协议(network timeprotocol，NTP)等从参考时钟定期更新。总体精度取决于系统因素。对于地面网络，可以通过使用专用的时间和频率分配网络，或通过使用全球定位系统(global positioningsystem，GPS)等其它时间源来提高精度。但是，在LEO网络中无法使用这类机制，卫星必须在相当长的时间内依赖于自由运行(free-running)的振荡器。更复杂的问题是，振荡器精度会受到相对论效应(relativistic effect)的影响。