静止轨道卫星星地时差测试及校时方法及系统

技术领域

本发明涉及静止轨道卫星技术领域，具体地，涉及一种静止轨道卫星星地时差测试及校时方法及系统。

背景技术

静止轨道气象卫星对星地时差精度要求控制在5ms内，其中星地传输时延测试是测试星地时差的最重要环节。传统星地时延测试方法包括两个阶段：地面测试、在轨测试；在地面测试阶段，地面测试软件通过估算星地距离、再加星地设备固定时延计算得到星地传输时延，再计算星地时差后进行卫星校时；在卫星定点后，地面测试软件由星地测距计算星地距离，再加星地设备固定时延计算星地传输时延，再计算星地时差后进行卫星校时。

专利文献CN107688290A公开了一种GNSS校时在高轨卫星上的应用方法，包括GNSS校时数据的计算方法，GNSS接收机通过自主导航算法获得实时GNSS时间，计算出星务时间与GNSS时间差值，作为GNSS校时数据；以及星务软件对校时数据的使用策略，GNSS校时数据发送给星务软件，星务软件使用校时数据，完成校时任务，同时保证整星时统安全。但该方法不适用于所有卫星，并未实现卫星地面测试与卫星在轨测试的简单、高效的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种静止轨道卫星星地时差测试及校时方法及系统。

根据本发明提供的一种静止轨道卫星星地时差测试及校时方法，包括：

步骤1：根据地面测试设备向卫星发送时延测试指令的遥控指令发送时间、卫星的转发时延和地面测试设备接收到的卫星发送的第一遥测数据的遥测数据接收时间，得到星地双向传输时延，转发时延表示卫星接收到时延测试指令的时延测试指令接收时间和卫星发送第一遥测数据的遥测数据发送时间之间的差值；

步骤2：根据星地双向传输时延、地面测试设备向卫星发送授时指令的授时指令发送时间和卫星接收到授时指令的授时指令接收时间，设置地面设备与卫星之间的时差为第一星地时差；

步骤3：根据卫星向地面测试设备发送第二遥测数据的第一发送时间和地面测试设备接收到第二遥测数据的第一接收时间，得到地面设备与卫星之间的第二星地时差；

步骤4：根据第一星地时差、第二星地时差和星地双向传输时延，对卫星进行校时。

优选地，步骤4，包括：

步骤401:根据第一星地时差、第二星地时差和星地双向传输时延，得到星地上行传输时延和星地下行传输时延；

步骤402：根据星地上行传输时延和星地下行传输时延，得到第三星地时差；

步骤403：将第三星地时差发送至卫星，进行校时。

优选地，第一遥测数据用于记录卫星接收到时延测试指令至发送第一遥测数据的转发时延。

优选地，步骤2，包括：

步骤201：根据星地双向传输时延，得到固定时延，授时指令包含固定时延；

步骤202：地面测试设备在授时指令发送时间向卫星发送授时指令；

步骤203：卫星的数管计算机在授时指令接收时间接收到授时指令，并将卫星的时间设置为授时指令时间；

步骤204：数管计算机计算授时指令接收时间与授时指令时间之间的时间差值；

步骤205：根据授时指令发送时间、授时指令接收时间和时间差值，得到第一星地时差。

优选地，第一星地时差等于第二星地时差。

根据本发明提供的一种静止轨道卫星星地时差测试及校时系统，包括：

模块M1：根据地面测试设备向卫星发送时延测试指令的遥控指令发送时间、卫星的转发时延和地面测试设备接收到的卫星发送的第一遥测数据的遥测数据接收时间，得到星地双向传输时延，转发时延表示卫星接收到时延测试指令的时延测试指令接收时间和卫星发送第一遥测数据的遥测数据发送时间之间的差值；

模块M2：根据星地双向传输时延、地面测试设备向卫星发送授时指令的授时指令发送时间和卫星接收到授时指令的授时指令接收时间，设置地面设备与卫星之间的时差为第一星地时差；

模块M3：根据卫星向地面测试设备发送第二遥测数据的第一发送时间和地面测试设备接收到第二遥测数据的第一接收时间，得到地面设备与卫星之间的第二星地时差；

模块M4：根据第一星地时差、第二星地时差和星地双向传输时延，对卫星进行校时。

优选地，模块M4，包括：

子模块M401:根据第一星地时差、第二星地时差和星地双向传输时延，得到星地上行传输时延和星地下行传输时延；

子模块M402：根据星地上行传输时延和星地下行传输时延，得到第三星地时差；

子模块M403：将第三星地时差发送至卫星，进行校时。

优选地，第一遥测数据用于记录卫星接收到时延测试指令至发送第一遥测数据的转发时延。

优选地，模块M2，包括：

子模块M201：根据星地双向传输时延，得到固定时延，授时指令包含固定时延；

子模块M202：地面测试设备在授时指令发送时间向卫星发送授时指令；

子模块M203：卫星的数管计算机在授时指令接收时间接收到授时指令，并将卫星的时间设置为授时指令时间；

子模块M204：数管计算机计算授时指令接收时间与授时指令时间之间的时间差值；

子模块M205：根据授时指令发送时间、授时指令接收时间和时间差值，得到第一星地时差。

优选地，第一星地时差等于第二星地时差。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够可作为卫星业务运行的常规操作，具有简单、快捷的使用特点，且无需再专门进行星地测距操作，完全适用于卫星地面测试与卫星在轨测试。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的遥控指令的示意图；

图3为本发明的遥测数据的示意图；

图4a为本发明的第一遥控指令的数据示意图；

图4b为本发明的第一要遥测数据的数据示意图；

图4c为本发明的第二遥控指令的数据示意图；

图4d为本发明的第二遥测数据的数据示意图；

图4e为本发明的第三遥控数据的数据示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明的流程示意图，如图1所示，本发明提供了一种静止轨道卫星星地时差测试及校时方法，包括：

步骤1：根据地面测试设备向卫星发送时延测试指令的遥控指令发送时间(T

优选地，第一遥测数据用于记录卫星接收到时延测试指令至发送第一遥测数据的转发时延。

具体地，由地面测试设备向卫星发送时延测试指令，时延测试指令数据包含在遥控指令中，地面测试设备记录遥控指令发送时间(T

图2为本发明的遥控指令的示意图，如图2所示，包括：遥控帧同步头、TC主导头、副导头、遥控数据和校验，其中，遥控帧同步头为4字节，32bit；TC主导头为6字节，48bit；副导头为2字节，16bit；遥控数据为8字节，64bit；校验为2字节，16bit；当遥控指令为延时测试指令时，副导头定义为“0xFF00”，应用数据填充8字节“0xAA”；当遥控指令为卫星的授时指令时，副导头定义为“0x00FF”，应用数据为“UTC时间2000年1月1日开始的1us计数值”；当遥控指令为卫星的校时指令时，副导头定义为“0x00F0”,应用数据为“星地时差增量的1us计数值”。

可以理解的是，卫星在接收时延测试指令后，卫星上的数管计算机将时延标志位置为二进制“11”；在发送第一遥测数据时，卫星上的数管计算机将时延测试指令接收时间(T

示例性的，星地双向传输时延(ΔT

图3为本发明的遥测数据的示意图，如图3所示，包括：遥测帧同步头、TM主导头、星时、时延标志、转发时延、遥测数据和校验。其中，遥测帧同步头为4字节，32bit；TM主导头为6字节，48bit；星时为8字节，64bit；时延标志为4字节，2bit；转发时延为4字节，30bit；遥测数据为1000字节；校验为2字节，16bit，其中，星时对应遥测帧同步头起始位置时间，星时为“UTC时间2000年1月1日开始的1us计数值”；数管计算机接收时延测试指令后，时延标志置为二进制“11”；转发时延为卫星接收时延测试指令时间与当前星时的差值，1us累计计数值；数管计算机接收授时指令后，时延标志置为二进制“00”。

一种可选的实施例，由地面向卫星发送时延测试指令，地面测试设备记录遥控指令发送时间(T

本发明中定义了一种星地传输的时延测试指令，用于完成星地双向传输时延的测量，进一步地，本发明还定义了一种星地传输时延测试使用的遥测数据，用于记录卫星接收时延测试指令至发送遥测的时延信息。

步骤2：根据星地双向传输时延(ΔT

具体地，地面测试设备向卫星发送授时指令，授时指令包含ΔT

地面测试设备于T

优选地，步骤2，包括：步骤201：根据星地双向传输时延(ΔT

本发明中可以将固定时延设置为星地双向传输时延(ΔT

具体地，地面测试设备在授时指令发送时间(T

步骤3：根据卫星向地面测试设备发送第二遥测数据的第一发送时间(T

在本发明中卫星数管计算机向地面发送含有星时的第二遥测数据，用于计算星地单向传输时延。

具体地，卫星在接收到授时指令后，卫星上的数管计算机更改时延标志位，并发送至地面测试设备；地面测试设备识别时延标志位更改，并记录遥测帧的第一接收时间，计算含单向传输时延的第二星地时差(ΔT

一种实施例中，卫星在接收授时指令后，卫星上的数管计算机将时延标志位置为二进制“10”，并于星时T

具体步骤为：数管计算机于星时T

步骤4：根据第一星地时差(ΔT

具体地，由地面测试设备计算星地上行传输时延τ

优选地，步骤4，包括：步骤401:根据第一星地时差(ΔT

优选地，第一星地时差(ΔT

下面提供一种具体地实施例对本发明进行说明。

图4a为本发明的第一遥控指令的数据示意图，如图4a所示，包括：遥控帧同步头、TC主导头、时延测试指令数据和校验；图4b为本发明的第一要遥测数据的数据示意图，如图4b所示，包括：遥测帧同步头、TM主导头、星时、时延标志、转发时延和遥测数据域，其中星时为T

图4c为本发明的第二遥控指令的数据示意图，如图4c所示，包括：遥控帧同步头、TC主导头、授时指令数据和校验，其中，授时指令数据为授时指令时间T

图4d为本发明的第二遥测数据的数据示意图，如图4d所示，包括：遥测帧同步头、TM主导头、星时、时延标志、转发时延和遥测数据域，其中，星时为T

图4e为本发明的第三遥控数据的数据示意图，如图4e所示，包括：遥控帧同步头、TC主导头、增量校时指令数据和校验，其中，增量校时指令数据为星地时差(τ

本发明提供了一种静止轨道卫星星地时差测试及校时系统，包括：

模块M1：根据地面测试设备向卫星发送时延测试指令的遥控指令发送时间(T

优选地，第一遥测数据用于记录卫星接收到时延测试指令至发送第一遥测数据的转发时延。

模块M2：根据星地双向传输时延(ΔT

优选地，模块M2，包括：子模块M201：根据星地双向传输时延(ΔT1)，得到固定时延(ΔT

模块M3：根据卫星向地面测试设备发送第二遥测数据的第一发送时间(T

模块M4：根据第一星地时差(ΔT

优选地，模块M4，包括：子模块M401:根据第一星地时差(ΔT

优选地，第一星地时差(ΔT

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够可作为卫星业务运行的常规操作，具有简单、快捷的使用特点，且无需再专门进行星地测距操作，完全适用于卫星地面测试与卫星在轨测试。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。