数字卫星电视授时方法技术

一种数字卫星电视授时方法，由时间溯源方法、时间戳生成、卫星测定轨、授时电文编码与发播、用户接收端步骤组成。本发明专利技术利用现有数字电视系统实现授时，采用双向卫星时间频率传递方法将电视系统上行地面站时间同步至标准时间，通过标记电视信号中特殊标识位的收发时间，生成纳秒级时间戳，计算大环时延；采用一发多收的测轨模式，根据多个大环时延测量值，列出关于卫星坐标的方程组，计算得到卫星轨道参数；用户接收端通过接收含有时间戳和卫星轨道参数的电视信号，计算钟差，完成授时。本发明专利技术与现有的GNSS卫星导航授时系统相比，卫星电视信号具有信号强、抗干扰能力强等优点，避免了GNSS信号所面临的恶意干扰和攻击问题。

【技术实现步骤摘要】
数字卫星电视授时方法
本专利技术属于卫星授时
，具体涉及到利用数字卫星电视系统传递时间的方法。
技术介绍
电视系统是上世纪人类伟大的专利技术之一，是现代无线电广播系统之一，利用电视系统进行时间频率传递和比对的研究也由来已久。早在1986年来，我国通过中央电视台1、2、4台在卫星电视节目中实现了授时信号的发播。它是将电视信号逆程的第16行内以行同步前沿为基准，插入包括标准频率、秒脉冲、标准时码等信息，随电视信号经调制、上变频、功放后，由大口径定向天线向卫星发送。各地卫星下行接收站通过卫星电视信号用户接收机对中央电视台含时间码信息的电视信号进行解调，得到时间码和标准秒，作为各电视台播出系统的时间基准。上述利用电视信号进行授时的方法和系统是建立在模拟电视系统基础上的。随着数字广播标准的出台以及技术推广，模拟电视信号逐渐被数字卫星电视信号所取代，信号体制和主要传输途径发生了重大改变，原有模拟电视的授时方法已经不能继续使用，原有模拟电视信号中所搭载的授时信号也随之终止。在目前的电视传输标准和体制下，研究如何利用现有广播电视资源建设数字卫星电视授时系统具有重要意义。一方面，可以扩展我国的授时手段，丰富现有授时服务体系，满足社会不同行业对时间频率的需求；另一方面，与GNSS等卫星导航授时系统相比，卫星电视信号具有信号强，覆盖范围大等优点。而且作为一种民用授时服务手段，数字卫星电视授时信号在一定程度上可以避免GNSS信号所面临的恶意干扰和攻击问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种信号强、覆盖范围大的数字卫星电视授时方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是由下属步骤组成：(1)时间溯源方法以标准时间发播站为O、上行地面南京站为A。每天凌晨00:00为起始时间，采用双向卫星时间频率传递方法，每隔1分钟测量O与A之间的钟差一次，每天共测100次，每天O站与A站间的钟差公式：式中，t为距00:00时的分钟数，a为O站原子钟与A站原子钟的初始相位差，b为A站原子钟的频偏，c为A站原子钟的漂移率。(2)时间戳生成上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，生成纳秒级时间戳。(3)卫星测定轨1)地面接收站时间同步采用时间溯源方法步骤(1)分别确定地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F与上行地面南京站A的钟差公式：式中t为距00:00时的分钟数，ai为i站原子钟与A站原子钟的初始相位差，bi为i站原子钟的频偏，ci为i站原子钟的漂移率，i依次为B、C、D、E、F地面接收站。2)一发多收测轨模式测量卫星坐标①带有时间戳的电视信号产生与发播方法在上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，重复时间戳生成步骤(2)，生成纳秒级时间戳；将电视系统编码器的包标识符设为0x120，对时间溯源方法步骤(1)中的参数a,b,c，时间戳生成步骤(2)中的时间戳进行编码，并插入到电视上行系统，通过电视上行系统的复用、调制同节目信息一起上行至卫星转发器。2)卫星坐标的计算①地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F通过卫星天线接收来自卫星的下行信号，经解调、输出270兆比特每秒的异步串行码流信号，对信号完成同步过程和时间戳生成过程与上行地面南京站A发送过程完全相同；将传输流包中同步头的第七位到第八位的上升沿所对应的时刻记作tr，与对应的节目时钟参考值编码生成接收时刻的时间戳，存入先进先出的存储器3中。②电视系统中的解码器通过包标识符为0x120以识别传输流包，解调0x120对应的传输流包数据得到发送时刻生成的时间戳，将发送时刻的时间戳中的节目时钟参考值作为关键字在存储器3中寻找相同的节目时钟参考，进行数据处理。③将对应的时刻值相减，得到大环时延测量值：Δt′i＝tr-ts(5)由公式(4)计算得到tr时刻钟差ΔTAi(tr)修正，即可得到大环时延值。Δti＝Δt′i+ΔTAi(tr)(6)地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F将各自坐标和所测时延实时汇总至上行地面南京站A，通过求解方程组(7)即可得到卫星的坐标和上行时延。式中，ρi为c(Δti-τ′i)，λ为cτclk，为i为B、C、D、E、F,时延修正τ′i通过电离层和对流层数学模型得到，作为已知参数，i站坐标(Xi,Yi,Zi)已知，τclk为上行时延，c为光速。3)卫星定轨①将上行地面南京站A的时码信息的年、月、日、时、分、秒化为距2010年1月1日0时0分0秒的秒数t，将t、卫星坐标的计算步骤(2)中所求卫星坐标(X,Y,Z)、上行时延τclk和对应的时刻值ts存储至先进先出的存储器4中。②预处理如果ts>960000000，记该ts，(X,Y,Z)、τclk分别为ts1，(X1,Y1,Z1)、τclk1；下一组ts，(X,Y,Z)、τclk分别为ts2，(X2,Y2,Z2)、τclk2；计算③将(t,x,y,z,τclk)存入寄存器5中，寄存器5满时，将寄存器5中数据全部移至先进先出的存储器6中，清空寄存器5，其中数据依次标记为(ti,xi,yi,zi,τclki)，i＝1,2,...,3600。④求如下方程组：解出x0、vx、ax、dax、y0、vy、ay、day、z0、vz、az、daz、τ0、vτ、aτ、daτ，式中x0为卫星横坐标，vx为x0变化率，ax为vx的变化率，dax为ax的变化率；y0为卫星纵坐标，vy为y0变化率，ay为vy的变化率，day为ay的变化率；z0为卫星竖坐标，vz为z0变化率，az为vz的变化率，daz为az的变化率；τ0为上行时延初始值，vτ为τ0变化率，aτ为vτ的变化率，daτ为aτ的变化率。通过：可以预测未来一段时间内卫星的坐标(x,y,z)和上行时延τclk。⑤每隔5分钟，寄存器5数据满时，存储器6中部分数据更新，根据步骤③、④计算x0、vx、ax、dax、y0、vy、ay、day、z0、vz、az、daz、τ0、vτ、aτ、daτ。(4)授时电文编码与发播电视系统编码器的包标识符设为0x120，通过电视系统编码器对时间溯源系统步骤(1)中得到的参数a,b,c，时间戳生成步骤(2)中的时间戳，卫星测定轨步骤(3)测定轨所得数据x0、vx、ax、dax、y0、vy、ay、day、z0、vz、az、daz、τ0、vτ、aτ、daτ编码形成授时电文。插入到电视上行系统，通过电视上行系统的复用、调制同节目信息一起上行至卫星转发器。(5)用户接收端用户接收端通过卫星天线接收来自卫星转发器的下行信号，经解调、输出270兆比特每秒的异步串行码流信号。①信号同步与时间戳生成完成信号同步过程和时间戳生成过程与上行地面南京站A发送过程完全相同；将传输流包中同步头的第七位到第八位的上升沿所对应的本地时刻记作Tu，与对应的节目时钟参考值编码生成接收时刻的时间戳，存入先进先出的存储器7中。②解调数据用电视系统中的解码器通过包标识符为0x120以识别传输流包，解调该包标识符对应的传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字卫星电视授时方法，其特征在于它是由下述步骤组成：(1)时间溯源方法以标准时间发播站为O、上行地面南京站为A。每天凌晨00:00为起始时间，采用双向卫星时间频率传递方法，每隔1分钟测量O与A之间的钟差一次，每天共测100次，每天O站与A站间的钟差公式：ΔTAO(t)=a+bt+12ct2---(2)]]>式中，t为距00:00时的分钟数，a为O站原子钟与A站原子钟的初始相位差，b为A站原子钟的频偏，c为A站原子钟的漂移率；(2)时间戳生成上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，生成纳秒级时间戳；(3)卫星测定轨1)地面接收站时间同步采用时间溯源方法步骤(1)分别确定地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F与上行地面南京站A的钟差公式：ΔTAi(t)=ai+bit+12cit2---(4)]]>式中t为距00:00时的分钟数，ai为i站原子钟与A站原子钟的初始相位差，bi为i站原子钟的频偏，ci为i站原子钟的漂移率，i依次为B、C、D、E、F地面接收站；2)一发多收测轨模式测量卫星坐标①带有时间戳的电视信号产生与发播方法在上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，重复时间戳生成步骤(2)，生成纳秒级时间戳；将电视系统编码器的包标识符设为0x120，对时间溯源方法步骤(1)中的参数a,b,c，时间戳生成步骤(2)中的时间戳进行编码，并插入到电视上行系统，通过电视上行系统的复用、调制同节目信息一起上行至卫星转发器；2)卫星坐标的计算①地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F通过卫星天线接收来自卫星的下行信号，经解调、输出270兆比特每秒的异步串行码流信号，对信号完成同步过程和时间戳生成过程与上行地面南京站A发送过程完全相同；将传输流包中同步头的第七位到第八位的上升沿所对应的时刻记作tr，与对应的节目时钟参考值编码生成接收时刻的时间戳，存入先进先出的存储器3中；②电视系统中的解码器通过包标识符为0x120以识别传输流包，解调0x120对应的传输流包数据得到发送时刻生成的时间戳，将发送时刻的时间戳中的节目时钟参考值作为关键字在存储器3中寻找相同的节目时钟参考，进行数据处理；③将对应的时刻值相减，得到大环时延测量值：                                                 (5)Δt′i＝tr‑ts由公式(4)计算得到tr时刻钟差ΔTAi(tr)修正，即可得到大环时延值：Δti＝Δt′i+ΔTAi(tr)           (6)地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F将各自坐标和所测时延实时汇总至上行地面南京站A，通过求解方程组(7)即可得到卫星的坐标和上行时延；2(XB-XA)X+2(YB-YA)Y+2(ZB-ZA)Z-2(ρB-ρA)λ=LB2-LA2-(ρB2-ρA2)2(XC-XA)X+2(YC-YA)Y+2(ZC-ZA)Z-2(ρC-ρA)λ=LC2-LA2-(ρC2-ρA2)2(XD-XA)X+2(YD-YA)Y+2(ZD-ZA)Z-2(ρD-ρA)λ=LD2-LA2-(ρD2-ρA2)2(XE-XA)X+2(YE-YA)Y+2(ZE-ZA)Z-2(ρE-ρA)λ=LE2-LA2-(ρE2-ρA2)---(7)]]>式中，ρi为c(Δti‑τ′i)，λ为cτclk，为i为B、C、D、E、F,时延修正τ′i通过电离层和对流层数学模型得到，作为已知参数，i站坐标(Xi,Yi,Zi)已知，τclk为上行时延，c为光速；3)卫星定轨①将上行地面南京站A的时码信息的年、月、日、时、分、秒化为距2010年1月1日0时0分0秒的秒数t，将t、卫星坐标的计算步骤(2)中所求卫星坐标(X,Y,Z)、上行时延τclk和对应的时刻值ts存储至先进先出的存储器4中；②预处理如果ts>960000000，记该ts，(X,Y,Z)、τclk分别为ts1，(X1,Y1,Z1)、τclk1；下一组ts，(X,Y,Z)、τclk分别为ts2，(X2,Y2,Z2)、τclk2；计算x=ts2le9-ts1+ts2X1+le9-ts1le9-ts1+ts2X2]]>y=ts2le9-ts1+ts2Y1+le9-ts1le9-ts1+ts2Y2]]>z=ts2l...

【技术特征摘要】
1.一种数字卫星电视授时方法，其特征在于它是由下述步骤组成：(1)时间溯源方法以标准时间发播站为O、上行地面南京站为A，每天凌晨00:00为起始时间，采用双向卫星时间频率传递方法，每隔1分钟测量O与A之间的钟差一次，每天共测100次，每天O站与A站间的钟差公式：式中，t为距00:00时的分钟数，a为O站原子钟与A站原子钟的初始相位差，b为A站原子钟的频偏，c为A站原子钟的漂移率；(2)时间戳生成上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，生成纳秒级时间戳；(3)卫星测定轨1)地面接收站时间同步采用时间溯源方法步骤(1)分别确定地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F与上行地面南京站A的钟差公式：式中t为距00:00时的分钟数，ai为i站原子钟与A站原子钟的初始相位差，bi为i站原子钟的频偏，ci为i站原子钟的漂移率，i依次为B、C、D、E、F地面接收站；2)一发多收测轨模式测量卫星坐标①带有时间戳的电视信号产生与发播方法在上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，重复时间戳生成步骤(2)，生成纳秒级时间戳；将电视系统编码器的包标识符设为0x120，对时间溯源方法步骤(1)中的参数a,b,c，时间戳生成步骤(2)中的时间戳进行编码，并插入到电视上行系统，通过电视上行系统的复用、调制同节目信息一起上行至卫星转发器；3)卫星坐标的计算①地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F通过卫星天线接收来自卫星的下行信号，经解调、输出270兆比特每秒的异步串行码流信号，对信号完成同步过程和时间戳生成过程与上行地面南京站A发送过程完全相同；将传输流包中同步包头的第七位到第八位的上升沿所对应的时刻记作tr，与对应的节目时钟参考值编码生成接收时刻的时间戳，存入先进先出的存储器3中；②电视系统中的解码器通过包标识符为0x120以识别传输流包，解调0x120对应的传输流包数据得到发送时刻生成的时间戳，将发送时刻的时间戳中的节目时钟参考值作为关键字在存储器3中寻找相同的节目时钟参考，进行数据处理；③将对应的时刻值相减，得到大环时延测量值：(5)Δt′i＝tr-ts式中ts为N×5纳秒；由公式(4)计算得到tr时刻钟差ΔTAi(tr)修正，即可得到大环时延值：Δti＝Δt′i+ΔTAi(tr)(6)地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F将各自坐标和所测时延实时汇总至上行地面南京站A，通过求解方程组(7)即可得到卫星的坐标和上行时延；式中，ρi为c(Δti-τi′)，λ为cτclk，为i为,A、B、C、D、E时延修正τi′通过电离层和对流层数学模型得到，作为已知参数，i站坐标(Xi,Yi,Zi)已知，τclk为上行时延，c为光速；4)卫星定轨①将上行地面南京站A的时码信息的年、月、日、时、分、秒化为距2010年1月1日0时0分0秒的秒数t，将t、卫星坐标的计算步骤(2)中所求卫星坐标(X,Y,Z)、上行时延τclk和对应的时刻值ts存储至先进先出的存储器4中；②预处理如果ts>960000000，记该ts，(X,Y,Z)、τclk分别为ts1，(X1,Y1,Z1)、τclk1；下一组ts，(X,Y,Z)、τclk分别为ts2，(X2,Y2,Z2)、τclk2；计算③将(t,x,y,z,τclk)存入寄存器5中，寄存器5满时，将寄存器5中数据全部移至先进先出的存储器6中，清空寄存器5，其中数据依次标记为(ti,xi,yi,zi,τclki)，i＝1,2,...,3600；④求如下方程组：

【专利技术属性】
技术研发人员：华宇，向渝，许林生，董道鹏，武晓亮，王善和，刘晓龙，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61