利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法技术

本发明专利技术属于航天测控运控新体制方案保护领域，涉及利用空间通信链路实现高速数据传输、测距测速、时频传递的一种方案，具体涉及一种利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，其包括基于双向激光通信链路的距离、速度、钟差、频差测量过程。因此，采用本发明专利技术可利用双向通信链路一体化实现数据传输的同时，一体化完成高精度距离、速度、钟差、频差测量，为实现航天测控运控和航天应用系统信息传输、测定轨、时间统一提供支撑，具有广阔的应用前景。

A Method of Measuring the Frequency Difference of Range, Velocity and Clock Difference Using Bidirectional Communication Transmission Frame Synchronization Code

The invention belongs to the protection field of a new system scheme for space TT&C operation and control, and relates to a scheme for realizing high-speed data transmission, ranging, velocity measurement and time-frequency transmission by using space communication links, in particular to a method for measuring distance, speed, clock difference and frequency difference by using frame synchronization code transmitted by two-way communication, which includes the measurement process of distance, speed, clock difference and frequency difference based on two-way laser communication links. \u3002 Therefore, the two-way communication link can be used to realize data transmission, and at the same time, high-precision distance, speed, clock difference and frequency difference measurements can be accomplished in an integrated way, which provides support for the unification of information transmission, orbit determination and time in space TT&C operation and control and space application systems, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法
本专利技术属于航天测控运控新体制方案保护领域，涉及利用空间通信链路实现高速数据传输、测距测速、时频传递的方案，具体涉及一种利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，用以实现星地、星间链路数据传输、测距测速、时频传递一体化，并且可用于航天测控运控、空间信息获取网、空间时空基准网、空间信息传输网(天地一体化信息网)等航天应用系统。
技术介绍
信息传输、测定轨、时间统一是未来航天测控运控和应用系统的关键技术支撑。航天应用主要包括信息获取、信息传输、时空基准三大领域。信息获取应用领域主要包括各类对地遥感、测绘、侦查卫星，以及导弹预警、空间目标监视等态势感知卫星。对这类卫星，为了提高其测量精度，需要卫星系统自身能够具有较高的定轨精度和时间同步精度，同时，还要将其获取的海量信息通过空间信息传输系统的高速通信链路下传至地面用户。信息传输应用领域主要包括通信、中继卫星系统，未来还要构建天地一体化信息网络，以满足全球天、地基用户的信息传输需求。对这类卫星，为了提高其服务性能，除具备高速信息传输功能外，也要求卫星系统具备较高的定轨精度和时间同步精度。时空基准应用的导航卫星系统，首先需要保证很高的定轨精度和时频基准精度，同时也要建立星间、星地信息传输链路，以满足自主定轨和必要的数据通信需求。总之，星间、星地通信链路是未来航天测控运控和应用系统必备的基础设施，而高精度测定轨和时间统一是未来航天应用系统必备的功能。因此，急需一种技术实现方案，能够利用星间、星地通信链路，在实现信息传输的同时，一体化实现测距测速和钟差频差测量(时频传递)功能，为实现航天测控运控和航天应用系统信息传输、测定轨、时间统一提供实测数据。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种利用双向通信传输帧同步码测量距离、速度、钟差、频差的方法，可以利用星地、星间双向通信链路一体化实现数据传输、测距测速、时频传递功能，进而为航天测控运控和航天应用系统一体化实现信息传输、测定轨、时间统一提供一个有效的解决方案。本专利技术的利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法包括：利用适当的载波信号(微波、太赫兹或激光)建立空间通信链路；在基带信号传输帧格式设计中，采用一定方式设计“测量帧”识别标识，并按照测量频率要求将“测量帧”设置为固定周期分布；利用“测量帧”识别标识实时识别并精确测量其帧同步码(32bit帧头)末位下降沿出发及到达时刻的绝对时间；综合两端“测量帧”出发及到达时刻绝对时间测量值，即可计算双端之间的距离、距离变化率、钟差、频差。综上，本专利技术的方法利用双向通信信道，仅通过增加“测量帧”识别信息和帧同步码到达时间测量模块可利用双向通信链路在实现数据传输的基础上，增加距离、速度、钟差、频差测量功能，进而实现数据传输、测距测速及时频传递等多种功能一体化。可见，本专利技术的方法充分利用已有通信链路资源，仅作少量技术升级，方法简单易行，效益显著，其工作过程包括下述步骤：链路两端的激光终端采用适当的捕获跟踪策略，实现相互间的捕获与跟踪，成功建立星地/星间双向通信链路。两端基于国际空间数据系统咨询委员会(ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystem，以下简称为CCDS)高级在轨系统(AdvancedOrbitSystem，以下简称为AOS)协议，按照设定的数据格式双向双工传输信息，可采用采用虚拟信道访问业务标识、识别“测量帧”，或利用特殊设置的秒内帧计数标识识别整秒发送帧，并作为“测量帧”；在双向数据流传输过程中，两端均使用本地时间系统精确测量“测量帧”帧头出发时刻。两端将接收的光信号转换为模拟电信号，之后，对模拟电信号进行A/D转换，对得到的数字信号进行位同步、帧同步，恢复出通信数据。两端测量处理模块利用本地专门产生的“帧同步码序列”，使用数字延迟锁相环(DigitalDelayLockedLoop，DDLL)实现帧同步码精确跟踪：即通过归一化超前减滞后功率鉴相器比较接收信号采样同步码和本地同步码之间的相位差，根据本地帧同步码的时间信息精确得到接收信号帧同步码的到达时刻。根据两端“测量帧”出发、到达时刻测量值，依据光速不变原理，综合解算出两端之间的距离、距离变化率及其对应时间，以及两端的钟差、频差，进而实现测距测速、时频传递。因此，与现有技术相比，采用本专利技术可以实现以下的有益效果：1)多功能一体化，链路利用率高可利用同一条空间通信链路，实现数据传输、测距测速、时频传递等多种功能一体化，极大提高了通信链路的利用率。2)测量精度高利用接收模拟电信号的高速A/D信息进行时间测量，可充分利用接收信号的原始信息；采用基于归一化超前减滞后功率鉴相器的帧同步码环路跟踪算法，可在码元时间分辨率的基础上进行更精确的细分。基于以上2个因素，使得“测量帧”出发、到达时刻的测量精度更高，进而获得更高的测距精度和时频传递精度。3)简单易行，通用性强采用等周期插入“测量帧”，通过精测“测量帧”同步码达到时刻的方法实现测量通信一体化，方法简单易行，并可适用于各种传输帧格式，通用性强。4)信息利用率高本专利技术利用连续2对“测量帧”的出发与到达时刻测量值，即可利用相关公式得到两端之间的距离、距离变化率、钟差、频差，测量信息利用率高。5)适用于高速动态运动场景本专利技术在两端之间匀速运动、钟差随时线性变化前提条件下，通过解方程组得到在给定时刻两端的距离、距离变化率、钟差、频差，其测量结果考虑了目标的相对运动和钟差的线性变化，可精确反映空间、时间的动态变化场景。更进一步地，本专利技术的方法还可适用两端之间匀加速运动、频差随时线性变化的场景，以适应更为复杂的空间、时间的动态变化场景。附图说明图1是本专利技术的利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法的流程图；图2是本专利技术具体实施方式所涉及的测量原理的示意图；图3是本专利技术具体实施方式所涉及的滑动相关检测算法的流程图；图4示出了帧同步码相关运算结果；图5是本专利技术具体实施方式所涉及的两次捕获过程的流程图；图6是本专利技术具体实施方式所涉及的数字延迟锁相环的结构及工作原理的示意图；图7示出了三路积分清除结果。具体实施方式应了解，本专利技术的设计思路在于：利用双向通信信道，仅通过增加“测量帧”识别信息和帧同步码到达时间测量模块可利用双向通信链路在实现数据传输的基础上，增加距离、速度、钟差、频差测量功能，进而实现数据传输、测距测速及时频传递等多种功能一体化。本专利技术充分利用已有通信链路资源，仅作少量技术升级，方法简单易行，效益显著。下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术的利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法包括以下步骤：利用载波信号建立空间通信链路；在基带信号传输帧格式设计中，以预定方式设计测量帧的识别标识，并按照测量频率要求将所述测量帧设置为固定周期分布；利用所述测量帧的识别标识，实时识别并精确测量其帧同步码的末位下降沿出发及到达时刻的绝对时间；综合两端的所述测量帧的出发及到达时刻绝对时间测量值，可计算两端之间的距离、距离变化率、钟差、频差。距离、速度、钟差、频差计算方法激光链路两端通过精确测量本地“测量帧”同步码出发及对方“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，利用载波信号建立空间通信链路；步骤二，在基带信号传输帧格式设计中，以预定方式设计测量帧的识别标识，并按照测量频率要求将所述测量帧设置为固定周期分布；步骤三，利用所述测量帧的识别标识，实时识别并精确测量其帧同步码的末位下降沿出发及到达时刻的绝对时间；步骤四，综合两端的所述测量帧的出发及到达时刻绝对时间测量值，可计算两端之间的距离、距离变化率、钟差、频差。

【技术特征摘要】
1.一种利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，利用载波信号建立空间通信链路；步骤二，在基带信号传输帧格式设计中，以预定方式设计测量帧的识别标识，并按照测量频率要求将所述测量帧设置为固定周期分布；步骤三，利用所述测量帧的识别标识，实时识别并精确测量其帧同步码的末位下降沿出发及到达时刻的绝对时间；步骤四，综合两端的所述测量帧的出发及到达时刻绝对时间测量值，可计算两端之间的距离、距离变化率、钟差、频差。2.根据权利要求1所述的利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，其特征在于，所述载波信号至少包括微波、太赫兹或激光。3.根据权利要求1所述的利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，其特征在于，在所述步骤一中执行：两端的激光终端采用预定的捕获跟踪策略，进行相互间的捕获与跟踪，从而建立所述空间通信链路，所述空间通信链路为星地/星间双向通信链路。4.根据权利要求1所述的利用双向通信传输帧同步码测量距离速度钟差频差的方法，其特征在于，在所述步骤二中执行：两端基于CCSDSAOS协议，按照预设的数据格式进行双向双工的信息传输，并采用虚拟信道访问业务标识、识别出所述测量帧，或利用特殊设置的秒内帧计数标识、识别整秒发...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢强林，朱宏权，汪勃，王琦，张若禹，雷呈强，袁亚博，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京,11