导航卫星时频自主恢复系统技术方案

本发明专利技术提供了一种导航卫星时频自主恢复系统，包括：星间链路载荷本地时频系统，被配置为根据星载时频系统产生星间链路载荷工作所需的各类时间频率信号，并实时监测星载时频系统钟面时绝对相位；星载时频系统，被配置为基于星载原子钟相干生成高精度星间链路载荷本地时频参考信号；星间链路载荷时频诊断模块，被配置为通过星间链路观测量对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；当星间链路载荷本地时频系统不完好时，对星间链路载荷本地时频系统进行恢复；基于星间链路载荷本地时频系统对星载时频系统的完好性进行判决；以及当星载时频系统不完好时，对星载时频系统进行故障恢复。

【技术实现步骤摘要】
导航卫星时频自主恢复系统
本专利技术涉及导航卫星
，特别涉及一种基于星间链路的导航卫星时频自主恢复系统。
技术介绍
卫星是一个对星载时频系统高度依赖和敏感的系统，尤其是导航卫星。卫星的星间链路与星载时频系统的时间和频率相干，基于星间链路双向观测量可实现自主或星间、星地联合对卫星轨道和钟差的精密测定。卫星要求高可靠性和连续性，卫星在轨运行中，星载时频系统和星间链路载荷本地时频系统易受单粒子翻转的影响，时频系统相位的跳变导致导航信号的不完好及星间链路观测量的不可用，通过地面运控系统对星载时频系统进行实时监测和恢复存在占用资源较多，响应时间长和境外卫星实施难等诸多难以克服的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种导航卫星时频自主恢复系统，以解决现有的导航信号的不完好及星间链路观测量的不可用的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种导航卫星时频自主恢复系统，包括：星间链路载荷本地时频系统，被配置为实时监测星载时频系统钟面时绝对相位；星载时频系统，被配置为基于星载原子钟相干生成高精度星间链路载荷本地时频参考信号；星间链路载荷时频诊断模块，被配置为通过星间链路观测量对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；当星间链路载荷本地时频系统不完好时，对星间链路载荷本地时频系统进行恢复；基于星间链路载荷本地时频系统对星载时频系统的完好性进行判决；以及当星载时频系统不完好时，对星载时频系统进行故障恢复。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，当所述星间链路载荷时频诊断模块判断出星间链路载荷本地时频系统不完好时，根据星载时频系统对星间链路载荷本地时频系统进行恢复；当所述星间链路载荷时频诊断模块判断出星载时频系统不完好时，根据星间链路载荷本地时频系统对星载时频系统进行恢复。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，所述星间链路载荷时频诊断模块通过对多条星间链路双向观测量进行解算，以对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；当星间链路载荷本地时频系统不完好时，将星间链路载荷本地时频与到星载时频系统进行同步，以对星间链路载荷本地时频系统进行恢复。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，所述星间链路载荷时频诊断模块通过星间链路载荷本地时频系统的时钟对星载时频系统PPS进行采样和完好性判决，判断星载时频系统的PPS是否存在相位跳变；当星载时频系统不完好时，星载时频系统根据星间链路载荷本地时频恢复PPS。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，星载时频系统包括星载原子钟及时频处理单机，其中：时频处理单机，被配置为产生频率参考信号、时钟信号及时间同步信号；星载原子钟，被配置为生成星上各单机10MHz频率基准信号；星载时频系统根据星载原子钟10M的频率参考信号相干产生第一秒脉冲信号；星载时频系统输出第一秒脉冲信号和频率参考信号到星间链路载荷本地时频系统；星间链路载荷时频诊断模块向星载时频系统输出第二控制信号；星间链路载荷本地时频系统向星载时频系统输出第三秒脉冲信号；星载时频系统根据第二控制信号和第三秒脉冲信号对星载时频系统的本地时间进行调整。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，星间链路载荷本地时频系统根据频率参考信号和第一秒脉冲信号维持星间链路载荷本地时频；星间链路载荷本地时频系统根据星间链路载荷本地时频生成工作时钟和第二秒脉冲信号，并将工作时钟和第二秒脉冲信号发送至星间链路载荷信号收发模块；所述工作时钟由10M的频率参考信号倍频后产生；星间链路载荷本地时频系统的工作时钟对第一秒脉冲信号进行周期采样，并将第一秒脉冲信号和第二秒脉冲信号进行鉴相，将第一秒脉冲信号和第二秒脉冲信号的相位差作为第二观测量发送至星间链路载荷时频诊断模块。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，星间链路载荷本地时频在与第一秒脉冲信号完成初始同步后，利用10M的频率参考信号维持本地时频的第二秒脉冲信号，第一秒脉冲信号和第二秒脉冲信号的相位差包含传输延时和鉴相误差，ΔT(t)＝L±δ(t)；星间链路载荷时频诊断模块根据第二观测量产生第二控制信号，具体包括：对第二观测量中的相位差进行判决，当相位差表明星载时频系统发生相位跳变时，通过第二控制信号发送星载时频系统时间同步指令，星载时频系统接收第二控制信号和第三秒脉冲信号，将星载时频系统的第一秒脉冲信号与第三秒脉冲信号同步，完成星载时频系统的恢复。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，星间链路载荷信号收发模块以工作时钟和第二秒脉冲信号为参考信号，同星座其余卫星建立星间观测链路，并获取多条星间链路双向观测量作为第一观测量；星间链路载荷信号收发模块将第一观测量发送到星间链路载荷时频诊断模块用于对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；星间链路载荷时频诊断模块根据第一观测量产生第一控制信号，具体包括：对第一观测量中的N条观测链路接收和发射的双向观测量进行解算，得到N组相对钟差值；对N组相对钟差值进行表决，当所有的相对钟差值跳变超过阈值，判决本星星间链路载荷本地时频发生故障，通过第一控制信号发送星间链路载荷本地时频时间同步指令，星间链路载荷本地时频与星载时频系统进行时间同步。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，星间链路载荷时频诊断模块对每个历元的N组伪距观测量结果进行判决，若某个历元检测到K条链路上发生相位跳变值大于预设门限，采用多数判决进一步判断相位跳变发生在本星或它星，通常K＝1时判决为它星发生故障，K＝N时判决为本星时频系统发生故障；当K＝N时，星间链路载荷时频诊断模块发送第一控制信号，星间链路载荷本地时频进行一次时间同步，将本地时间与第一秒脉冲信号同步，实现时间恢复；星间链路载荷时频诊断模块周期性地对第二观测量进行判定，当连续M个周期判决到星载时频系统发生相位跳变，星间链路载荷时频诊断模块发送第二控制信号，星载时频系统进行一次时间同步，将星载时频系统的本地时间与第三秒脉冲信号同步。可选的，在所述的导航卫星时频自主恢复系统中，预设门限设为固定值，或采用机器学习方法确定；采用机器学习方法确定包括：将卫星运行初期的相位跳变值结合噪声、温度及老化参数设置自适应动态门限；将卫星稳定状态的相位跳变值结合噪声、温度及老化参数设置自适应动态门限；以及多数表决时根据信噪比对N组接收和发射的伪距观测量进行加权或野值剔除。专利技术人经研究发现，星载时频的完好性诊断与恢复对可靠性和精度要求高，通过星间链路载荷对星载时频系统的完好性进行判断是一种可行的办法，但星间链路载荷本地时频系统同样可能发生相位跳变，需首先确保星间链路载荷本地时频的高可靠性，进而实现通过星间链路载荷本地时频对星载时频的诊断与恢复。基于以上洞察，本专利技术提供了一种导航卫星时频自主恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，包括：/n星间链路载荷本地时频系统，被配置为根据星载时频系统产生星间链路载荷工作所需的各类时间频率信号，并实时监测星载时频系统钟面时绝对相位；/n星载时频系统，被配置为基于星载原子钟相干生成高精度星间链路载荷本地时频参考信号/n星间链路载荷时频诊断模块，被配置为通过星间链路观测量对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；/n当星间链路载荷本地时频系统不完好时，对星间链路载荷本地时频系统进行恢复；/n基于星间链路载荷本地时频系统对星载时频系统的完好性进行判决；以及/n当星载时频系统不完好时，对星载时频系统进行故障恢复。/n

【技术特征摘要】
1.一种导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，包括：
星间链路载荷本地时频系统，被配置为根据星载时频系统产生星间链路载荷工作所需的各类时间频率信号，并实时监测星载时频系统钟面时绝对相位；
星载时频系统，被配置为基于星载原子钟相干生成高精度星间链路载荷本地时频参考信号
星间链路载荷时频诊断模块，被配置为通过星间链路观测量对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；
当星间链路载荷本地时频系统不完好时，对星间链路载荷本地时频系统进行恢复；
基于星间链路载荷本地时频系统对星载时频系统的完好性进行判决；以及
当星载时频系统不完好时，对星载时频系统进行故障恢复。


2.如权利要求1所述的导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，
当所述星间链路载荷时频诊断模块判断出星间链路载荷本地时频系统不完好时，根据星载时频系统对星间链路载荷本地时频系统进行恢复；
当所述星间链路载荷时频诊断模块判断出星载时频系统不完好时，根据星间链路载荷本地时频系统对星载时频系统进行恢复。


3.如权利要求2所述的导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，所述星间链路载荷时频诊断模块通过对多条星间链路双向观测量进行解算，以对星间链路载荷本地时频系统的完好性进行判决；
当星间链路载荷本地时频系统不完好时，将星间链路载荷本地时频与到星载时频系统进行同步，以对星间链路载荷本地时频系统进行恢复。


4.如权利要求2所述的导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，所述星间链路载荷时频诊断模块通过星间链路载荷本地时频系统的时钟对星载时频系统PPS进行采样和完好性判决，判断星载时频系统的PPS是否存在相位跳变；
当星载时频系统不完好时，星载时频系统根据星间链路载荷本地时频恢复PPS。


5.如权利要求1所述的导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，星载时频系统包括星载原子钟及时频处理单机，其中：
时频处理单机，被配置为产生频率参考信号、时钟信号及时间同步信号；
星载原子钟，被配置为生成星上各单机时间频率参考信号；
星载时频系统根据星载原子钟10M的频率参考信号相干产生第一秒脉冲信号；
星载时频系统输出第一秒脉冲信号和频率参考信号到星间链路载荷本地时频系统；
星间链路载荷时频诊断模块向星载时频系统输出第二控制信号；
星间链路载荷本地时频系统向星载时频系统输出第三秒脉冲信号；
星载时频系统根据第二控制信号和第三秒脉冲信号对星载时频系统的本地时间进行调整。


6.如权利要求5所述的导航卫星时频自主恢复系统，其特征在于，
星间链路载荷本地时频系统根据频率参考信号和第一秒脉冲信号维持星间链路载荷本地时频；
星间链路载荷本地时频系统根据星间链路载荷本地时频生成工作时钟和第二秒脉冲信号，并将工作时钟和第二秒脉冲信号发送至星间链路载荷信号收发模块；
所述工作时钟由10M的频率参考信号倍频后产生；
星间链路载荷本地时频...

【专利技术属性】
技术研发人员：石碧舟，龚文斌，张军，沈苑，林宝军，蒋桂忠，王宇凯，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31