【技术实现步骤摘要】
本申请涉及空间，尤其涉及一种高精度时间同步系统、方法及其应用。
技术介绍
1、gnss系统(global navigation satellite sytem，全球卫星导航系统)是当前主流的卫星导航系统，国际上有中国的北斗系统、美国的gps系统、欧洲的galileo系统、俄罗斯的glonass系统。卫星导航系统是一个非常庞大、复杂的系统，涉及运控、卫星、用户三大部分，涉及运控站与卫星之间的星地时间同步、运控站间的时间同步、卫星定轨技术以及用户的定位定时应用。其中运控部分对卫星进行卫星原子钟时间的监测，确保卫星时间准确可靠，同时还要对卫星进行定轨，提供星历供用户使用；卫星是直接向用户提供服务的载体，播发三路伪距信号，信号中含有卫星星历的电文；用户通过对伪距测距信号的测量得到伪距值，根据伪距值和卫星星历实现用户的定位定时。
2、卫星导航系统中运控部分对卫星轨道、卫星时间进行监控，确保卫星长期运行可靠，其中导航卫星时间与运控系统的时间同步是重点。除了导航卫星之外，通信卫星、遥感卫星等航天系统均需要高精度的星地时间同步要求。导航卫星系统定位精度的关键在于确定星载原子钟钟差及其变化。目前确定卫星钟差的方法主要有以下几种：
3、1、单程测距法，该方法利用测量的伪距测距值和轨道定位得到的卫星与同步站之间的距离值，两者求差，即可得到卫星钟差。该方法需要知道确切的星地空间距离、电离层时延、对流层时延等参数。
4、2、gps倒定位法，该方法的基本原理如下：4个时间同步的地面站同时接收某卫星的伪距信号获得4个伪距观
5、3、双向伪距测量法，双向伪距时间同步的工作原理是基于星地之间信号传播路径完全相同，具有相同的星地空间距离和对流层时延，但电离层时延不同，从而卫星与地面站之间钟差即为所测量的伪距之差除以光速c或为卫星与地面站各自检测相应时标的时刻之差。其过程是卫星和地面站均在本地钟控制下以各自独立的钟面时发射信号，卫星和地面站接收机收到对方发射的信号后，完成与本地钟间的伪距测量，比较这两个伪码测距值，可以得到卫星钟差，所得钟差包含电离层时延残差。
6、为了实现星地时间同步，还可以使用激光方法实现，激光可以看作是频率非常高的无线电信号，激光信号穿越电离层时，所受到的时延非常小，可以忽略不计。卫星和地面站均使用激光器件，而非无线电发射机或接收机，使用成本高，且应用受限的缺点。使用激光时，存在受气象影响大的缺点，在雨天、雪天、阴天等气象条件下，无法使用激光方法，只有在晴朗天气下可以使用。因此，激光法虽然可以取得很优的时间同步性能，但成本高、受天气影响大等缺点制约，难以普及性使用。
7、上述所有方法，需要卫星或地面接收机接收信号并进行测量，而信号在星地两端传输时，对于接收方而言，涉及远端的大气的电离层、对流层影响，近端的多径效应、电磁环境影响。远端、近端统称为环境段影响。其中大气影响是全面的、基础的，是一项世界性的难题。除了环境段影响之外，上述方法存在观测设备数量多、时间同步误差受卫星定轨精度、用户坐标精度影响，时间同步精度较差的缺点。
8、上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本申请将卫星转发器的特性和扩频信号的载波频率复用技术、多址特性结合起来，利用卫星转发器可以将一路信号转发为至少一路信号的特点，以及至少两个扩频信号可以载波频率复用的特点，同时将伪距测距信号的载波频率和转发测距信号的载波频率进行约束满足某个关系式，创造性提出了使用伪距测距值、转发测距值和预设载波频率关系确定钟差的系统及方法。
2、为实现上述目的，本申请提供一种高精度时间同步系统，包括通信连接的第一设备和第二设备，以及与所述第一设备和所述第二设备分别通信连接的计算设备；所述第一设备与所述第二设备之间有m路伪距测距信号和h路转发测距信号，且伪距测距信号和转发测距信号至少有两个不同的载波频率；所述m路伪距测距信号的载波频率与所述h路转发测距信号的载波频率之间满足预设载波频率关系；其中，m，h均为大于等于1的正整数；所述伪距测距信号由所述第一设备播发且由所述第二设备接收，或者由所述第二设备播发且由所述第一设备接收；所述转发测距信号由上行信号和下行信号构成，所述第二设备播发所述上行信号并接收所述下行信号，所述第一设备接收所述上行信号且转发形成所述下行信号。
3、此外，为实现上述，本申请还提供一种伪距值确定方法，应用于本申请任意实施例所述的高精度时间同步系统，所述方法由第一设备执行，所述方法包括：接收第二设备播发的m路伪距测距信号；同步测量各所述伪距测距信号得到m个伪距测距值；其中，m为正整数。
4、此外，为实现上述，本申请还提供一种测距值确定方法，应用于本申请任意实施例所述的高精度时间同步系统，所述方法由第二设备执行，所述方法包括：当所述伪距测距信号由所述第一设备播发时，向第一设备播发至少一路上行信号；获取所述第一设备基于所述至少一路上行信号转发的至少一路下行信号，其中，所述至少一路上行信号和所述至少一路下行信号构成h路转发测距信号；获取所述第一设备播发的m路伪距测距信号；同步测量各所述伪距测距信号和各所述转发测距信号得到m个伪距测距值和h个转发测距值；当所述伪距测距信号由所述第二设备播发且由所述第一设备接收时，向第一设备播发至少一路上行信号；获取所述第一设备基于所述至少一路上行信号转发的至少一路下行信号，其中，所述至少一路上行信号和所述至少一路下行信号构成h路转发测距信号；同步测量各所述转发测距信号得到h个转发测距值；其中，m+h≥2，且m，h均为正整数。
5、此外，为实现上述目的，本申请还提供一种高精度时间同步方法，应用于本申请任意实施例所述的高精度时间同步系统，所述方法由计算设备执行，所述方法包括：当所述伪距测距信号由第二设备播发且由第一设备接收时，基于与所述第一设备的通信获取所述第一设备测量得到的m个伪距测距值，并基于与所述第二设备的通信获取所述第二设备测量得到的h个转发测距值；当所述伪距测距信号由第一设备播发且由第二设备接收时，基于与所述第二设备的通信获取所述第二设备测量得到的m个伪距测距值和h个转发测距值；其中，所述h个转发测距值对应的载波频率和所述m个伪距测距值对应的载波频率之间满足预设载波频率关系；m+h≥2，且m，h均为正整数；分别使用伪距测距表达式表征各所述伪距测距值以及使用转发测距表达式表征各所述转发测距值；基于所述伪距测距表达式表征的所述m个伪距测距值、所述转发测距表达式表征的所述h个转发测距值和所述预设载波频率关系确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差。
6、此外，为实现上述目的，本申请还提供一种星地空间距离确定方法，应用于本申请任意实施例所述的高精度时间同步系统，所述方法由计算设备执行，所述方法包括：基于预设对流层模型确定出所述第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高精度时间同步系统，其特征在于，包括通信连接的第一设备和第二设备，以及与所述第一设备和所述第二设备分别通信连接的计算设备；
2.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述转发测距信号和所述伪距测距信号均为扩频信号，所述第一设备和/或所述第二设备在信号发射、转发、接收处理中使用扩频技术、载波频率复用技术和码分多址技术进行相应处理。
3.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述m路伪距测距信号的载波频率、所述h路转发测距信号的载波频率满足公式(f1)所示的预设载波频率关系：
4.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述转发测距信号的载波频率和所述伪距测距信号的载波频率在时间轴上按照预设跳频图案进行跳频，且满足所述预设载波频率关系。
5.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述第二伪距测距设备和所述转发测距设备零基线设置；
7.根据权利要求5所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述第一设
8.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述计算设备设置于所述第一设备或者设置于所述第二设备，或独立存在；
9.根据权利要求5所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述转发器有转发时延，所述伪距发生设备有发射时延；所述第一伪距测距设备和所述第二伪距测距设备均有接收时延，所述转发测距设备有发射时延和接收时延；
10.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述计算设备分别与所述第一设备和所述第二设备通信连接，所述计算设备接收所述伪距测距值和所述转发测距值，并基于转发测距值和/或所述伪距测距值确定所述第一设备与所述第二设备之间的星地空间距离，以及基于所述伪距测距值、所述转发测距值和预设载波频率关系确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差；其中，在确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差时，所述转发测距值和所述伪距测距值的数量之和大于等于2。
11.一种伪距值确定方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的高精度时间同步系统，所述方法由第一设备执行，所述方法包括：
12.一种测距值确定方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的高精度时间同步系统，所述方法由第二设备执行，所述方法包括：
13.一种高精度时间同步方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的高精度时间同步系统，所述方法由计算设备执行，所述方法包括：
14.根据权利要求13所述的高精度时间同步方法，其特征在于，所述分别使用伪距测距表达式表征各所述伪距测距值以及使用转发测距表达式表征各所述转发测距值，包括：
15.根据权利要求13所述的高精度时间同步方法，其特征在于，所述基于所述伪距测距表达式表征的所述m个伪距测距值、所述转发测距表达式表征的所述h个转发测距值和所述预设载波频率关系确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差，包括：
16.根据权利要求15所述的高精度时间同步方法，其特征在于，所述将所述伪距测距表达式表征的所述m个伪距测距值进行修正得到m个修正伪距测距值，包括：
17.根据权利要求16所述的高精度时间同步方法，其特征在于，所述基于所述修正平均伪距测距值、所述修正平均转发测距值和所述预设载波频率关系确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差，包括：
18.根据权利要求13所述的高精度时间同步方法，其特征在于，在确定出所述第一设备与所述第二设备之间的钟差之后，所述方法还包括：
19.一种星地空间距离确定方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的高精度时间同步系统，所述方法由计算设备执行，所述方法包括：
20.根据权利要求19所述的星地空间距离确定方法，其特征在于，所述基于确定出的所述对流层时延、所述电离层时延、所述第一设备与所述第二设备之间的钟差以及任意一个伪距测距值，确定出第一设备与所述第二设备之间的星地空间距离，包括：
21.一种卫星导航系统，其特征在于，包括：
22.根据权利要求21所述的卫星导航系统，其特征在于，所述星地时间同步系统中的第三设备与所述卫星之间的信号结构和所述高精度时间同步系统中的信号结构相同。
23.一种站间时间同步系统，其特征在于，包括：
24.一种站间时间同步系统，其特征在于，包括：
25.一种卫星定位方法，其特...
【技术特征摘要】
1.一种高精度时间同步系统，其特征在于，包括通信连接的第一设备和第二设备，以及与所述第一设备和所述第二设备分别通信连接的计算设备；
2.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述转发测距信号和所述伪距测距信号均为扩频信号，所述第一设备和/或所述第二设备在信号发射、转发、接收处理中使用扩频技术、载波频率复用技术和码分多址技术进行相应处理。
3.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述m路伪距测距信号的载波频率、所述h路转发测距信号的载波频率满足公式(f1)所示的预设载波频率关系：
4.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述转发测距信号的载波频率和所述伪距测距信号的载波频率在时间轴上按照预设跳频图案进行跳频，且满足所述预设载波频率关系。
5.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述第二伪距测距设备和所述转发测距设备零基线设置；
7.根据权利要求5所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述第一设备使用至少一个所述第一时频设备，所述第二设备使用至少一个所述第二时频设备。
8.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述计算设备设置于所述第一设备或者设置于所述第二设备，或独立存在；
9.根据权利要求5所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述转发器有转发时延，所述伪距发生设备有发射时延；所述第一伪距测距设备和所述第二伪距测距设备均有接收时延，所述转发测距设备有发射时延和接收时延；
10.根据权利要求1所述的高精度时间同步系统，其特征在于，所述计算设备分别与所述第一设备和所述第二设备通信连接，所述计算设备接收所述伪距测距值和所述转发测距值，并基于转发测距值和/或所述伪距测距值确定所述第一设备与所述第二设备之间的星地空间距离，以及基于所述伪距测距值、所述转发测距值和预设载波频率关系确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差；其中，在确定所述第一设备与所述第二设备之间的钟差时，所述转发测距值和所述伪距测距值的数量之和大于等于2。
11.一种伪距值确定方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的高精度时间同步系统，所述方法由第一设备执行，所述方法包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯新岗，
申请(专利权)人：陕西晶格时空航天技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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