基于IEEE-1588协议的卫星通信测距与时间同步方法与流程

本发明涉及卫星通信与导航，尤其是涉及一种基于ieee-1588协议的卫星通信测距与时间同步方法。

背景技术：

1、在时分多址通信网络中，远端地球站需要在准确分配的时间片内发射信号以规避时隙碰撞。高精度的时间同步与绝对距离测量是保障系统频谱效率、提升信道吞吐量以及维持全网物理时间对齐状态的核心技术支撑。

2、当前的卫星通信测距方法普遍依赖闭环反馈校正机制，远端站在指定时隙发送测距突发，主站测量到达时刻与期望时刻的偏差，再通过信令下发偏差值供远端站调整。此外，现有的精密时间同步技术在卫星链路中的应用，多假设上下行路径绝对对称，且常依赖星上处理载荷进行协议解析。在透明转发体制下，长距离无线信道的高误码率使时间标记报文的可靠传输面临较大挑战；同时，空间环境造成的温度漂移与卫星轨道的自然摄动，易在星地链路中引入不断变化的动态延时误差。

3、综上，现有方法在面对复杂星地链路与透明转发架构时，难以兼顾长时延网络下的高精度测距与环境波动的动态补偿，系统在复杂通信工况下的适应性与测量稳定性仍有不足。因此，有必要研究一种能够提升空间通信场景下数据交互鲁棒性与同步时间精度的技术方案。

技术实现思路

1、鉴于此，提供一种基于ieee-1588协议的卫星通信测距与时间同步方法，以期解决现有技术的上述问题。

2、根据本申请的一个方面，一种基于ieee-1588协议的卫星通信测距与时间同步方法，包括：

3、获取主站时间基准以及星历模型；

4、在主站与远端站之间交换携带会话标识的测距信号，并在测距信号离开和到达各自天线口面的瞬间捕获对应的物理层时间戳，得到与会话标识绑定的往返时间戳集合；

5、基于星历模型确定往返时间戳集合对应时刻的卫星位置，构建由主站至卫星、卫星至远端站、远端站至卫星以及卫星至主站构成的四段非对称空间几何传播路径；

6、基于四段非对称空间几何传播路径与往返时间戳集合，解算远端站单向距离与远端站时钟偏差；

7、基于远端站单向距离计算从远端站经卫星到达主站的单向反向传播延迟，并将单向反向传播延迟与预配置的内部处理延迟进行结合，得到定时提前量；

8、基于定时提前量和远端站时钟偏差调整远端站的发射定时，完成远端站与主站时间基准的同步。

9、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，在测距信号离开和到达各自天线口面的瞬间捕获对应的物理层时间戳，包括：

10、在检测到测距信号离开或到达天线口面的触发事件时，通过硬件时间戳捕获模块实时冻结本地时间计数器，生成与触发事件发生时刻对应的物理层时间戳。

11、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，测距信号基于以下方式生成并传输：

12、将会话标识与预设的测距标志位嵌入常规业务突发帧的帧头，以常规业务突发帧作为测距信号；

13、相应地，在发射端，将生成的发射使能信号的前沿作为触发事件，触发硬件时间戳捕获模块获取发送端的物理层时间戳；

14、在接收端，利用复用的功率检测前端进行包络检测，并将接收信号包络越过预设功率门限的时刻作为触发事件，触发硬件时间戳捕获模块获取接收端的物理层时间戳。

15、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，构建由主站至卫星、卫星至远端站、远端站至卫星以及卫星至主站构成的四段非对称空间几何传播路径，包括：

16、利用星历模型，分别提取往返时间戳集合中各个时间戳对应时刻的卫星三维轨道位置；

17、利用卫星三维轨道位置与已知的主站位置，将主站至远端站的通信链路解构为长度不相等的前向空间传播路径与反向空间传播路径，建立包含前向空间传播路径、反向空间传播路径以及目标待求的远端站单向距离的几何约束关联。

18、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，在解算远端站单向距离与远端站时钟偏差之前，还包括：

19、在通信帧结构的系统保持时隙内，主站向自身发射并接收经由卫星透明转发的自回环测试信号；

20、获取自回环测试信号的往返传播总时长，并利用星历模型扣除主站至卫星的往返空间几何延迟，以及扣除预配置的主站内射频固有延迟，提取出实时跟踪的卫星转发器动态群延迟。

21、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，解算远端站单向距离与远端站时钟偏差，包括：

22、从往返时间戳集合提取测量总往返时间，从测量总往返时间中减去主站至卫星的往返空间几何延迟以及两倍的卫星转发器动态群延迟，将剩余延迟转换为空间距离后取半值，解算出远端站单向距离；

23、计算前向空间传播路径与反向空间传播路径之间的不对称路径延迟差值；

24、利用提取的收发时间戳差值构建初始时钟偏差，并利用不对称路径延迟差值对初始时钟偏差进行补偿，解算出远端站时钟偏差。

25、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，在基于定时提前量和远端站时钟偏差调整远端站的发射定时，完成远端站与主站时间基准的同步之后，还包括：

26、基于同步调整后的远端站的发射定时，将全网远端站向主站发送业务信号的发射突发时间抖动收敛至预设的目标精度范围；

27、基于收敛的发射突发时间抖动，级联调整通信系统的帧结构，对相邻业务时隙之间的保护时隙进行时间跨度压缩。

28、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，在主站与远端站之间交换携带会话标识的测距信号中，采用两步分离模式处理时间戳的物理捕获与数值传输，包括：

29、交互不携带时间戳数值的事件报文，用于在物理层触发对物理层时间戳的捕获操作；

30、以及，在事件报文之后交互后续报文，由后续报文携带已捕获的物理层时间戳数值，并且后续报文采用冗余度高于常规业务数据的信道编码方案进行抗误码保护。

31、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，远端站在未获取全球卫星导航系统时间信号的独立运行状态下，其本地工作时钟的时间基准单纯依赖接收主站基于定时提前量和远端站时钟偏差所下发的控制指令进行锁定与长期维持。

32、根据本申请一个方面一种可能的实现方式，利用复用的功率检测前端进行包络检测，包括：

33、在接收链路的低噪声放大器输入端共享接入宽带包络检波器作为功率检测前端，并在宽带包络检波器检测到信号突发前沿越过预设功率门限的瞬间，向通信基带的解调器发送突发同步触发信号，同时并行触发硬件时间戳捕获模块的计数冻结动作。

34、基于以上技术方案，本发明有效补偿了动态非对称误差，提升了系统的空间同步精度与网络运行稳定性。

1.一种基于ieee-1588协议的卫星通信测距与时间同步方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在测距信号离开和到达各自天线口面的瞬间捕获对应的物理层时间戳，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，测距信号基于以下方式生成并传输：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建由主站至卫星、卫星至远端站、远端站至卫星以及卫星至主站构成的四段非对称空间几何传播路径，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在解算远端站单向距离与远端站时钟偏差之前，还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，解算远端站单向距离与远端站时钟偏差，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于定时提前量和远端站时钟偏差调整远端站的发射定时，完成远端站与主站时间基准的同步之后，还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在主站与远端站之间交换携带会话标识的测距信号中，采用两步分离模式处理时间戳的物理捕获与数值传输，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在远端站未接收全球卫星导航系统时间信号的条件下，远端站的本地工作时钟通过接收主站经由卫星通信链路下发的基于定时提前量和远端站时钟偏差的控制指令，对本地工作时钟进行周期性锁定校准，维持远端站与主站时间基准的同步。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用复用的功率检测前端进行包络检测，包括：