星载原子钟性能评估方法与流程

本发明涉及星载原子钟技术领域，特别涉及一种星载原子钟性能评估方法。

背景技术：

星载原子钟是导航卫星的核心单机，其输出频率信号是整个卫星的时间频率参考，星载原子钟的性能好坏直接影响卫星的导航、定位和授时精度。各gnss导航系统星载原子钟均采用主钟与热备钟互相备份的工作方式，主钟故障时卫星能够自动切换到备钟。不同原子钟的输出频率随时间的变化特性不同，因此需要地面运控系统以地面原子钟为基准，对星载原子钟的输出信号性能进行连续的监测与评估，并定期上注卫星钟差参数，实现星地时间同步。

目前，各gnss导航系统的地面运控中心均采用双向法评估星载原子钟性能，如图1所示，具体步骤如下：

步骤一，地面运控系统发射上行信号，卫星捕获地面上行信号，建立上行测距链路，同时卫星发射下行信号，地面运控系统捕获下行信号，建立下行测距链路，测量星地上行伪距值ρu和下行伪距值ρd；

步骤二，上行伪距值ρu通过遥测回传到地面，地面运控系统综合下行伪距值ρd与上行伪距值ρu计算得到采样周期内星载主钟相对地面基准钟的钟差τ主＝(ρu-ρd)/2。

步骤三，重复步骤一和步骤二，在一段时间内连续采样得到一组钟差数据τ1主，τ2主，τ3主，……τn主，统计得到星载主原子钟c1相对地面基准钟的稳定度、准确度、漂移率等性能参数。

步骤四，星载主钟切换为热备钟c2，重复步骤一至步骤三，得到星载热备原子钟c2相对地面基准钟的稳定度、准确度、漂移率等性能参数。

导航卫星正常运行过程要求保持时频信号长期连续运行，避免主备钟非故障切换，步骤四破坏了主钟的连续使用，影响导航卫星时频信号正常使用。

该方法在评估星载热备原子钟的性能时，如图1所示，步骤四需要先将星载主钟切换到热备钟，评估主钟时需要再切回主钟，该过程不仅操作复杂，而且破坏了卫星时频信号的连续性。该方法不能实现对主备钟信号的连续监测与性能评估，致使主备钟在长期运行过程中的性能指标不受控。最终影响用户使用，降低卫星导航定位性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种星载原子钟性能评估方法，以解决现有的星载原子钟性能评估方法破坏卫星时频信号的连续性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种星载原子钟性能评估方法，所述星载原子钟性能评估方法包括：

步骤一，所述星载原子钟包括主钟与热备钟，以地面基准原子钟为基准的地面运控系统发射上行信号，与一卫星建立上行测距链路，所述卫星以所述星载原子钟的主钟为基准，同时所述卫星发射下行信号，与所述地面运控系统建立下行测距链路，所述卫星测量星地之间的上行伪距值，所述地面运控系统测量星地之间的下行伪距值；

步骤二，卫星时频处理系统实时测量并记录所述热备钟相对所述主钟的钟差；

步骤三，所述上行伪距值通过遥测回传到所述地面运控系统，所述地面运控系统根据所述下行伪距值与所述上行伪距值，计算得到采样周期内的所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差；

步骤四，所述热备钟相对所述主钟的钟差通过遥测回传到所述地面运控系统，所述地面运控系统根据所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差与所述热备钟相对所述主钟的钟差，得到所述热备钟相对所述地面基准原子钟的钟差；

步骤五，重复步骤一至步骤四，在一段时间内连续采样得到一组所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差，及另一组所述热备钟相对所述地面基准原子钟的钟差，计算得到所述主钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，以及计算所述热备钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率。

可选的，在所述的星载原子钟性能评估方法中，所述步骤一中的所述卫星测量星地之间的上行伪距值为星地之间微波传播时延与所述主钟相对地面基准原子钟的钟差之和；

所述步骤一中的所述地面运控系统测量星地之间下行伪距值为所述星地之间微波传播时延与所述主钟相对地面基准原子钟的钟差之差；

对于同一采样周期内测量到的所述上行伪距值中包含的所述星地微波传播时延与所述下行伪距值中包含的所述星地微波传播时延相等。

可选的，在所述的星载原子钟性能评估方法中，所述步骤二中卫星时频处理系统实时测量并记录的所述热备钟相对所述主钟的钟差为热备钟输出信号的相位与主钟输出信号的相位之差；

通过星载时频处理系统的鉴相器测量得到热备钟输出信号与主钟输出信号的相位差，即为所述热备钟相对所述主钟的钟差。

可选的，在所述的星载原子钟性能评估方法中，所述步骤三和所述步骤四中的上行伪距值和所述热备钟相对所述主钟的钟差均通过星地测控通道实时下传到所述地面，并汇集到所述地面运控系统，进行数据差分处理得到所述主钟相对地面基准原子钟钟差及所述热备钟相对地面基准原子钟钟差。

在本发明提供的星载原子钟性能评估方法中，星载原子钟包括主钟与热备钟，通过卫星测量星地之间的上行伪距值，地面运控系统测量星地之间的下行伪距值，卫星时频处理系统实时测量并记录热备钟相对主钟的钟差，上行伪距值通过遥测回传到地面运控系统，地面运控系统根据下行伪距值与上行伪距值计算得到采样周期内的主钟相对地面基准原子钟的钟差，地面运控系统根据主钟相对地面基准原子钟的钟差与热备钟相对主钟的钟差，得到热备钟相对地面基准原子钟的钟差，克服了对导航星载主备钟(主钟与热备钟)性能评估时来回切换原子钟的问题；并通过重复步骤一至步骤四，在一段时间内连续采样得到一组主钟相对地面基准原子钟的钟差，及另一组热备钟相对地面基准原子钟的钟差，计算得到主钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，以及计算热备钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，提供了一种实现连续监测与评估星载主备钟性能的星载原子钟性能评估方法，主备钟在长期运行过程中的性能指标可控。最终提升用户使用体验，提高卫星导航定位性能。

附图说明

图1是现有的星载原子钟性能评估方法原理示意图；

图2是本发明一实施例星载原子钟性能评估方法原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的星载原子钟性能评估方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种星载原子钟性能评估方法，以解决现有的星载原子钟性能评估方法破坏卫星时频信号的连续性的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种星载原子钟性能评估方法，所述星载原子钟性能评估方法包括：步骤一，所述星载原子钟包括主钟与热备钟，以地面基准原子钟为基准的地面运控系统发射上行信号，与一卫星建立上行测距链路，所述卫星以所述星载原子钟的主钟为基准，同时所述卫星发射下行信号，与所述地面运控系统建立下行测距链路，所述卫星测量星地之间的上行伪距值，所述地面运控系统测量星地之间的下行伪距值；步骤二，卫星时频处理系统实时测量并记录所述热备钟相对所述主钟的钟差；步骤三，所述上行伪距值通过遥测回传到所述地面运控系统，所述地面运控系统根据所述下行伪距值与所述上行伪距值，计算得到采样周期内的所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差；步骤四，所述热备钟相对所述主钟的钟差通过遥测回传到所述地面运控系统，所述地面运控系统根据所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差与所述热备钟相对所述主钟的钟差，得到所述热备钟相对所述地面基准原子钟的钟差；步骤五，重复步骤一至步骤四，在一段时间内连续采样得到一组所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差，及另一组所述热备钟相对所述地面基准原子钟的钟差，计算得到所述主钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，以及计算所述热备钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率。

<实施例一>

本实施例提供一种星载原子钟性能评估方法，如图2所示，所述星载原子钟性能评估方法包括：步骤一，所述星载原子钟包括主钟与热备钟，以地面基准原子钟为基准的地面运控系统发射上行信号，与一卫星建立上行测距链路，所述卫星以所述星载原子钟的主钟为基准，同时所述卫星发射下行信号，与所述地面运控系统建立下行测距链路，所述卫星测量星地之间的上行伪距值ρu，所述地面运控系统测量星地之间的下行伪距值ρd；步骤二，卫星时频处理系统实时测量并记录所述热备钟相对所述主钟的钟差τ备-主；步骤三，所述上行伪距值ρu通过遥测回传到所述地面运控系统，所述地面运控系统根据所述下行伪距值ρd与所述上行伪距值ρu，计算得到采样周期内的所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差τ主＝(ρu-ρd)/2；步骤四，所述热备钟相对所述主钟的钟差通过遥测回传到所述地面运控系统，所述地面运控系统根据所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差τ主与所述热备钟相对所述主钟的钟差τ备-主，得到所述热备钟相对所述地面基准原子钟的钟差τ备＝τ备-主 τ主；步骤五，重复步骤一至步骤四，在一段时间内连续采样得到一组所述主钟相对所述地面基准原子钟的钟差，及另一组所述热备钟相对所述地面基准原子钟的钟差，例如τ¹主，τ²主，τ³主，……τⁿ主，及τ¹备，τ²备，τ³备，……τⁿ备，计算得到所述主钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，以及计算所述热备钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率。

具体的，在所述的星载原子钟性能评估方法中，所述步骤一中的所述卫星测量星地之间的上行伪距值ρu为星地之间微波传播时延ρl与所述主钟相对地面基准原子钟的钟差ρ主之和，即ρu＝ρ主 ρl；所述步骤一中的所述地面运控系统测量星地之间下行伪距值ρd为所述星地之间微波传播时延ρl与所述主钟相对地面基准原子钟的钟差ρ主之差，即ρd＝-ρ主 ρl；对于同一采样周期内测量到的所述上行伪距值ρu中包含的所述星地微波传播时延与所述下行伪距值ρd中包含的所述星地微波传播时延相等。

进一步的，在所述的星载原子钟性能评估方法中，所述步骤二中卫星时频处理系统实时测量并记录的所述热备钟相对所述主钟的钟差τ备-主为热备钟输出信号的相位ρ备与主钟输出信号的相位ρ主之差，即τ备-主＝ρ备-ρ主；通过星载时频处理系统的鉴相器测量得到热备钟输出信号与主钟输出信号的相位差，即为所述热备钟相对所述主钟的钟差。

另外，在所述的星载原子钟性能评估方法中，所述步骤三和所述步骤四中的上行伪距值ρu和所述热备钟相对所述主钟的钟差τ备-主均通过星地测控通道实时下传到所述地面，并汇集到所述地面运控系统，进行数据差分处理得到所述主钟相对地面基准原子钟钟差τ主及所述热备钟相对地面基准原子钟钟差τ备。

在本实施例提供的星载原子钟性能评估方法中，星载原子钟包括主钟与热备钟，通过卫星测量星地之间的上行伪距值，地面运控系统测量星地之间的下行伪距值，卫星时频处理系统实时测量并记录热备钟相对主钟的钟差，上行伪距值通过遥测回传到地面运控系统，地面运控系统根据下行伪距值与上行伪距值计算得到采样周期内的主钟相对地面基准原子钟的钟差，地面运控系统根据主钟相对地面基准原子钟的钟差与热备钟相对主钟的钟差，得到热备钟相对地面基准原子钟的钟差，克服了对导航星载主备钟(主钟与热备钟)性能评估时来回切换原子钟的问题，并通过重复步骤一至步骤四，在一段时间内连续采样得到一组主钟相对地面基准原子钟的钟差，及另一组热备钟相对地面基准原子钟的钟差，计算得到主钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，以及计算热备钟相对地面基准原子钟的稳定度、准确度和漂移率，提供了一种实现连续监测与评估星载主备钟性能的星载原子钟性能评估方法，主备钟在长期运行过程中的性能指标可控。最终提升用户使用体验，提高卫星导航定位性能。

综上，上述实施例对星载原子钟性能评估方法的不同方案进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。