星座自主运行时间同步精度测评方法研究

With the development of satellite navigation systems and navigation warfare concepts proposed, the capability of autonomous operation of the satellite navigation system has bacame an important part of the research in the field. When the navigation constellation running autonomously, each satellite time standard would bring about offset because without the support of ground for a long time, which would reduce the satellite navigation application. So, the research of the method of measuring and estimating the time synchronization accuracy under constellations autonomous operation is necessary, that could provide technical support of building satellite navigation system's inter-satellite link. this program put forward a testing and evaluation of constellation autonomous run time synchronization accuracy based on the ground testing system. Under the mode of transmitting and receiving signal itself, it transmits signal to the all satellites on the visible range by the same carrier frequency, and transmits to the same satellite ground station by satellite transponder, and triggers satellite local time to broadcast signal by the special carrier frequency. The ground station receive the two signal. It can detemine the deviation between the satellite time and ground standard time by comparing the deviation of the two signal. Thereby, it can measure and estimate the time synchronization accuracy under constellations autonomous operation. And, the method would use in condition of the satellite navigation system operate normally, which can avoid reduce the satellite navigation application because of the purpose of measuring and estimating the time synchronization accruacy without the support of ground for a long time.

随着卫星导航系统的发展以及导航战概念的提出，系统的自主运行已成为卫星导航领域的重要研究内容。星座自主运行时，由于长时间得不到地面测控系统支持，各卫星时间基准经过长期累计误差，导致系统可用性降低或不可用，所以研究如何对自主运行时间同步精度进行测评，对卫星导航系统星间链路建设具有重要的支撑作用。本项目提出一种基于地面验证系统的星座自主运行时间同步精度测评方法，在自发自收模式下，通过卫星地面站向可视范围内卫星发射相同载频的高精度时间信号（伪码扩频），经卫星转发器转发，同时触发卫星本地时间信号发射，卫星地面站同时接收转发信号和直发信号，通过比对信号时差，得出各卫星时间与地面基准时间的偏差，进而对星座自主运行时间同步能力进行测评。同时，该方法可在不影响卫星导航系统正常运行情况下进行，避免在有地面测控系统情况下为了评估自主运行能力而人为地长时间不给卫星注入信息而导致系统应用水平降低。

卫星导航系统在星座自主运行模式下，由于没有地面站支持，各卫星只能根据自主守时算法及星间链路实现各卫星系统的时间同步，由于长时间的误差累计，导致系统可用性降低或不可用。目前对卫星导航星座自主运行时间同步能力进行测评研究较少。本项目提出一种基于地面试验验证系统的星座自主运行时间同步精度测试评估方法，给出该方法的基本原理和计算模型，通过实测数据及仿真数据进行仿真试验验证，并从应用角度分析了该方法的科学意义和应用价值，为我国全球卫星导航系统星间链路的建设和测评提供技术支撑。. 星载原子钟是星座自主运行模式下时间同步的基础，由于原子钟存在频率偏差和漂移，导致时钟偏差随时间增长，对星间链路的时间同步精度进行测试评估需要一种不依赖星载原子钟的技术体制，而基于卫星转发器转发信号的地面试验验证系统正是采用这样一种技术体制的测评系统。避免由于星座自主运行而导致的各星载钟绝对时延误差，同时保证除用于试验的卫星外其它卫星的正常运行。本项目采用IGS数据产品并加入一定的随机误差进行了仿真试验分析，验证结果表明在加入1ns的数据传输误差后，星座自主运行时间同步精度在10ns以内，从而验证了本项目方法的有效性和可行性。. 从应用科学价值方面考虑，在卫星导航系统建设时，不可能在有地面测控系统情况下为了评估自主运行能力而人为地相当长时间不给卫星注入卫星星历和卫星钟差参数，而导致系统应用水平降低。但是为了应对地面测控系统被摧毁的极端情况，对星座自主运行能力的可靠评估也是非常需要的。虽然以整个卫星导航系统做试验代价太高而不现实，但如果以4到5颗卫星作为一个最简系统来试验评估星座自主运行能力还是可行的。可以选择在同一区域的4至5颗卫星作为最简系统，断开它们与其他卫星的星间链路，仅通过它们之间的星间链路进行自主定轨和自主时间保持，通过本项目提出的方法对其进行相关评估，为应对极端情况提供切实的数据参考。