使用交聯(lián)測距和準確時間源的用于衛(wèi)星星座的先進定時和時間傳遞的制作方法
【專利摘要】本文公開了一種使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的系統(tǒng)、方法和裝置。具體地，本發(fā)明總體涉及為振蕩器校準提供改進的定位、導航和/或定時信息的系統(tǒng)，更具體地涉及使用能夠訪問準確時間源的至少一個衛(wèi)星來校準交聯(lián)配對衛(wèi)星上的本地振蕩器。在至少一個實施例中，具有交聯(lián)能力的衛(wèi)星子集上的同步被用于通過交聯(lián)的衛(wèi)星網(wǎng)絡分發(fā)時間。
【專利說明】使用交聯(lián)測距和準確時間源的用于衛(wèi)星星座的先進定時和時間傳遞
[0001]相關申請的交叉引用【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及用于衛(wèi)星星座的定時和時間傳遞的先進的定時和時間傳遞。特別涉及使用交聯(lián)測距和準確時間源的用于衛(wèi)星星座的先進定時和時間傳遞。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明涉及使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的方法、系統(tǒng)和裝置。具體地，本發(fā)明教導了用于為衛(wèi)星星座定時的方法。所公開的方法包括由至少一個第一衛(wèi)星向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個交聯(lián)測距信號。在一個或多個實施例中，至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星是具有同步時間的定時衛(wèi)星。該方法進一步包括由至少一個第二衛(wèi)星接收至少一個交聯(lián)測距信號。同樣，該方法包括通過使用從至少一個交聯(lián)測距信號的發(fā)射到至少一個交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個第一衛(wèi)星到至少一個第二衛(wèi)星的至少一個測距測量值。進一步地，該方法包括通過使用至少一個測距測量值和/或來自至少一個定時衛(wèi)星的同步時間，計算至少一個第一衛(wèi)星和至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此的時間和頻率的估計值，從而同步至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的時間和頻率。
[0004]在一個或多個實施例中，至少一個第一衛(wèi)星是具有同步時間的定時衛(wèi)星，而至少一個第二衛(wèi)星是沒有同步時間的非定時衛(wèi)星。在至少一個實施例中，同步時間是準確時間。在某些實施例中，至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個伽利略衛(wèi)星信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和/或原子鐘獲得同步時間。在一個或多個實施例中，同步時間不是準確時間。在至少一個實施例中，至少一個第二衛(wèi)星是具有同步時間的定時衛(wèi)星，而至少一個第一衛(wèi)星是沒有同步時間的非定時衛(wèi)星。
[0005]在至少一個實施例中，該方法進一步包括:生成至少一個校正信號，用于同步至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的時間和頻率；以及向至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個校正信號。在某些實施例中，至少一個第一衛(wèi)星和至少一個第二衛(wèi)星是低地球軌道(LEO)衛(wèi)星、中等地球軌道(MEO)衛(wèi)星和/或同步地球軌道(GEO)衛(wèi)星。在某些實施例中，LEO衛(wèi)星是銥星LEO衛(wèi)星或銥星下一代LEO衛(wèi)星。
[0006]在一個或多個實施例中，所公開的方法采用銥星LEO衛(wèi)星星座。在至少一個實施例中，星座中的每個銥星LEO衛(wèi)星具有用不同的點波束圖案發(fā)射四十八個(48)點波束的天線幾何形狀。在至少一個實施例中，至少一個交聯(lián)信號可以從星座中的至少一個銥星衛(wèi)星發(fā)射。銥星衛(wèi)星的四十八(48)個點波束可以被用于向位于地球表面上或接近地球表面的接收源(例如，基準站)發(fā)射本地信號。需要指出的是，當采用上述銥星LEO衛(wèi)星中的一個時，發(fā)射信號功率足夠強以允許信號可靠地穿透到室內環(huán)境中，并且可以采用信號編碼方法，以便能這樣做。需要進一步指出的是，這種系統(tǒng)可以采用至少一個下一代銥星衛(wèi)星，或現(xiàn)有銥星衛(wèi)星與下一代銥星衛(wèi)星配置的組合。
[0007]在一個或多個實施例中，該方法進一步包括由至少一個定時衛(wèi)星向至少一個基準站發(fā)射至少一個定位信號。該方法還包括由至少一個基準站接收至少一個定位信號。同樣，該方法包括通過使用從至少一個定位信號的發(fā)射到至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個定時衛(wèi)星到至少一個基準站的至少一個定位測距測量值。進一步地，該方法包括通過使用至少一個測距測量值、同步時間、來自至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)和/或至少一個定位測距測量值，計算至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的軌道定位的估計值。在至少一個實施例中，至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和/或至少一個伽利略衛(wèi)星信號獲得定位數(shù)據(jù)。
[0008]在至少一個實施例中，該方法進一步包括由至少一個基準站向至少一個定時衛(wèi)星發(fā)射至少一個定位信號。同樣，該方法包括由至少一個定時衛(wèi)星接收至少一個定位信號。此夕卜，該方法包括通過使用從至少一個定位信號的發(fā)射到至少一個定位信號的接收(即，至少一個定位信號的接收相對于接收器時鐘的到達時間(Τ0Α)，在該情況下是在定時衛(wèi)星上)所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個基準站到至少一個定時衛(wèi)星的至少一個定位測距測量值。進一步地，該方法包括通過使用至少一個測距測量值、同步時間、來自至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)和/或至少一個定位測距測量值，計算至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的軌道定位的估計值。在某些實施例中，至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和/或至少一個伽利略衛(wèi)星信號獲得定位數(shù)據(jù)。
[0009]在一個或多個實施例中，用于為衛(wèi)星星座定時的方法包括由至少一個第一衛(wèi)星向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個第一交聯(lián)測距信號。在至少一個實施例中，至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星是具有同步時間的定時衛(wèi)星。該方法進一步包括由至少一個第二衛(wèi)星接收至少一個第一交聯(lián)測距信號。同樣，該方法包括由至少一個第二衛(wèi)星向至少一個第一衛(wèi)星發(fā)射至少一個第二交聯(lián)測距信號。此外，該方法包括由至少一個第一衛(wèi)星接收至少一個第二交聯(lián)測距信號。此外，該方法包括通過使用從至少一個第一交聯(lián)測距信號的發(fā)射到至少一個第一交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個第一衛(wèi)星到至少一個第二衛(wèi)星的至少一個第一測距測量值。同樣，該方法包括通過使用從至少一個第二交聯(lián)測距信號的發(fā)射到至少一個第二交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個第二衛(wèi)星到至少一個第一衛(wèi)星的至少一個第二測距測量值。進一步地，該方法包括通過使用至少一個第一測距測量值、至少一個第二測距測量值和/或來自至少一個定時衛(wèi)星的同步時間，計算至少一個第一衛(wèi)星和至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此的時間和頻率的估計值，從而同步至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的時間和頻率。
[0010]在至少一個實施例中，用于為衛(wèi)星星座定時的系統(tǒng)包括至少一個第一衛(wèi)星，其被配置為向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個交聯(lián)測距信號。該系統(tǒng)進一步包括至少一個第二衛(wèi)星，其被配置為接收至少一個交聯(lián)測距信號。在一個或多個實施例中，至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星是具有同步時間的定時衛(wèi)星。同樣，該系統(tǒng)包括至少一個處理器，其被配置為通過使用從至少一個交聯(lián)測距信號的發(fā)射到至少一個交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個第一衛(wèi)星到至少一個第二衛(wèi)星的至少一個測距測量值。進一步地，該系統(tǒng)包括至少一個處理器，其進一步被配置為通過使用至少一個測距測量值和/或至少一個定時衛(wèi)星的同步時間，計算至少一個第一衛(wèi)星和至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此的時間和頻率的估計值，從而同步至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的時間和頻率。
[0011]在一個或多個實施例中，至少一個處理器被進一步配置為生成至少一個校正信號，用于同步至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的時間和頻率。在至少一個實施例中，該系統(tǒng)進一步包括至少一個發(fā)射器，其被配置為向至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個校正信號。
[0012]在至少一個實施例中，至少一個定時衛(wèi)星被進一步配置為向至少一個基準站發(fā)射至少一個定位信號。在某些實施例中，至少一個基準站被配置為接收至少一個定位信號。在一個或多個實施例中，至少一個處理器被進一步配置為通過使用從至少一個定位信號的發(fā)射到至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個定時衛(wèi)星到至少一個基準站的至少一個定位測距測量值，以及通過使用至少一個測距測量值、同步時間、來自至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)和/或至少一個定位測距測量值，計算至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的軌道定位的估計值。
[0013]在一個或多個實施例中，該系統(tǒng)進一步包括至少一個基準站，其被配置為向至少一個定時衛(wèi)星發(fā)射至少一個定位信號。在至少一個實施例中，至少一個定時衛(wèi)星被進一步配置為接收至少一個定位查詢信號。在某些實施例中，至少一個處理器被進一步配置為通過使用從至少一個定位信號的發(fā)射到至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個基準站到至少一個定時衛(wèi)星的至少一個定位測距測量值，以及通過使用至少一個測距測量值、同步時間、來自至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)和/或至少一個定位測距測量值，計算至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的軌道定位的估計值。
[0014]在至少一個實施例中，用于為衛(wèi)星星座定時的系統(tǒng)包括至少一個第一衛(wèi)星，其被配置為向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個第一交聯(lián)測距信號并接收至少一個第二交聯(lián)測距信號。該系統(tǒng)進一步包括至少一個第二衛(wèi)星，其被配置為接收至少一個第一交聯(lián)測距信號，并發(fā)射至少一個第二交聯(lián)測距信號。在一個或多個實施例中，至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星是具有同步時間的定時衛(wèi)星。同樣，該系統(tǒng)包括至少一個處理器，其被配置為通過使用從至少一個第一交聯(lián)測距信號的發(fā)射到至少一個第一交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個第一衛(wèi)星到至少一個第二衛(wèi)星的至少一個第一測距測量值。此外，該系統(tǒng)包括至少一個處理器，其被進一步配置為通過使用從至少一個第二交聯(lián)測距信號的發(fā)射到至少一個第二交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從至少一個第二衛(wèi)星到至少一個第一衛(wèi)星的至少一個第二測距測量值。進一步地，該系統(tǒng)包括至少一個處理器，其被進一步配置為通過使用至少一個第一測距測量值、至少一個第二測距測量值和/或來自至少一個定時衛(wèi)星的同步時間，計算至少一個第一衛(wèi)星和至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此的時間和頻率的估計值，從而同步至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星的時間和頻率。
[0015]在一個或多個實施例中，所公開的系統(tǒng)和方法采用銥星下一代衛(wèi)星星座，其中星座的子集配備有GPS接收器或可替代的準確定時源。分散在所有平面中的這個子集經(jīng)由交聯(lián)測距向未配備有GPS接收器的衛(wèi)星提供至星座內的連續(xù)準確時間和頻率的連接。
[0016]在至少一個實施例中，銥星下一代衛(wèi)星星座包括星座的子集，其被配備有GPS接收器或可替代準確定時源，它們被用于向交聯(lián)銥星(現(xiàn)有星座)衛(wèi)星提供準確定時數(shù)據(jù)。
[0017]在一個或多個實施例中，被錨定到準確定時源的衛(wèi)星(即，定時衛(wèi)星)和/或配對衛(wèi)星(即，非定時衛(wèi)星)的衛(wèi)星可以被用于向具有啟用接收器的地面上的用戶發(fā)射定位、導航和定時(PN&T)消息，使得他們可以保持準確時間或使用其作為測距信號。
[0018]在至少一個實施例中，衛(wèi)星交聯(lián)可以跨越具有不同任務的多個星座。
[0019]在一個或多個實施例中，衛(wèi)星交聯(lián)可以跨越具有(如果不是相同但是)相似的任務的至少兩組衛(wèi)星(即，例如具有相似任務的兩個衛(wèi)星區(qū)塊，例如銥星和銥星下一代衛(wèi)星)。
[0020]在至少一個實施例中，至少一個衛(wèi)星可以使用GPS衛(wèi)星求解位置和時間。在某些實施例中，至少一個衛(wèi)星可以使用GPS和銥星衛(wèi)星的組合求解位置和時間。
[0021]在一個或多個實施例中，所公開的系統(tǒng)包括具有準確定時源的至少一個LEO衛(wèi)星(即，定時衛(wèi)星)、能夠與之前所述的LEO衛(wèi)星交聯(lián)以接收準確定時數(shù)據(jù)的至少一個LEO衛(wèi)星(即，非定時衛(wèi)星)以及將準確時間基準關聯(lián)到LEO衛(wèi)星的時間基準的至少一個地面基準站。
[0022]在至少一個實施例中，所公開的系統(tǒng)包括LEO衛(wèi)星星座，其中LEO衛(wèi)星的子集啟用準確定時源(例如，GPS接收器)(即，定時衛(wèi)星)，并且其中星座中的剩余衛(wèi)星(即，非定時衛(wèi)星)能夠與之前的衛(wèi)星(即，定時衛(wèi)星)以星座內的所有衛(wèi)星能夠接收準確定時數(shù)據(jù)的方式交聯(lián)。該系統(tǒng)進一步包括至少一個地面基準站，其將準確時間基準關聯(lián)到LEO衛(wèi)星時間基準。
[0023]在一個或多個實施例中，所公開的系統(tǒng)包括具有準確定時源的至少一個LEO衛(wèi)星(即，定時衛(wèi)星)以及能夠與之前所述的LEO衛(wèi)星(即，定時衛(wèi)星)交聯(lián)以接收準確定時數(shù)據(jù)的至少一個LEO衛(wèi)星(B卩，非定時衛(wèi)星)。該系統(tǒng)進一步包括至少一個地面基準站，以將準確時間基準關聯(lián)到LEO衛(wèi)星時間基準和啟用用戶接收器的設備。
[0024]在至少一個實施例中，衛(wèi)星操作員可以將交聯(lián)測量值用于衛(wèi)星操作，例如以估計衛(wèi)星振蕩器的頻率漂移，并且借助衛(wèi)星的時間偏差和偏差速率項，計算將衛(wèi)星的時間和頻率調整到允許范圍內的命令。
[0025]在一個或多個實施例中，為了最大程度利用精確定時的到達時間(TOA)測量值的優(yōu)勢，本發(fā)明借助地面基準站進行精確的TOA和多普勒測量，以最佳估計軌道的徑向分量，這可以被用于軌道確定。
[0026]這些特征、功能和優(yōu)勢可以在本發(fā)明的不同實施例中單獨實現(xiàn)，或可以在其他實施例中組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]通過下列描述、隨附的權利要求以及附圖，本發(fā)明的這些特征、方面和優(yōu)勢以及其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中:
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的可以由使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的所公開的系統(tǒng)采用的示例衛(wèi)星星座的示意圖。
[0029]圖2是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的所公開的系統(tǒng)的示意圖。[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的所公開的方法的流程圖。
[0031]圖4是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和地面站時鐘基準進行時間同步的詳細方法的流程圖。
[0032]圖5是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和配備有GPS接收器的至少一個銥星衛(wèi)星進行時間同步的詳細方法的流程圖。
[0033]圖6是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和地面到達時間(TOA)測量值進行時間同步和軌道確定以估計銥星星座星歷表的詳細方法的流程圖。
[0034]圖7是本發(fā)明的至少一個實施例的示出用交聯(lián)測距可實現(xiàn)的精度的曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]本文公開的方法和裝置提供一種用于衛(wèi)星星座的先進定時和時間傳遞的有效系統(tǒng)。具體地，該系統(tǒng)涉及使用交聯(lián)測距和準確時間源的用于衛(wèi)星星座的先進定時和時間傳遞。
[0036]本發(fā)明總體涉及提供改進的定位、導航和用于振蕩器校準的定時信息的系統(tǒng)，更具體地，涉及使用能夠訪問準確時間源的至少一個衛(wèi)星來校準交聯(lián)配對的衛(wèi)星上的本地振蕩器。在至少一個實施例中，具有交聯(lián)能力的衛(wèi)星子集上的準確時間被用于通過交聯(lián)衛(wèi)星的網(wǎng)絡分發(fā)時間。
[0037]所公開的系統(tǒng)和方法具有至少5個主要特征。第一個主要特征涉及通過交聯(lián)估計配對衛(wèi)星的時間。這個特定特征基于在沒有地面跟蹤的情況下估計衛(wèi)星星座內的衛(wèi)星上的準確時間的方法。一組交聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星可以對它們緊鄰聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星對進行準確的到達時間(TOA)測量(S卩，相對于它們自身的空間交通工具(SV)振蕩器和對時間的知曉)。這樣的益處是，其允許聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星對利用(leverage)其他衛(wèi)星的益處，而潛在地沒有與類似地配備所有衛(wèi)星關聯(lián)的高成本。在本發(fā)明的至少一個實施例中，交聯(lián)測距可以被實現(xiàn)為“正?！苯宦?lián)通信協(xié)議的一部分。在一個實施例中，為了更加經(jīng)濟有效，某些衛(wèi)星可以配備有能夠非常準確地確定GPS時間和頻率的GPS接收器，并且GPS時間和頻率被用于校準所配備的衛(wèi)星的振蕩器。通過這種方式，配備GPS的衛(wèi)星提供了對GPS時間的所有測量值的錨定(anchoring)。可以收集和過濾所有交聯(lián)測量值，以估計每個SV時間相對于GPS時間的偏差和偏差速率。這些偏差和偏差速率項可以被地面上的接收器用于將任何SV時間校正到GPS時間。需要指出的是，代替使用GPS信號進行同步，所公開的系統(tǒng)和方法可以采用各種不同的方式來提供同步，包括但不限于，至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個伽利略衛(wèi)星信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和/或原子鐘。此外，需要指出的是，所公開的系統(tǒng)和方法可以用于各種類型的衛(wèi)星星座，例如LEO、GEO和/或MEO衛(wèi)星星座。
[0038]所公開的系統(tǒng)和方法的第二個主要特征涉及交聯(lián)測量值的二次應用。對于這個特征，同一組交聯(lián)測量值可以被星座操作員用于所需的衛(wèi)星操作，例如估計衛(wèi)星振蕩器的頻率漂移，并且借助于衛(wèi)星的時間偏差和偏差速率項，計算命令以將衛(wèi)星時間和頻率調整到可允許的范圍內。
[0039]本發(fā)明的第三個主要特征涉及在軌偏差處理，以最小化地面基礎設施的要求。對于這個特征，可以以分布方式在交聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星之間執(zhí)行TOA測量值的處理以估計衛(wèi)星時間偏差和偏差速率，從而最小化或整體消除對地面處理的需要，由此在沒有地面接觸的情況下使所估計的項可用。
[0040]所公開的系統(tǒng)和方法的第四個主要特征涉及利用GPS錨定的衛(wèi)星的益處的配對衛(wèi)星。這個主要特征類似于GPS錨定的衛(wèi)星使用其基于GPS的時間和頻率信息來同步本地振蕩器。對于這個特征，剩余的衛(wèi)星可以通過在這個過程中估計的時間和頻率信息同步它們的振蕩器。
[0041]所公開的系統(tǒng)和方法的第五個主要特征涉及軌道確定。對于這個特征，交聯(lián)TOA測量和借助配備GPS的衛(wèi)星的稀疏錨定被用于執(zhí)行軌道確定。交聯(lián)TOA測量值被處理以確保所有測量的公共時基。交聯(lián)測量對衛(wèi)星高度的相對小變化是不敏感的，這是由于用于測量的視線幾乎垂直于天底角的高度。為了最大程度利用精確定時的TOA測量的優(yōu)勢，本發(fā)明借助地面基準站進行精確的TOA和多普勒測量，以最佳估計軌道的徑向分量。
[0042]在下列描述中，闡述眾多細節(jié)是為了對該系統(tǒng)進行更徹底地描述。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施所公開的系統(tǒng)。在其他實例中，眾所周知的特征并沒有被詳細描述，以免不必要地混淆本系統(tǒng)。
[0043]根據(jù)一個或多個實施例的系統(tǒng)和方法被提供，用于通過利用交聯(lián)和準確時間源來提供準確定時信息，以校準在配對衛(wèi)星上的本地振蕩器，由此改善基于衛(wèi)星的位置、導航和定時(PN&T)。在至少一個實施例中，配對衛(wèi)星可以使用這點來進行典型的在軌操作，作為交聯(lián)協(xié)議的一部分。在至少一個實施例中，不止一個交聯(lián)可以被用于將時間分發(fā)到至少兩個配對衛(wèi)星中(例如，一個衛(wèi)星向在同一平面中的一個在前且一個在后的兩個衛(wèi)星發(fā)送信息)。在至少一個實施例中，具有交聯(lián)能力的衛(wèi)星子集上的準確時間被用于通過交聯(lián)衛(wèi)星的網(wǎng)絡分發(fā)時間。在至少一個實施例中，這個過程可以被用于在整個星座上分發(fā)時間。在至少一個實施例中，所公開的方法可以被進一步用于通過測量距離確定點的絕對位置或相對位置，以便進行軌道確定。
[0044]在某些實施例中，配對衛(wèi)星可以被用于向地面上的用戶傳輸PN&T消息(即，準確的衛(wèi)星位置和定時信息)，使得他們可以改善時間準確度或使用衛(wèi)星信號作為測距信號。在至少一個實施例中，通過使用衛(wèi)星交聯(lián)和準確定時源，來自至少一個LEO衛(wèi)星的通信信號已經(jīng)適于向地面上的啟用的接收器提供時間和頻率。在至少一個實施例中，至少一個LEO衛(wèi)星是銥星衛(wèi)星(即，來自現(xiàn)有的銥星星座)和/或銥星下一代衛(wèi)星。
[0045]在至少一個實施例中，準確定時源包括被安裝在衛(wèi)星星座內具有交聯(lián)能力的LEO衛(wèi)星子集上的至少一個GPS接收器。在至少一個實施例中，交聯(lián)可以跨越具有合理的交聯(lián)兼容性的至少兩個不同衛(wèi)星配置之間。
[0046]在至少一個實施例中，GPS接收器被安裝在LEO星座內的衛(wèi)星子集上，并被用于通過經(jīng)由衛(wèi)星關聯(lián)的交聯(lián)傳遞定時信息來保持那些沒有類似安裝的定時源的衛(wèi)星上的更準確時間。
[0047]在相關的發(fā)明中已經(jīng)示出，來自LEO衛(wèi)星的通信信號可以適于向地面上或接近地面上的位于衛(wèi)星占位面積(footprint)內的啟用的接收器提供時間和頻率。這個過程的關鍵部分是知道在信號傳輸時衛(wèi)星相對于某些標準的時間。方便的時間標準是GPS時間，然而，估計每個衛(wèi)星的時間會需要廣泛地監(jiān)測地面上的站點，這取決于衛(wèi)星上的基準振蕩器的性能。在LEO衛(wèi)星上集成GPS接收器提供了確定衛(wèi)星上的位置、速度和時間的最佳方式。在軌道足夠低時，GPS位置和定時信息的可用性和準確度能夠大致與GPS接收器處于地球表面上的情況相比擬。然而，衛(wèi)星星座的缺點是，在每個衛(wèi)星上安裝這種接收器會是非常昂貴的，并且因此可能妨礙實施，這就是為什么示例性實施例中僅星座的子集包括這種昂貴的硬件，以便最大化架構的性能并且最小化架構的成本。如先前所述的，交聯(lián)衛(wèi)星還具有另一個優(yōu)點，即它們允許系統(tǒng)以較少的地面監(jiān)測站操作，因為測量值可以通過交聯(lián)傳遞。
[0048]對于具有雙向交聯(lián)通信能力的衛(wèi)星(例如銥星)星座，準確的TOA測量值可以被用于估計衛(wèi)星相對于彼此的時間。TOA測量將允許本地衛(wèi)星振蕩器如何按照以時間為函數(shù)的頻率誤差或相對于GPS的時基操作之間的關系。在至少一個實施例中，來自地面的TOA測量值可以被用于定義它們的相對時間與衛(wèi)星平面的GPS時間之間的關系。
[0049]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的示例衛(wèi)星星座的示意圖100,這些衛(wèi)星可以被所公開的系統(tǒng)用于使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞。在這幅圖中，五個衛(wèi)星110、120、130、140和150被示為繞地球160的軌道運行。衛(wèi)星110、120、140和150是銥星LEO衛(wèi)星，而衛(wèi)星130是LEO銥星下一代衛(wèi)星。這五個衛(wèi)星中的一個(衛(wèi)星130)被配備有GPS接收器，以從GPS衛(wèi)星(未示出)接收GPS信號。因此，衛(wèi)星130被稱為定時衛(wèi)星。五個衛(wèi)星中剩余的四個衛(wèi)星(衛(wèi)星110、120、140和150)未配備GPS接收器，因此，它們被稱為非定時衛(wèi)星。五個衛(wèi)星向星座中它們鄰近的衛(wèi)星發(fā)射和接收交聯(lián)信號。例如，衛(wèi)星130被示為發(fā)射交聯(lián)信號并且從衛(wèi)星110、120和140接收交聯(lián)信號。
[0050]圖2是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的所公開的系統(tǒng)的示意圖200。在這幅圖中，至少一個GPS衛(wèi)星210被示為向第一銥星衛(wèi)星(Satl) 220發(fā)射GPS信號215。GPS信號215包含準確時間信息，并且可選地包含星歷表數(shù)據(jù)。Satl220是LEO銥星下一代衛(wèi)星，其被配備有GPS接收器，因此能夠接收GPS信號215。Satl220將其從GPS信號215接收的GPS定時信息傳遞到操作中心250，并且可選地，在某些實施例中，將其機載振蕩器訓練(disc ip line)到GPS定時。由于Satl220能夠接收準確時間信息，因此Satl220被稱為“定時衛(wèi)星”。需要指出的是，在其他實施例中，定時衛(wèi)星能夠通過除了 GPS信號之外的方式(例如通過原子鐘)獲得準確時間信息。
[0051]Satl220也被示為向另一個銥星衛(wèi)星(Sat2) 230發(fā)射第一 K波段交聯(lián)測距信號225。第一 K波段交聯(lián)測距信號225包含準確時間信息。與Satl220不同，作為LEO銥星衛(wèi)星的Sat2230未配備有GPS接收器，并且不具有準確時間信息。因此，Sat2230被稱為“非定時衛(wèi)星”。在Sat2230接收K波段交聯(lián)測距信號225之后，Sat2230向Satl220發(fā)送第二K波段交聯(lián)測距信號226。一旦Satl220從Sat2230接收到第二 K波段交聯(lián)測距信號226，Sat 1220就向Sat2230發(fā)送測距K波段交聯(lián)信號227。測距K波段交聯(lián)信號227包含交聯(lián)測距數(shù)據(jù)(例如，從第一 K波段交聯(lián)信號225的發(fā)射到第一 K波段交聯(lián)信號225的接收所經(jīng)過的時間量，以及從第二 K波段交聯(lián)測距信號226的發(fā)射到第二 K波段交聯(lián)測距信號226的接收所經(jīng)過的時間量)以及由Satl220從GPS信號215獲得的準確時間信息。接著，Sat2230經(jīng)由基于地球的饋線鏈路240向地面操作中心250無線地并且可選地有線地發(fā)射信號235。信號235包含交聯(lián)測距數(shù)據(jù)和準確時間信息。
[0052]一旦操作中心250接收到信號235，在操作中心250處的至少一個處理器通過使用從第一 K波段交聯(lián)信號225的發(fā)射到第一 K波段交聯(lián)信號225的接收所經(jīng)過的時間量和/或通過使用從第二 K波段交聯(lián)測距信號226的發(fā)射到第二 K波段交聯(lián)信號226的接收所經(jīng)過的時間量來計算從Satl220到Sat2230的交聯(lián)測距測量值。此外，在操作中心250處的至少一個處理器通過使用交聯(lián)測距測量值和準確時間信息(其由Satl220從GPS信號215獲得)來計算Satl220和Sat2230相對于彼此以及相對于GPS時間(S卩，準確時間)的時間和頻率的估計值，從而將Satl和Sat2的時間和頻率同步。
[0053]在某些實施例中，Satl220可選地向地面基準站260發(fā)送第一 L波段定位信號255。在基準站260接收到第一 L波段定位信號255之后，基準站260向Satl220發(fā)送第二L波段定位信號256。一旦Satl220從基準站260接收到第二 L波段定位信號256，Satl220就向基準站260發(fā)送測距L波段定位信號257。測距L波段定位信號257包含:徑向測距數(shù)據(jù)(例如，從第一 L波段定位信號255的發(fā)射到第一 L波段定位信號255的接收所經(jīng)過的時間量，以及從第二 L波段定位信號256的發(fā)射到第二 L波段定位信號256的接收所經(jīng)過的時間量);由Satl220從GPS信號215獲得的準確時間信息和星歷表數(shù)據(jù)；以及可選地，交聯(lián)測距數(shù)據(jù)(例如，從第一 K波段交聯(lián)信號225的發(fā)射到第一 K波段交聯(lián)信號225的接收所經(jīng)過的時間量，以及從第二 K波段交聯(lián)測距信號226的發(fā)射到第二 K波段交聯(lián)信號226的接收所經(jīng)過的時間量)。接著，基準站260向地面操作中心250無線地和/或有線地發(fā)射信號265。信號265包含徑向測距數(shù)據(jù)、準確時間信息、星歷表數(shù)據(jù)以及可選地包含交聯(lián)測距數(shù)據(jù)。
[0054]一旦操作中心250接收到信號265，在操作中心250處的至少一個處理器通過使用從第一 L波段定位信號255的發(fā)射到第一 L波段定位信號255的接收所經(jīng)過的時間量和/或從第二 L波段定位信號256的發(fā)射到第二 L波段定位信號256的接收所經(jīng)過的時間量來計算從Satl220到基準站260的徑向測距測量值。同樣，在操作中心250處的至少一個處理器通過使用交聯(lián)測距測量值、準確時間信息、星歷表數(shù)據(jù)和徑向測距測量值來計算Satl220和/或Sat2230的軌道定位的估計值。
[0055]需要指出的是，在替換實施例中，交聯(lián)測距可以僅是單向測距，而不是如圖2所示的雙向測距。同樣，在其他實施例中，徑向測距可以是單向測距(上行鏈路測距或下行鏈路測距)，而不是如圖2所示的雙向測距。同樣，需要指出的是，在某些實施例中，對于單向測距和雙向測距兩種情形，發(fā)送第一交聯(lián)測距信號的衛(wèi)星是定時衛(wèi)星，而接收第一交聯(lián)測距信號的衛(wèi)星是非定時衛(wèi)星，如圖2中的情況。在其他實施例中，對于單向測距和雙向測距兩種情形，發(fā)送第一交聯(lián)測距信號的衛(wèi)星是非定時衛(wèi)星，而接收第一交聯(lián)測距信號的衛(wèi)星是定時衛(wèi)星。此外，需要指出的是，對于所公開的系統(tǒng)和方法，可以存在星座中的哪一些衛(wèi)星是定時衛(wèi)星并且哪一些衛(wèi)星是非定時衛(wèi)星的各種其他不同的組合。
[0056]此外，需要指出的是，在某些實施例中，執(zhí)行計算的至少一個處理器位于衛(wèi)星上，而不是位于地面站(即，地面位置)，例如地面操作中心250。因此得出，至少一個處理器執(zhí)行計算所需要的數(shù)據(jù)可以通過各種不同路線(其可以是無線的和/或有線的)被傳輸?shù)街辽僖粋€處理器。同樣，需要指出的是，交聯(lián)信號和徑向定位信號可以是除了 K波段和L波段之外的其他頻率。此外，在一個或多個實施例中，所公開的系統(tǒng)和方法不采用饋線鏈路來傳遞信號。在至少一個實施例中，所公開的系統(tǒng)和方法采用不止一個饋線鏈路來傳遞信號。此外，需要指出的是，在其他實施例中，定時衛(wèi)星可以從至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個伽利略衛(wèi)星信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和/或原子鐘接收其定時信息。對于這些情況，定時衛(wèi)星將被配備有GLONASS接收器、伽利略(Galileo)接收器和/或北斗接收器，以便分別接收GLONASS信號、伽利略衛(wèi)星信號和/或北斗信號。此外，需要指出的是，在某些實施例中，定時信息不是準確時間，并且定時衛(wèi)星可以簡單地從其自己的內部振蕩器獲得定時?目息。
[0057]圖3是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和準確時間源為衛(wèi)星星座進行先進定時和時間傳遞的所公開的方法300的流程圖。在方法300的開始310處，至少一個第一衛(wèi)星向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個交聯(lián)測距信號320。在一個或多個實施例中，至少一個第一衛(wèi)星和/或至少一個第二衛(wèi)星是具有同步時間(例如，GPS時間)的定時衛(wèi)星。(多個)第二衛(wèi)星從(多個)第一衛(wèi)星接收(多個)交聯(lián)測距信號330。
[0058]在(多個)第二衛(wèi)星接收到(多個)交聯(lián)測距信號之后，至少一個處理器通過使用從(多個)交聯(lián)測距信號的發(fā)射到(多個)交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量來計算從(多個)第一衛(wèi)星到(多個)第二衛(wèi)星的至少一個測距測量值340。接著，至少一個處理器通過使用至少一個測距測量值和同步時間來計算(多個)第一衛(wèi)星和(多個)第二衛(wèi)星相對于彼此以及相對于同步時間的時間和頻率的估計值，從而將(多個)第一衛(wèi)星和/或(多個)第二衛(wèi)星的時間和頻率同步350。在至少一個處理器計算出時間和頻率的估計值之后，該方法結束360。
[0059]圖4是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和地面站時鐘基準進行時間同步的詳細方法400的流程圖。在該方法400的開始410處，地面控制將空間交通工具(SV)(例如，銥星衛(wèi)星)的時間和頻率調節(jié)到接近GPS時間以及最小的漂移420。在這個步驟(步驟420)期間，地面控制估計每次地面站(例如，遙測、跟蹤以及控制/命令(TTAC)地球站)經(jīng)過時的時間、頻率和軌道。接著，地面站使用這個數(shù)據(jù)以某個或不同時間間隔生成調整SV時間和頻率的命令(例如，其大約每12小時生成命令)。接著，SV按照命令所指示地調整其數(shù)據(jù)時鐘(即，時間)和其主頻率振蕩器。數(shù)據(jù)時鐘在多個 L波段幀上被調整，以便不干擾其他服務。
[0060]在SV時間和頻率中的每一個均被調整之后，所有SV計算所有有效交聯(lián)上的K波段交聯(lián)消息突發(fā)的到達時間(TOA) 430。TOA基于由SV交聯(lián)接收器數(shù)據(jù)時鐘為保持數(shù)據(jù)同步而進行的調整。
[0061]在所有SV計算出TOA之后，所有SV向地面發(fā)送它們的交聯(lián)TOA測量值以便進行處理440。TOA測量值可以是原始測量值或通過曲線擬合來表示。在所有SV向地面發(fā)送交聯(lián)TOA測量值之后，正在跟蹤銥星SV的地面接收器相對于GPS時間進行TOA和多普勒測量450。對于這個步驟(步驟450)，地面接收器具有驅動GPS接收器和銥星接收器兩者的公共頻率標準。TOA和多普勒測量值與GPS時間相關。
[0062]在地面接收器進行測量之后，地面處理為所有SV估計相對于GPS時間的時鐘偏差和時鐘漂移460。更新速率基于SV交聯(lián)對TOA進行二次擬合的速率。集中式處理使用銥星星歷表數(shù)據(jù)來計算存在TOA數(shù)據(jù)的所有SV間與SV-地面聯(lián)系的飛行時間值。接著，集中式處理從測量值中去除飛行時間值。接著，集中式處理估計SV相對于彼此的時鐘偏差和漂移，從而在地面接收器跟蹤數(shù)據(jù)可用時將其錨定到GPS時間。
[0063]在地面處理進行估計之后，時鐘偏差和漂移估計值被用于生成銥星SV時鐘校正項470。在生成校正項之后，該方法400結束480。[0064]圖5是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和至少一個配備有GPS接收器的銥星衛(wèi)星進行時間同步的詳細方法500的流程圖。在方法500的開始510處，地面控制將空間交通工具(SV)(例如，銥星衛(wèi)星)的時間和頻率調整到接近GPS時間以及最小的漂移520。在這個步驟(步驟520)期間，地面控制估計每次地面站(例如，TTAC地球站)經(jīng)過時的SV時間、頻率和軌道。接著，地面站使用這個數(shù)據(jù)以某個或不同時間間隔生成調整SV時間和頻率的命令(例如，其大約每12小時生成命令)。接著，SV按照命令所指示地調整其數(shù)據(jù)時鐘(即，時間)和其主頻率振蕩器。數(shù)據(jù)時鐘在多個L波段幀上被調整，以便不干擾其他服務。
[0065]在SV時間和頻率中的每個被調整之后，由SV頻率振蕩器驅動的配備有GPS接收器的SV各自確定它們的位置、速度和時間(PVT)，并計算它們相對于GPS時間的振蕩器時鐘偏差和漂移530。接著，所有SV計算在所有有效交聯(lián)上的K波段交聯(lián)消息突發(fā)的到達時間(TOA) 540。TOA基于由SV交聯(lián)接收器數(shù)據(jù)時鐘為保持數(shù)據(jù)同步而進行的調整。
[0066]在所有SV計算出TOA之后，所有SV向地面發(fā)送它們的交聯(lián)TOA測量值，以便進行處理550。TOA測量值可以是原始測量值或通過曲線擬合來表示。配備有GPS接收器的SV向地面發(fā)送它們計算出的時鐘偏差和漂移，以便進行處理。
[0067]在所有SV向地面發(fā)送它們的TOA測量值以便進行處理之后，地面處理為所有SV估計相對于GPS時間的時鐘偏差和時鐘漂移560。集中式處理使用銥星星歷表數(shù)據(jù)來計算存在TOA數(shù)據(jù)的所有SV間與SV-地面聯(lián)系的飛行時間值。接著，集中式處理從測量值中去除飛行時間值。接著，集中式處理估計SV相對于彼此的時鐘偏差和漂移，從而使用SV的基于GPS的振蕩器時鐘偏差和漂移測量值將其錨定到GPS時間。
[0068]在地面處理進行估計之后，時鐘偏差和漂移估計值被用于生成銥星SV時鐘校正項570。在生成校正項之后，該方法500結束580。
[0069]圖6是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的使用交聯(lián)測距和地面到達時間(TOA)測量值來估計銥星星座星歷表以便進行時間同步和軌道確定的詳細方法600的流程圖。在方法600的開始610處，地面控制將空間交通工具(SV)(例如，銥星衛(wèi)星)的時間和頻率調整到接近GPS時間以及最小的漂移620。在這個步驟(步驟620)期間，地面控制估計每次地面站(例如，TTAC地球站)經(jīng)過時的SV時間、頻率和軌道。接著，地面站使用這個數(shù)據(jù)以某個或不同時間間隔生成調整SV時間和頻率的命令(例如，其大約每12小時生成命令)。接著，SV按照命令所指示地調整其數(shù)據(jù)時鐘(即，時間)和其主頻率振蕩器。數(shù)據(jù)時鐘在多個L波段幀上被調整，以便不干擾其他服務。
[0070]在SV時間和頻率中的每一個被調整之后，由SV頻率振蕩器驅動的配備有GPS接收器的SV均確定它們的位置、速度和時間(PVT)，并計算它們相對于GPS時間的振蕩器時鐘偏差和漂移630。接著，所有SV計算在所有有效交聯(lián)上的K波段交聯(lián)消息突發(fā)的到達時間(TOA) 640。TOA基于由SV交聯(lián)接收器數(shù)據(jù)時鐘為了保持數(shù)據(jù)同步而進行的調整。
[0071]在所有SV計算出TOA之后，所有SV向地面發(fā)送它們的交聯(lián)TOA測量值，以便進行處理650。TOA測量值可以是原始測量值或通過曲線擬合來表示。配備有GPS接收器的SV向地面發(fā)送它們計算出的時鐘偏差和漂移，以便進行處理。
[0072]在所有SV向地面發(fā)送交聯(lián)TOA測量值之后，正在跟蹤銥星SV的地面接收器進行相對于GPS時間的TOA和多普勒測量660。對于這個步驟(步驟660)，地面接收器具有驅動GPS接收器和銥星接收器兩者的公共頻率標準。TOA和多普勒測量值與GPS時間相關。
[0073]在地面接收器進行測量之后，地面處理為所有SV估計相對于GPS時間的時鐘偏差和時鐘漂移670。集中式處理使用銥星星歷表數(shù)據(jù)來計算TOA數(shù)據(jù)所用于的所有SV間與SV-地面聯(lián)系的飛行時間值。接著，集中式處理從測量值中去除飛行時間值。接著，集中式處理估計SV相對于彼此的時鐘偏差和漂移，從而使用銥星SV的基于GPS的振蕩器時鐘偏差和漂移測量值將其錨定到GPS時間。
[0074]在地面處理進行估計之后，地面處理使用交聯(lián)和下行鏈路(B卩，徑向)Τ0Α測量值來更新銥星SV軌道估計680。接著，銥星SV時鐘偏差和漂移估計值被用于生成銥星SV時鐘校正項685。在生成校正項之后，銥星SV軌道估計值被用于生成SV星歷表690。在生成SV星歷表之后，該方法600結束695。
[0075]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的用交聯(lián)測距可實現(xiàn)的準確度的曲線圖。該曲線圖示出以時間(水平刻度，秒(S))為函數(shù)的范圍誤差(垂直刻度，以米為(m)單位)。這個準確度提供了?20納秒的單個交聯(lián)定時準確度和?6米的范圍準確度。銥星衛(wèi)星的整個網(wǎng)絡被預期具有小于40納秒的定時誤差和小于12米的范圍誤差。冗余測量可以被使用以進一步降低這些誤差。
[0076]雖然本文已經(jīng)公開了某些說明性實施例和方法，但是從前述公開對本領域技術人員顯而易見的是，在沒有偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的情況下，可以對這些實施例和方法進行各種變化和修改。存在本發(fā)明的許多其他示例，它們各自僅在細節(jié)上不同于其他示例。因此，旨在本發(fā)明應當僅被限于隨附的權利要求和適用法律的規(guī)則和原理所要求的范圍。
【權利要求】
1.一種用于為衛(wèi)星星座定時的方法，所述方法包括: 由至少一個第一衛(wèi)星向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個交聯(lián)測距信號，其中所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個是具有同步時間的定時衛(wèi)星； 由所述至少一個第二衛(wèi)星接收所述至少一個交聯(lián)測距信號； 通過使用從所述至少一個交聯(lián)測距信號的發(fā)射到所述至少一個交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個第一衛(wèi)星到所述至少一個第二衛(wèi)星的至少一個測距測量值；以及 通過使用所述至少一個測距測量值和來自所述至少一個定時衛(wèi)星的所述同步時間中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此以及相對于所述同步時間的時間和頻率的估計值，從而將所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的時間和頻率同步。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述至少一個第一衛(wèi)星是具有所述同步時間的定時衛(wèi)星，并且所述至少一個第二衛(wèi)星是沒有所述同步時間的非定時衛(wèi)星。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述同步時間是準確時間。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由以下中的至少一個獲得所述同步時間:至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個伽利略衛(wèi)星信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和原子鐘。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述同步時間不是準確時間。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述至少一個第二衛(wèi)星是具有所述同步時間的定時衛(wèi)星，而所述至少一個第一衛(wèi)星是沒有所述同步時間的非定時衛(wèi)星。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法`，其中所述方法進一步包括生成至少一個校正信號，用于同步所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的時間和頻率；以及 向所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個發(fā)射所述至少一個校正信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星是低地球軌道(LEO)衛(wèi)星、中等地球軌道(MEO)衛(wèi)星和同步地球軌道(GEO)衛(wèi)星中的至少一個。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括: 由所述至少一個定時衛(wèi)星向至少一個基準站發(fā)射至少一個定位信號； 由所述至少一個基準站接收所述至少一個定位信號； 通過使用從所述至少一個定位信號的發(fā)射到所述至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個定時衛(wèi)星到所述至少一個基準站的至少一個定位測距測量值；以及 通過使用所述至少一個測距測量值、所述同步時間、來自所述至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)以及所述至少一個定位測距測量值中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的軌道定位的估計值。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和至少一個伽利略衛(wèi)星信號中的至少一個獲得所述定位數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括: 由至少一個基準站向所述至少一個定時衛(wèi)星發(fā)射至少一個定位信號； 由所述至少一個定時衛(wèi)星接收所述至少一個定位信號； 通過使用從所述至少一個定位信號的發(fā)射到所述至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個基準站到所述至少一個定時衛(wèi)星的至少一個定位測距測量值；以及 通過使用所述至少一個測距測量值、所述同步時間、來自所述至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)以及所述至少一個定位測距測量值中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的軌道定位的估計值。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和至少一個伽利略衛(wèi)星信號中的至少一個獲得所述定位數(shù)據(jù)。
13.一種用于為衛(wèi)星星座定時的方法，所述方法包括: 由至少一個第一衛(wèi)星向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個第一交聯(lián)測距信號，其中所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個是具有同步時間的定時衛(wèi)星；由所述至少一個第二衛(wèi)星接收所述至少一個第一交聯(lián)測距信號； 由所述至少一個第二衛(wèi)星向所述至少一個第一衛(wèi)星發(fā)射至少一個第二交聯(lián)測距信號; 由所述至少一個第一衛(wèi)星接收所述至少一個第二交聯(lián)測距信號； 通過使用從所述至少一個第一交聯(lián)測距信號的發(fā)射到所述至少一個第一交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個第一衛(wèi)星到所述至少一個第二衛(wèi)星的至少一個第一測距測量值； 通過使用從所述至少一個第二交聯(lián)測距信號的發(fā)射到所述至少一個第二交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個第二衛(wèi)星到所述至少一個第一衛(wèi)星的至少一個第二測距測量值；以及 通過使用所述至少一個第一測距測量值、所述至少一個第二測距測量值和來自所述至少一個定時衛(wèi)星的所述同步時間中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此以及相對于所述同步時間的時間和頻率的估計值，從而同步所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的時間和頻率。
14.一種用于為衛(wèi)星星座定時的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 至少一個第一衛(wèi)星，其被配置為向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個交聯(lián)測距信號； 所述至少一個第二衛(wèi)星，其被配置為接收所述至少一個交聯(lián)測距信號， 其中所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個是具有同步時間的定時衛(wèi)星； 至少一個處理器，其被配置為通過使用從所述至少一個交聯(lián)測距信號的發(fā)射到所述至少一個交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個第一衛(wèi)星到所述至少一個第二衛(wèi)星的至少一個測距測量值；以及 所述至少一個處理器被進一步配置為通過使用所述至少一個測距測量值和來自所述至少一個定時衛(wèi)星的所述同步時間中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此以及相對于所述同步時間的時間和頻率的估計值，從而同步所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的時間和頻率。
15.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個第一衛(wèi)星是具有所述同步時間的定時衛(wèi)星，而所述至少一個第二衛(wèi)星是沒有所述同步時間的非定時衛(wèi)星。
16.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述同步時間是準確時間。
17.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個伽利略衛(wèi)星信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和原子鐘中的至少一個獲得所述同步時間。
18.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述同步時間不是準確時間。
19.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個第二衛(wèi)星是具有所述同步時間的定時衛(wèi)星，而所述至少一個第一衛(wèi)星是沒有所述同步時間的非定時衛(wèi)星。
20.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器被進一步配置為生成至少一個校正信號，用于同步所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的時間和頻率。
21.根據(jù)權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括至少一個發(fā)射器，所述至少一個發(fā)射器被配置為向所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個發(fā)射所述至少一個校正信號。
22.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星是低地球軌道(LEO)衛(wèi)星、中等地球軌道(MEO)衛(wèi)星和同步地球軌道(GEO)衛(wèi)星中的至少一個。
23.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個定時衛(wèi)星被進一步配置為向所述至少一個基準站發(fā)射至少一個定位信號； 所述至少一個基準站被配置為接收所述至少一個定位信號；以及 所述至少一個處理器被進一步配置為:通過使用從所述至少一個定位信號的發(fā)射到所述至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個定時衛(wèi)星到所述至少一個基準站的至少一個定位測距測量值；以及通過使用所述至少一個測距測量值、所述同步時間、來自所述至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)和所述至少一個定位測距測量值中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的軌道定位的估計值。
24.根據(jù)權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和至少一個伽利略衛(wèi)星信號中的至少一個獲得所述定位數(shù)據(jù)。
25.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括: 至少一個基準站，其被配置為向所述至少一個定時衛(wèi)星發(fā)射至少一個定位信號； 所述至少一個定時衛(wèi)星被進一步配置為接收所述至少一個定位查詢信號；以及 所述至少一個處理器被進一步配置為:通過使用從所述至少一個定位信號的發(fā)射到所述至少一個定位信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個基準站到所述至少一個定時衛(wèi)星的至少一個定位測距測量值；以及通過使用所述至少一個測距測量值、所述同步時間、來自所述至少一個定時衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)和所述至少一個定位測距測量值中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的軌道定位的估計值。
26.根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個定時衛(wèi)星經(jīng)由至少一個全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)信號、至少一個北斗導航系統(tǒng)信號和至少一個伽利略衛(wèi)星信號中的至少一個獲得所述定位數(shù)據(jù)。
27.一種用于為衛(wèi)星星座定時的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少一個第一衛(wèi)星，其被配置為向至少一個第二衛(wèi)星發(fā)射至少一個第一交聯(lián)測距信號，并接收至少一個第二交聯(lián)測距信號； 所述至少一個第二衛(wèi)星，其被配置為接收所述至少一個第一交聯(lián)測距信號，并發(fā)射所述至少一個第二交聯(lián)測距信號， 其中所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個是具有同步時間的定時衛(wèi)星； 至少一個處理器，其被配置為通過使用從所述至少一個第一交聯(lián)測距信號的發(fā)射到所述至少一個第一交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個第一衛(wèi)星到所述至少一個第二衛(wèi)星的至少一個第一測距測量值； 所述至少一個處理器被進一步配置為通過使用從所述至少一個第二交聯(lián)測距信號的發(fā)射到所述至少一個第二交聯(lián)測距信號的接收所經(jīng)過的時間量，計算從所述至少一個第二衛(wèi)星到所述至少一個第一衛(wèi)星的至少一個第二測距測量值；以及 所述至少一個處理器被進一步配置為通過使用所述至少一個第一測距測量值、所述至少一個第二測距測量值和來自所述至少一個定時衛(wèi)星的所述同步時間中的至少一個，計算所述至少一個第一衛(wèi)星和所述`至少一個第二衛(wèi)星相對于彼此以及相對于所述同步時間的時間和頻率的估計值，從而同步所述至少一個第一衛(wèi)星和所述至少一個第二衛(wèi)星中的至少一個的時間和頻率。
【文檔編號】H04B7/185GK103797727SQ201280043915
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年7月31日 優(yōu)先權日:2011年9月9日
【發(fā)明者】D·A·愛爾蘭, G·M·格特, P·M·法伊夫 申請人:波音公司