本公開涉及時間傳遞領(lǐng)域，特別地，涉及一種基于雙載波相位實時補償?shù)男l(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法。

背景技術(shù)：

對于自由空間時間傳遞，目前常用的方法主要有搬運鐘法、衛(wèi)星共視法、衛(wèi)星全視法、衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞法等。其中，衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞法是目前世界上最準確的遠距離時間比對技術(shù)之一，其時間比對準確度優(yōu)于1ns，頻率傳輸穩(wěn)定度優(yōu)于10^-14/天。從1999年起，經(jīng)國際電信聯(lián)盟(itu)推薦，衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞法正式用于世界原子時(tai)和世界協(xié)調(diào)時(utc)的計算。目前它已廣泛應用于時間頻率、電信和衛(wèi)星導航等諸多領(lǐng)域。我國的國家授時中心自1998年起和日本的國家信息通信技術(shù)研究所(nict)開始構(gòu)建衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路，并于2001年起正式加入utc計算。

目前，衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞主要基于偽碼的偽距測量，精度受限于偽隨機碼的帶寬和長度。另外，由于傳輸路徑的時延起伏引入的傳遞誤差，傳遞精度已不能滿足守時鐘組的傳遞需求，從而構(gòu)成了實現(xiàn)更高精度的tai和utc的瓶頸，亟待發(fā)展基于傳輸路徑時延實時測量及主動補償?shù)男滦托l(wèi)星時間傳遞方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本公開提出了一種雙載波衛(wèi)星雙向時間傳遞方法，利用載波信號的高頻率、高相位分辨率特征，對傳輸路徑時延進行高精度的實時測量和動態(tài)補償，實現(xiàn)地面站向衛(wèi)星的時間注入，及異地地面站間的高精度時間傳遞。

(二)技術(shù)方案

本公開提供了一種基于雙載波相位實時補償?shù)男l(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法，其中，包括：構(gòu)建衛(wèi)星雙向時間傳遞鏈路；第一地面站將兩路待傳輸上行信號傳輸至衛(wèi)星；衛(wèi)星由接收到的兩路上行信號生成兩路待傳輸下行信號，并經(jīng)過相同傳輸路徑將兩路待傳輸下行信號傳輸至第一地面站；第一地面站測量接收到的兩路下行信號的相位，得到第一路信號和第二路信號各自的傳輸相位延遲，并得到傳輸路徑時延；以及第一地面站根據(jù)傳輸路徑時延生成誤差信號，對兩路待傳輸上行信號的相位進行補償，實現(xiàn)對傳輸路徑時延的動態(tài)補償以及第一地面站的時間信號向衛(wèi)星的注入。

在本公開的一些實施例中，其中，所述第一地面站將兩路待傳輸上行信號傳輸至衛(wèi)星的步驟中，所述兩路待傳輸上行信號由第一地面站參考于本地時鐘產(chǎn)生。

在本公開的一些實施例中，其中，所述衛(wèi)星由接收到的兩路上行信號生成兩路待傳輸下行信號的步驟中，所述兩路上行信號分別與衛(wèi)星的本振信號進行下混頻，得到兩路待傳輸下行信號。

在本公開的一些實施例中，其中，所述第一地面站測量接收到的兩路下行信號的相位，得到第一路信號和第二路信號各自的傳輸相位延遲，并得到傳輸路徑時延的步驟包括：第一地面站接收所述兩路待傳輸下行信號，得到兩路下行信號，并測量第一路下行信號的相位和第二路下行信號的相位，得到第一路信號的傳輸相位延遲和第二路信號的傳輸相位延遲根據(jù)下式計算得到傳輸路徑時延δta：

其中，ω1、ω2分別為第一路信號和第二信號的角頻率。

在本公開的一些實施例中，其中，所述第一地面站產(chǎn)生誤差信號δtae＝-δta，δta為傳輸路徑時延，并對兩路待傳輸上行信號的相位進行補償，補償后的兩路待傳輸上行信號傳輸至衛(wèi)星。

在本公開的一些實施例中，其中，所述第一地面站根據(jù)傳輸路徑時延生成誤差信號，對兩路待傳輸上行信號的相位進行補償之后還包括：第二地面站將兩路待傳輸上行信號傳輸至衛(wèi)星；衛(wèi)星由接收到的兩路上行信號生成兩路待傳輸下行信號，并經(jīng)過相同傳輸路徑將兩路待傳輸下行信號傳輸至第二地面站；第二地面站測量接收到的兩路下行信號的相位，得到第一路信號和第二路信號各自的傳輸相位延遲，并得到傳輸路徑時延；以及第二地面站根據(jù)傳輸路徑時延生成誤差信號，對兩路待傳輸上行信號的相位進行補償，實現(xiàn)對傳輸路徑時延的動態(tài)補償以及第二地面站的時間信號向衛(wèi)星的注入；第二地面站接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的第一地面站的一路下行信號，以及頻率相同的第二地面站的一路下行信號，第二地面站根據(jù)所述兩路下行信號的相位獲得第一地面站和第二地面站的相對鐘差。；第二地面站接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的第一地面站的一路下行信號，以及頻率相同的第二地面站的一路下行信號，第二地面站根據(jù)所述兩路下行信號的相位獲得第一地面站和第二地面站的相對鐘差。

在本公開的一些實施例中，其中，所述第二地面站接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的第一地面站的一路下行信號，以及頻率相同的第二地面站的一路下行信號，第二地面站根據(jù)所述兩路下行信號的相位獲得第一地面站和第二地面站的相對鐘差包括：衛(wèi)星將第一地面站的第一路待傳輸下行信號傳輸至第二地面站；第二地面站接收來自第一地面站的第一路待傳輸下行信號，得到來自第一地面站的第一路下行信號，并測量該第一路下行信號的相位；第二地面站接收與該第一路下行信號角頻率相同的一路下行信號，測量該路下行信號的相位；由上述兩路下行信號的相位之差除以下行信號的角頻率，獲得第一地面站和第二地面站的相對鐘差。

在本公開的一些實施例中，其中，所述衛(wèi)星雙向時間傳遞鏈路包括進行衛(wèi)星雙向時間傳遞的一顆衛(wèi)星以及第一地面站和第二地面站。

在本公開的一些實施例中，其中，所述第一路信號的傳輸相位延遲為第一路待傳輸上行信號與第一路下行信號的相位差；第二路信號的傳輸相位延遲為第二路待傳輸上行信號與第二路下行信號的相位差。

在本公開的一些實施例中其中，所述兩路待傳輸上行信號的角頻率不同。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本公開的基于雙載波相位實時補償?shù)男l(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法具有以下有益效果：

(1)通過載波信號在星地鏈路往返傳輸，對傳輸路徑時延進行了實時測量和動態(tài)補償，并且同時實現(xiàn)了地面站向衛(wèi)星的時間注入。

(2)對于傳輸路徑時延的實時測量選擇了較偽碼測量更精確的載波相位測量方法，進一步提高了時間傳遞精度。

(3)通過衛(wèi)星將復現(xiàn)的異地時鐘信號傳輸至地面站進行時間比對，實現(xiàn)了異地地面站間的時間傳遞。

附圖說明

圖1為本公開實施例的衛(wèi)星雙向時間傳遞鏈路示意圖。

圖2為本公開實施例的基于雙載波相位實時補償?shù)男l(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法流程圖。

具體實施方式

為使本公開的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本公開進一步詳細說明。

本公開實施例提供了一種基于雙載波相位實時補償?shù)男l(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法，用于如圖1所示的衛(wèi)星和地面站，其中地面站a和b均包括：天線、本地時鐘(a地時鐘/b地時鐘)、補償單元、傳輸時延計算單元和鐘差計算單元等。

衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法包括：

步驟s1：構(gòu)建衛(wèi)星雙向時間傳遞鏈路，包括進行衛(wèi)星雙向時間傳遞的一顆衛(wèi)星以及兩個地面站a、b。其中，地面站a相對于地面站b的鐘差為δtab。

步驟s2：地面站a將兩路待傳輸上行信號傳輸至衛(wèi)星。

具體來說，地面站a產(chǎn)生參考于a地時鐘的兩路待傳輸上行信號va1、va2，第一路待傳輸上行信號va1的角頻率為ω1、相位為第二路待傳輸上行信號va2的角頻率為ω2、相位為并將兩路待傳輸上行信號va1、va2傳輸至衛(wèi)星。

步驟s3：衛(wèi)星由接收到的兩路上行信號生成兩路待傳輸下行信號，并經(jīng)過相同傳輸路徑將兩路待傳輸下行信號傳輸至地面站a。

該步驟具體包括：衛(wèi)星接收上述兩路待傳輸上行信號，得到兩路上行信號v′au1、v′au2，第一路上行信號v′au1的頻率仍為ω1、相位包含了上行傳輸路徑時延δta引入的上行相位噪聲，變?yōu)?imgfile="bda0001316840190000051.gif"wi="233"he="59"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>第二路上行信號v′au2的頻率仍為ω2、相位也包含了上行傳輸路徑時延δta引入的上行相位噪聲，變?yōu)?imgfile="bda0001316840190000052.gif"wi="248"he="59"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>

兩路上行信號v′au1、v′au2分別與衛(wèi)星的本振信號進行下混頻，得到兩路待傳輸下行信號vad1、vad2，再經(jīng)過相同路徑將兩路待傳輸下行信號vad1、vad2傳輸至地面站a。

衛(wèi)星本振信號的角頻率為ωs、相位為第一路待傳輸下行信號vad1的角頻率為ω1-ωs、相位為第二路待傳輸下行信號vad2的角頻率為ω2-ωs，相位為

步驟s4：地面站a測量接收到的兩路下行信號的相位，得到第一路信號和第二路信號各自的傳輸相位延遲，并得到傳輸路徑時延。

該步驟具體包括：

地面站a接收上述兩路待傳輸下行信號，得到兩路下行信號v′ad1、v′ad2，并測量第一路下行信號v′ad1的相位和第二路下行信號v′ad2的相位，得到第一路信號的傳輸相位延遲和第二路信號的傳輸相位延遲。

第一路下行信號v′ad1的相位中引入了下行傳輸路徑時延δta引起的下行相位噪聲，變?yōu)?imgfile="bda0001316840190000056.gif"wi="499"he="59"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>第二路下行信號v′ad2的相位中也引入了下行傳輸路徑時延δta引起的下行相位噪聲，變?yōu)?imgfile="bda0001316840190000057.gif"wi="507"he="61"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>

第一路信號的傳輸相位延遲(即第一路待傳輸上行信號與第一路下行信號的相位差)為第二路信號的傳輸相位延遲(即第二路待傳輸上行信號與第二路下行信號的相位差)為其中，和可以表示為：

因此，由地面站a的傳輸時延計算模塊根據(jù)下式計算得到傳輸路徑時延δta：

從而實現(xiàn)傳輸路徑時延的實時測量。

步驟s5：地面站a根據(jù)傳輸路徑時延生成誤差信號，對兩路待傳輸上行信號的相位進行補償，實現(xiàn)對傳輸路徑時延的動態(tài)補償以及地面站a的時間信號向衛(wèi)星的注入。

該步驟具體包括：

根據(jù)傳輸路徑時延δta計算得到兩路上行信號的上行相位噪聲ω1δta、ω2δta，地面站a的補償單元產(chǎn)生誤差信號δtae＝-δta，并對兩路待傳輸上行信號va1、va2的相位進行補償，補償后的兩路待傳輸上行信號相位分別為并傳輸至衛(wèi)星，則衛(wèi)星接收到的兩路上行信號v′au1、v′au2的相位分別為：

由于δtae＝-δta，則

其頻率為ω1、ω2，即

va1＝v′au1

va2＝v′au2

即衛(wèi)星接收到的上行信號與地面站a待傳輸上行信號的相位相同，實現(xiàn)了對傳輸路徑時延δta的動態(tài)補償，同時，由于待傳輸上行信號va1、va2參考于地面站a的a地時鐘，即實現(xiàn)了地面站a的時間信號向衛(wèi)星的注入。

由此可見，本公開衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法，通過載波信號在星地鏈路往返傳輸，對傳輸路徑時延進行了實時測量和動態(tài)補償，并且同時實現(xiàn)了地面站向衛(wèi)星的時間注入。同時，對于傳輸路徑時延的實時測量選擇了較偽碼測量更精確的載波相位測量方法，進一步提高了時間傳遞精度。

進一步地，本公開實施例的衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法還包括以下步驟：

步驟s6：對地面站b和衛(wèi)星執(zhí)行步驟s2-s5，實現(xiàn)地面站b的時間信號向衛(wèi)星的注入。

該步驟與前述地面站a的過程類似，不再贅述。其中，地面站b產(chǎn)生參考于b地時鐘的兩路待傳輸上行信號vb1、vb2，vb1的角頻率為ω1、相位為va2的角頻率為ω2、相位為

衛(wèi)星得到的兩路上行信號v′bu1、v′bu2，v′bu1的頻率為ω1、相位為v′bu2的頻率為ω2、相位為δtb為上行傳輸路徑時延。

第一路待傳輸下行信號vbd1的角頻率為ω1-ωs、相位為第二路待傳輸下行信號vbd2的角頻率為ω2-ωs，相位為

地面站b得到的第一路下行信號v′bd1的相位為第二路下行信號v′ad2的相位為

第一路信號的傳輸相位延遲和第二路信號的傳輸相位延遲表示為：

傳輸路徑時延

地面站b的補償單元產(chǎn)生誤差信號δtbe＝-δtb，并對兩路待傳輸上行信號相位進行補償，實現(xiàn)對傳輸路徑時延的動態(tài)補償以及地面站b的時間信號向衛(wèi)星的注入。

其中，為第一路信號的傳輸相位延遲(即第一路待傳輸上行信號與第一路下行信號的相位差)，為第二路信號的傳輸相位延遲(即第二路待傳輸上行信號與第二路下行信號的相位差)；第一路下行信號v′ad1的相位和第二路下行信號v′ad2的相位由地面站b測量得到。

步驟s7：地面站b接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的地面站a的一路下行信號，以及頻率相同的地面站b的一路下行信號，地面站b根據(jù)上述兩路下行信號的相位獲得地面站a和地面站b的相對鐘差。

在衛(wèi)星上，將來自地面站a或地面站b的一路待傳輸下行信號傳輸至另一地面站。此處示例性的選擇自地面站a的第一路待傳輸下行信號vad1傳輸至地面站b；由地面站b接收到來自地面站a的第一路待傳輸下行信號，得到來自地面站a的第一路下行信號v″ad1，并測量該路下行信號v″ad1的相位。由于傳輸路徑時延δtb引入相位噪聲，v″ad1相位變?yōu)?imgfile="bda0001316840190000085.gif"wi="486"he="59"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>角頻率仍為ω1-ωs。

地面站b接收到與下行信號v″ad1角頻率相同的一路下行信號v′bd1，測量該路下行信號v′bd1的相位，該路下行信號v′bd1的相位為

由下式可知，

將地面站b的上述兩路下行信號v″ad1和v′bd1的相位相減，再除以該路信號的角頻率，即可獲得地面站a時鐘和地面站b時鐘的相對鐘差，從而實現(xiàn)異地地面站間的時間傳遞。

由此可見，本公開通過衛(wèi)星將復現(xiàn)的異地時鐘信號傳輸至地面站進行時間比對，實現(xiàn)了異地地面站間的時間傳遞。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本公開實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當對本公開的一種基于雙載波相位實時補償?shù)男l(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法有了清楚的認識。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換；本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內(nèi)近似于相應值；實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本公開的保護范圍；上述實施例可基于設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

在此提供的算法和顯示不與任何特定計算機、虛擬系統(tǒng)或者其它設備固有相關(guān)。各種通用系統(tǒng)也可以與基于在此的啟示一起使用。根據(jù)上面的描述，構(gòu)造這類系統(tǒng)所要求的結(jié)構(gòu)是顯而易見的。此外，本公開也不針對任何特定編程語言。應當明白，可以利用各種編程語言實現(xiàn)在此描述的本公開的內(nèi)容，并且上面對特定語言所做的描述是為了披露本公開的最佳實施方式。

本公開可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實現(xiàn)。本公開的各個部件實施例可以以硬件實現(xiàn)，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現(xiàn)，或者以它們的組合實現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，可以在實踐中使用微處理器或者數(shù)字信號處理器(dsp)來實現(xiàn)根據(jù)本公開實施例的相關(guān)設備中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公開還可以實現(xiàn)為用于執(zhí)行這里所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產(chǎn)品)。這樣的實現(xiàn)本公開的程序可以存儲在計算機可讀介質(zhì)上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。

以上所述的具體實施例，對本公開的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本公開的具體實施例而已，并不用于限制本公開，凡在本公開的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本公開的保護范圍之內(nèi)。