无星地对接试验测站星地校时的方法

摘要

本发明提供一种无星地对接试验测站星地校时的方法，利用测站间共视弧段的特性，通过有对接试验条件的测站星地设备固定时延推算其他无对接试验条件的测站星地设备固定时延，进一步获得星地校时量，实现无星地对接测站星地校时功能。本发明的实现使得地面测站星地校时功能的实现不再受地理位置或任务时间的约束，无条件开展星地对接试验时，依然保障地面测站具备校时功能，有效保障测控任务的顺利开展，同时不必将卫星测控分系统正样件运送至每一个测站进行对接试验，更方便航天测控任务的顺利实施。

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及航天器测控技术领域。

背景技术

航天器测控领域中，为保障卫星变轨修正量的精确度及准确性，需要确保星地时间一致，星地时差要求保持在5ms内，即星上时间与地面时间之差控制在5ms范围内，特殊情况下则需控制在1ms范围内。通常，卫星变轨控制修正量的计算由地面任务中心生成，随后由地面测站将任务中心的加工数据注入到卫星上，在此过程中若天地时差未控制在上述范围内，则卫星变轨控制修正量的星地时间基准不一致，将会极大地影响轨控的精度。通过地面测站对卫星校时确保星地时间一致，是提升卫星轨控质量的有效措施，因此地面测站任务时必须具备星地校时功能，才能确保天地时差控制在任务限制的阈值内。

目前，进行星地对接试验是测站开展星地校时的前提。因为地面测站星地对接试验是获得星地设备固定时延的唯一途径，而星地设备固定时延和星地距离决定着卫星与地面测站的星地时差，为实现对卫星的准确校时，此时必须将卫星测控分系统正样件运至测站进行对接试验，才能获得星地设备固定时延值。其他测站若要具备校时能力，则需要将卫星测控分系统正样件运送至每一个测站进行对接试验才能实现。若该地面测站未进行对接试验，或者该地面测站地处偏远亦或远在国外不方便进行对接试验，则该测站不能获得星地设备固定时延进而不能完成。若该测站地处偏远亦或远在国外，则运送设备进行对接试验的过程和手续冗长繁琐，此过程中时间及物资成本的投入巨大，非常不利于航天测控任务的成本节约，同时也将影响任务的完成期限不利于测控任务的如期实现。

发明内容

本发明的目的在于解决地面测站无条件进行星地对接试验，无法获取星地设备固定时延完成测站星地校时的问题。提供一种无星地对接试验测站星地校时的方法，以满足无条件开展星地对接试验的地面测站星地校时的需求。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下包括如下步骤：

步骤一、在测站A与B的共视弧段内，由公式(1)获取测站A的星地时差并校时

ΔT_A＝T_cz-(T₀+T_wx)-Δt_A-Δt_AR(1)

步骤二、在测站A与B的共视弧段内，由公式(2)推算测站B的星地设备固定时延

Δt_B＝T_cz-(T₀+T_wx)-ΔT_A-Δt_BR(2)

步骤三、在测站B跟踪弧段内，由公式(3)获取B测站星地时差并校时

ΔT_B＝T_cz-(T₀+T_wx)-Δt_B-Δt_BR(3)

步骤四、在测站B与C共视弧段内，循环步骤二、三分别获取C测站星地设备固定时延Δt_C和星地时差ΔT_C并校时；

步骤五、其它无星地对接试验测站星地时差的获取同步骤二至四；

其中：A为有对接试验测站，B、C为无对接试验测站，测站A与B及B与C之间有共视弧段；ΔT_A为A测站星地时差；T_cz为地面测站时间；T₀为星上时间起始时刻；T_wx为遥测帧中星上时间，相对于星上起始时刻计时，T₀+T_wx构成了星上时间；Δt_A为A测站星地设备固定时延，以天地测控正样对接获取的数据为准；Δt_AR为A测站到卫星的空间传输时延，由任务中心计算得到；Δt_B为B测站星地设备固定时延；Δt_BR为B测站到卫星的空间传输时延；ΔT_B为B测站星地时差。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明可以在仅进行一个测站星地测控对接的情况下，利用任务中与该测站有共视弧段的其它测站进行星地校时，并可以此类推到其他测站，故此可以由一个便于开展对接试验的测站校时信息推测其他未进行对接试验测站的校时信息，使得未进地面对接试验的测站也能具备校时功能，极大增强了测站校时的灵活性。

2、本发明的实现，地面测站校时能力将不再受地理位置限制或任务时间约束，同时不必将卫星测控分系统正样件运送至每一个测站进行对接试验，节约成本的同时方便了测控任务的正常实施。

具体实施方式

目前，境内外的中国测站多达数十个，对各类低轨、中高轨及探月卫星均存在大量共视弧段，很多共视弧段的时长甚至多达数小时以上。所谓共视弧段，是指测站A和测站B在某一时间段能够同时对某颗卫星进行测控，则该时间段被称为测站A和测站B之间的共视弧段。本发明即是利用共视弧段的特性，通过有对接试验条件的测站星地设备固定时延推算其他无对接试验条件的测站星地设备固定时延，进一步获得星地校时量，实现测站星地校时功能。

设在天地测控正样对接中，仅对A测站进行星地设备固定时延测量，若A、B测站具有共视弧段，则可利用A测站星地设备固定时延和星地距离得到A测站校时量，再通过B测站星地距离反推出B测站星地设备固定时延，进一步计算出星地时差，从而可以用B测站进行校时。

若B测站和C测站有共视弧段，则可利用该方法推算出C测站的星地设备固定时延和校时量。以此类推可以推算出两两具有共视弧段的测站的星地设备固定时延和校时量，从而完成无对接试验的测站星地校时能力的实现，保障航天测控任务的顺利实施。

下面以探月工程三期再入返回飞行试验任务为例。在天地测控正样对接中，仅测量了青岛测站星地设备固定时延，青岛站的校时将用来确保服务舱和返回器分离时刻返回器导航初值的时间基准。然而，青岛站校时之后到舱器分离需要经过若干个小时，由于服务舱时钟漂移量较大，因此无法保证校时精度。在舱器分离前，需利用纳米比亚站进行校时，但是探测器研制时间进度、工程总体经费和出国手续的办理都无法保证在纳米比亚站开展对接。面对复杂情形，利用纳米比亚站与喀什站的共视弧段以及喀什站与青岛站的共视弧段，解决了多站星地校时的难题。具体方法如下：

步骤一：获得对接试验A测站(青岛)的星地时差

在A测站(青岛)和B测站(喀什)共视弧段内，利用公式(1)计算出A站的星地时差ΔT_A；

ΔT_A＝T_cz-(T₀+T_wx)-Δt_A-Δt_AR(1)

式中：

●ΔT_A为星地时差，亦即校时量，当ΔT_A＞0时，拨快星上时钟，当ΔT_A＜0时，拨慢星上时钟；

●T_cz为地面测站时间；

●T₀为星上时间起始时刻；

●T_wx为遥测帧中星上时间，相对于星上起始时刻计时，T₀+T_wx构成了星上时间；

●Δt_A为A测站星地设备固定时延，以天地测控正样对接获取的数据为准；

●Δt_AR为A测站到卫星的空间传输时延，由任务中心计算得到。

步骤二：获得B测站(喀什)星地设备固定时延

在A测站和B测站共视弧段内，利用公式ΔT_A＝T_cz-(T₀+T_wx)-Δt_B-Δt_BR推算出B测站星地设备固定时延Δt_B，Δt_B＝＝T_cz-(T₀+T_wx)-ΔT_A-Δt_BR，式中Δt_BR为B测站到卫星的空间传输时延。

步骤三：获得B测站(喀什)的星地时差

在B测站跟踪弧段内，利用公式(2)计算出B测站星地时差ΔT_B

ΔT_B＝T_cz-(T₀+T_wx)-Δt_B-Δt_BR(2)

并进行校时。

步骤四：获得C测站(纳米比亚)的星地时差

B测站(喀什)和C测站(纳米比亚)有共视弧段，则循环步骤二、三可分别得到C测站星地设备固定时延Δt_C和C测站星地时差ΔT_C。

步骤五：以此类推，其它无星地对接试验测站星地时差的获取同步骤二至四，可使得其它多个无对接测站具备星地校时功能。

本发明提供的一种无对接试验的测站星地校时的方法，通过上述实践任务的检验效果良好，解决了多站星地校时的难题，提高了测站星地校时质量。本发明充分利用两测站间共视弧段的特性，为没有开展对接试验的测站实现星地校时提供了新方法。