数字卫星电视授时系统测轨方法

摘要

一种数字卫星电视授时系统卫星测轨方法，由地面站时间精确同步、上行地面南京站A时间戳生成与时间戳插播、上行地面南京站A时间戳生成与时间戳插播步骤组成。本发明采用现有数字电视系统达到卫星测轨的目的，通过标记电视信号中特殊标识位的收发时间，计算信号传播时延，采用一发多收的测轨模式，根据多个时延测量值，列出关于卫星坐标的方程组，计算得到卫星坐标。本发明与GNSS卫星导航授时系统相比，卫星电视信号具有信号强、抗干扰能力强等优点，避免了GNSS信号所面临的恶意干扰和攻击问题。

主权项

一种数字卫星电视授时系统测轨方法，其特征在于它是由下述步骤组成：(1)地面站时间精确同步以上行地面南京站为A、地面接收西安站记为B、地面接收乌鲁木齐站为C、地面接收昆明站为D、地面接收长春站为E、地面接收南京站为F，以每天凌晨00:00为起始时间，采用卫星双向时间频率传递方法，每隔1分钟测A与B、C、D、E、F之间的钟差一次，每天共测100次，每天B、C、D、E、F站分别与A站之间的钟差公式为：${\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{Ai}}\left(t\right)=a_i+b_{i}t+\frac{1}{2}{c}_i{t}^2---\left(2\right)$式中t为距00:00时的分钟数，a_i为i站原子钟与A站原子钟的初始相位差，b_i为i站原子钟的频偏，c_i为i站原子钟的漂移率，i依次为B、C、D、E、F地面接收站；(2)上行地面南京站A时间戳生成与时间戳插播在上行地面南京站A电视上行系统中调制器的串行异步接口取出速率为270兆比特每秒的码流信号，对信号完成同步，生成纳秒级时间戳与时间戳插播；(3)电视信号接收与数据处理地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F接收卫星下行电视信号，将所接收的电视信号经解调通过网络输出到数据处理服务器，数据处理服务器对输入的数据进行数据处理，得到卫星的位置，具体如下：1)地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F通过卫星天线接收来自卫星的下行信号，经解调、输出270兆比特每秒的异步串行码流信号，进行信号同步过程，进行时间戳生成过程与上行地面南京站A发送过程完全相同；将传输流包中同步头的第七位到第八位的上升沿所对应的精确时刻记作t_r，与对应的节目时钟参考值编码生成接收时刻的时间戳，存入先进先出的存储器1中；2)电视系统中的解码器通过包标识符为0x120以识别传输流包，解调0x120对应的传输流包数据得到发送时刻生成的时间戳。将发送时刻的时间戳中的节目时钟参考值作为关键字在存储器1中寻找相同的节目时钟参考，进行数据处理；数据处理步骤如下：将对应的时刻值相减，得到大环时延估计值；Δt′_i＝t_r‑t_s  (3)3)由公式(2)计算得到t_r时刻钟差ΔT_Ai(t_r)修正，即可得到精确的大环时延值Δt_i＝Δt′_i+ΔT_Ai(t_r)  (4)4)地面接收西安站B、地面接收乌鲁木齐站C、地面接收昆明站D、地面接收长春站E、地面接收南京站F将各自坐标和所测时延实时汇总至上行站，通过求解方程组(5)得到卫星的坐标：$\left\{\begin{array}{c}2(X_B-X_A)X+2(Y_B-Y_A)Y+2(Z_B-Z_A)Z-2({\rho }_B-{\rho }_A)\lambda =L_B^2-L_A^2-({\rho }_B^2-{\rho }_A^2)\\ 2(X_C-X_A)X+2(Y_C-Y_A)Y+2(Z_C-Z_A)Z-2({\rho }_C-{\rho }_A)\lambda =L_C^2-L_A^2-({\rho }_C^2-{\rho }_A^2)\\ 2(X_D-X_A)X+2(Y_D-Y_A)Y+2(Z_D-Z_A)Z-2({\rho }_D-{\rho }_A)\lambda =L_D^2-L_A^2-({\rho }_D^2-{\rho }_A^2)\\ 2(X_E-X_A)X+2(Y_E-Y_A)Y+2(Z_E-Z_A)Z-2({\rho }_E-{\rho }_A)\lambda =L_E^2-L_A^2-({\rho }_E^2-{\rho }_A^2)\end{array}\right.---\left(5\right)$式中，ρ_i为c(Δt_i‑τ′_i)，λ为cτ_clk，为X_i²+Y_i²+Z_i²，i为B、C、D、E、F,时延修正τ′_i通过电离层和对流层数学模型得到，作为已知参数，i站坐标(X_i,Y_i,Z_i)已知，τ_clk是上行时延，c为光速。