一种基于星钟漂移迭代估计的卫星校时方法
技术领域
本发明涉及一种基于星钟漂移迭代估计的卫星校时方法，属于卫星工程技术领域。
背景技术
卫星计算机一般使用定时器更新星上时间，由于定时器的时钟漂移，星上时间与真实时间之差值即星地时差将不断增大，从而带来轨道确定误差增大等不利影响。
为了限制星地时差，当前星上软件广泛使用了增量校时和均匀校时方法，增量校时即地面站提供星地时差供星上软件一次性补偿，也有称为集中校时。均匀校时方法即地面站提供均匀校时参数供星上软件周期性补偿星钟漂移。
但是现有方法未涉及对星钟漂移的迭代估计，当均匀校时参数与实际星钟漂移的残差较大时，需要频繁进行校时发令，给地面站带来较大的负担。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于星钟漂移迭代估计的卫星校时方法，当地面站计算的星地时差误差较大或者星钟漂移波动较大时，该方法能够降低地面站校时发令频率。
本发明的技术方案是：
一种基于星钟漂移迭代估计的卫星校时方法，包括步骤如下：
1)使用地面站确定增量校时参数，当增量校时参数大于槛值时，地面站向卫星计算机发送带有增量校时参数的增量校时指令；
2)卫星计算机根据地面站发送的增量校时参数进行增量校时，获得增量校时后的星上时间；并根据增量校时参数迭代更新星钟漂移量，获得迭代更新后的星钟漂移量；
3)根据所述迭代更新后的星钟漂移量对增量校时后的星上时间进行均匀校时；
4)以均匀校时间隔为周期，重复步骤3)，直至所述卫星计算机接收到新的增量校时指令后，返回步骤2)，继续进行卫星校时工作。
所述步骤1)确定增量校时参数dtm的方法，具体为：
dtm＝(dt1+…+dtn)/n，
其中，dt1，dt2，…，dtn为每隔时间△T获得的卫星星上时间与真实时间的时差。
所述△T的取值范围为0.5h～12h，n的取值范围为1～48。
所述步骤2)根据地面站发送的增量校时参数进行增量校时，获得增量校时后的星上时间的方法，具体为：
tm＝tS+dtm，
其中，tS为收到增量校时指令时对应的卫星星上时间，tm为卫星计算机第m次接收到增量校时指令后获得的增量校时后的星上时间，m为正整数。
所述步骤2)根据增量校时参数迭代更新星钟漂移量，获得第m次迭代更新的星钟漂移量的方法，具体为：
driftm＝driftm-1+dtm/(tm-tm-1)，
其中，tm-1为卫星计算机接收到第m-1次增量校时指令对应获得的增量校时后的星上时间，tm为卫星计算机接收到第m次增量校时指令对应获得的增量校时后的星上时间，driftm-1为卫星计算机接收到第m-1次增量校时指令对应获得的星钟漂移量，drift1＝0。
步骤1)所述的槛值P的取值范围10ms～2000ms。
所述步骤3)根据所述迭代更新后的星钟漂移量对增量校时后的星上时间进行均匀校时的方法，具体为：
tJ＝tW+driftm*TB，
其中，tW为均匀校时发生时刻对应的星上时间，tJ为均匀校时后的星上时间，TB为均匀校时间隔，TB≤△T。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明卫星计算机可以自主通过增量校时参数对星钟漂移进行迭代估计，并使用所得到的星钟漂移进行均匀校时，降低了地面站的校时发令频率；同时，地面站不需要计算均匀校时参数，工程实现简单。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明一实施例中星钟漂移估计值变化曲线；
图3为本发明一实施例中两次增量校时之间的时间间隔曲线。
具体实施方式
本方法根据增量校时信息对星钟漂移进行迭代估计，使得星钟漂移趋于真实值，从而提高了星钟漂移补偿的精度。随着星钟漂移趋于真实值，星地时差增大的趋势得到遏制，从而降低地面发令频率，节约了地面站的工作量。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
本发明一种基于星钟漂移迭代估计的卫星校时方法，如图1所示，包括步骤如下：
1)使用地面站确定增量校时参数，当增量校时参数大于槛值时，地面站向卫星计算机发送带有增量校时参数的增量校时指令；槛值P的取值范围10ms～2000ms。
确定增量校时参数dtm的方法，具体为：
dtm＝(dt1+…+dtn)/n，
其中，dt1，dt2，…，dtn为每隔时间△T获得的卫星星上时间与真实时间的时差，△T的取值范围为0.5h～12h，n为正整数，n的取值范围为1～48。
2)卫星计算机根据地面站发送的增量校时参数进行增量校时，获得增量校时后的星上时间；并根据增量校时参数迭代更新星钟漂移量，获得迭代更新后的星钟漂移量。
获得增量校时后的星上时间的方法，具体为：
tm＝tS+dtm，
其中，tS为收到增量校时指令时对应的卫星星上时间，tm为卫星计算机第m次接收到增量校时指令后获得的增量校时后的星上时间。一般计算机系统根据计时器芯片更新时间，从而使星上时间周期性增长，增量校时使星上时间与真实时间的误差变小。
获得第m次迭代更新的星钟漂移量的方法，具体为：
卫星计算机第一次收到增量校时指令时，置t1为增量校时后的星上时间，drift1等于0。当卫星第m次收到增量校时指令后进行如下星钟漂移迭代计算：
driftm＝driftm-1+dtm/(tm-tm-1)，
其中，tm-1为卫星计算机接收到第m-1次增量校时指令对应获得的增量校时后的星上时间，tm为卫星计算机接收到第m次增量校时指令对应获得的增量校时后的星上时间，driftm-1为卫星计算机接收到第m-1次增量校时指令对应获得的星钟漂移量。
3)根据所述迭代更新后的星钟漂移量对增量校时后的星上时间进行均匀校时，具体为：
tJ＝tW+driftm*TB，
其中，tW为均匀校时发生时刻对应的星上时间，tJ为均匀校时后的星上时间。
4)以均匀校时间隔TB为周期，即每隔TB对星上时间进行一次星钟漂移补偿，均匀校时间隔决定了补偿的频率，重复步骤3)，直至所述卫星计算机接收到新的增量校时指令后，返回步骤2)，继续进行卫星校时工作，TB≤△T。
实施例
为了简化表述，记初始时刻的真实时间和星上时间都为0，所以星地时差为0，此时地面发出增量校时指令，参数为0ms。卫星计算机收到增量校时指令后，根据步骤3所述的第一次收到增量校时指令后的操作，置t1为0，drift1等于0。
假定卫星的星钟漂移为100ms每小时，下面根据此例进行分析。
根据地面站和某型号卫星的具体情况，置槛值P为500ms，置△T为1小时，n为3，TB为0.5小时。地面站每隔1小时计算星地时差(真实时间减去星上时间)，由于100ms/h的星钟漂移的存在，导致星地时差不断变大；考虑到测量误差的存在，测得的数据如表1所示：
表1
步骤1)：地面站计算星地时差并注入增量校时指令。在7h发现dt2＝(450+540+690)/3＝560ms>槛值P＝500ms，于是向卫星计算机注入了参数为560ms的增量校时指令。
步骤2)：卫星计算机收到增量校时指令后进行校时。
此时星上时间变为t2＝tS+dt2＝7h-700ms+560ms＝7h-140ms
步骤3)：更新星钟漂移。
drift2＝drift1+dt2/(t2–t1)＝0+560ms/(7h-140ms-0)≈80ms/h
为了简化表述，上式中忽略140ms。该简化引起的数值误差很小，也不会影响到本方法的逻辑关系。
步骤4)：根据最新的星钟漂移估计值进行周期性均匀校时。
每隔TB＝0.5小时修正一次：
tJ＝tW+driftm*TB＝tW+80ms/h*0.5h＝tW+40ms
本例中校时的效果如表2所示：
表2
上表中，“均匀校时前星上时间”＝半个小时前的“均匀校时后星上时间”-100ms/h*0.5h；“均匀校时后星上时间”＝同一列的“均匀校时前星上时间”+40ms；“真实星地时差”＝“真实时间”-“均匀校时后星上时间”。
可见，由于补偿量80ms/h与真实星钟漂移100ms/h相差20ms/h，导致星上时间与真实时间的区别不断增大。
下面进行第二轮迭代，测得的数据如表3所示：
表3
由于星钟漂移80ms/h对真实漂移100ms/h进行了补偿，使得星地时差增大的趋势得到了遏制，在第27小时，地面测得的星地时差超出槛值500ms，两次指令的时间间隔为20小时，比上一次的7小时降低了很多。
重新开始下列步骤：
步骤1)：地面站计算星地时差并注入增量校时指令。在27h发现dt3＝(460+550+550)/3＝520ms>槛值P＝500ms，于是向卫星计算机注入了参数为520ms的增量校时指令。
步骤2)：卫星计算机收到增量校时指令后进行校时。
此时星上时间变为t3＝tS+dt3＝27h-540ms+520ms＝27h-20ms
Drift3＝drift2+dt3/(t3–t2)＝80ms/h+520ms/[(27h-20ms)-(7h-140ms)]≈106ms/h
步骤4)：根据最新的星钟漂移估计值进行周期性均匀校时。
tJ＝tW+driftm*TB＝tW+106ms/h*0.5h＝tW+53ms
本例中校时的效果如表4所示：
表4
后续的星地时差数据如表5所示：
表5
可见，在第二次注入指令之后，星钟漂移的误差变为-6ms/h，星地时差增大的趋势得到了进一步遏制。在114-27＝87小时之后真实星地时差的绝对值才大于500ms，相应的地面注入指令的时间间隔进一步变大，地面站的负担进一步变小。
如图2所示，曲线2线表示真实的星钟漂移100ms/h，曲线1表示星钟漂移估计值driftm。可见星钟漂移估计值逐渐收敛于真实值。
图3表示两次增量校时之间的时间间隔，可见地面站发令时间间隔指数增长。
上例说明，若星钟漂移是一个不变量，即100ms/h不随时间变化，即使存在较大的星地时差的测量误差，本文所述的方法可以使星钟漂移逐渐收敛于真实值，从而使地面注入增量校时指令的时间间隔趋于无穷大。
实际上，星钟漂移不是一个常值，它包含着星地时差计算误差、星钟芯片温度日周期波动、星钟芯片温度年周期波动等误差，但该方法依然能够降低地面站发令的频率。
对于某个型号的卫星，地面站使用传统的增量校时和均匀校时方法，校时的周期在两天左右，特殊的时间段甚至需要一天一校，频繁校时发令给地面站带来较大的负担。使用了本文所述的基于星钟漂移迭代估计的卫星校时方法后，校时的频率降低为一周一校，较大的降低了地面站的负担。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
