CN109039417B - 一种飞行器天基测控时延参数测量方法 - Google Patents

Abstract

一种飞行器天基测控时延参数测量方法，通过在飞行器经由卫星与地面控制中心交互数据的过程中，记录时间零点、数据启动发送时刻、有效数据发送时刻及有效数据接收时刻，并通过GNSS将飞行器和地面控制中心的时间进行统一，计算得到前向时间延迟参数及返向时间延迟参数，可以达到及时发送前向控制指令和精确利用返向数据的目的。方法流程精确度高，计算简单，步骤清晰。

Description

一种飞行器天基测控时延参数测量方法

技术领域

本发明涉及一种飞行器天基测控时延参数测量方法，属于航天测控通信领域。

背景技术

临近空间飞行器飞行试验由于飞行距离远、机动性强、地面测控布站较传统飞行器有较大困难。近年来天基测控技术逐渐成熟，临近空间飞行试验的天基测控应用也逐步增多。临近空间飞行器经历环境复杂，飞行试验过程中发生的现象会比较多，器载测控***的时统关系到故障分析、成功判据、***辨识等诸多数据应用的正确性和准确性，是测控***至关重要的组成部分。天基测控与传统地基测控相比，体制相对复杂，且经由卫星转发，距离远，链路长，时延是天基测控时间统一的关键参数，目前时延参数的获取并无标准方法，往往采用手动计时，精度差，不同状态下测得的数值只能进行大致比较。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术的时延参数估计精度差、不同状态下测试数据只能进行大致比较的问题，提出了一种飞行器天基测控时延参数测量方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种飞行器天基测控时延参数测量方法，具体步骤如下：

(1)于飞行器上记录飞行器的起飞时刻；

(2)根据所述飞行器的起飞时刻、飞行器向地面控制中心进行信号传递过程中的定时中断时间差、飞行器GNSS的UTC时间对地面控制中心记录时间及飞行器GNSS的UTC时间进行时延统一；

(3)调整飞行器天线姿态与地面控制中心天线姿态，并以固定帧速率N1由飞行器向地面控制中心发送测试数据，记录测试数据启动发送时刻飞行器GNSS时刻帧计数sid_air1，同时记录地面控制中心时刻T_at1；

(4)记录有效数据启动发送时飞行器GNSS时刻帧计数sid_air2，同时记录地面控制中心时刻T_at2，其中有效数据为地面控制中心正常接收到的测试数据；

(5)记录有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_gr，并根据步骤(3)、步骤(4)的记录值将飞行器GNSS时刻、地面控制中心时刻统一为飞行器GNSS的UTC时间，并计算返向通信延迟时间参数；

(6)返向通信稳定后，以固定帧速率N1由地面控制中心向飞行器发送测试数据，记录数据启动发送时地面控制中心时刻T_gt1；

(7)记录有效数据启动发送时地面控制中心时刻T_gt2；

(8)记录有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_ar，同时记录有效数据接收时飞行器帧计数sid_air3，并根据步骤(6)、步骤(7)的记录值将飞行器GNSS时刻、地面控制中心时刻统一为飞行器GNSS的UTC时间，并计算前向通信延迟时间参数。

所述步骤(2)中，地面控制中心记录时间、飞行器GNSS的UTC时间时延统一公式为：

T0＝T1-ΔT

式中，T0为飞行器起飞时地面指挥中心时刻，ΔT为定时中断时间差，T1为飞行器起飞时飞行器GNSS时刻。

所述返向通信延迟时间参数包括返向总延迟时间ΔTb、返向通信延迟时间ΔTbc、返向信号搜索时间ΔTbs，计算方法如下：

ΔTb＝T_gr-T_at1

ΔTbc＝T_gr-T_at2

ΔTbs＝ΔTb–ΔTbc；

其中，数据启动发送时刻T_at1、有效数据启动发送时刻T_at2的计算方法为：

T_at1＝sid_air1/N1+T0

T_at2＝sid_air2/N1+T0。

所述前向通信延迟时间参数包括前向延迟总时间ΔTf、前向通信延迟时间ΔTfc、前向信号搜索时间ΔTfs，计算方法如下：

ΔTf＝T_ar-T_gt1

ΔTfc＝T_ar-T_gt2

ΔTfs＝ΔTf–ΔTfc

其中，有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_ar的计算方法为：

T_ar＝(sid_air3/N1+T0)。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种飞行器天基测控时延参数测量方法，通过对星上星时及地面控制时间进行统一，再通过测试数据发送过程中对未发送成功数据时间的转化，能够对前向通信时间及返向通信时间进行完整分析，提升了时延参数的测量精度。

附图说明

图1为发明提供的时统方法流程图；

图2为发明提供的GNSS时间基准与本地时间基准对比原理图；

图3为发明提供的返向及前向通信延迟时间轴对应图；

具体实施方式

一种飞行器天基测控时延参数测量方法，如图1所示，是通过由时统信号模块、信号分路和隔离模块、检测模块、时间记录模块、定时中断信号模块、GNSS信号模块、采集编帧模块、飞行器天线姿态判别模块、飞行器信号收发模块，与地面的卫星地面测控站信号收发模块、B码设备模块、GNSS信号模块配合完成时延参数的测量方法，具体方法步骤如下：

(1)确定飞行器与地面测控站的时统信号，飞行器采用起飞信号、GNSS信号、帧计数和中断信号进行时间记录，地面通过B码设备时间、GNSS信号进行时间记录，飞行器记录时间和地面记录时间均换算到UTC时间进行时间统一

采集编帧模块以帧频N1进行数据组帧和帧计数。收到起飞信号，飞行器帧计数进行清零，后续事件通过帧计数和帧频计时，地面直接记录经过GNSS信号授时B码设备时间。

(2)如图2所示，飞行器通过定时中断响应记录起飞信号与中断信号的时间差，及GNSS信号时间，得到精确的起飞零点时间T0。该零点用于飞行器和地面测控站的时间统一。

T0＝T1-ΔT

式中，T0为起飞零点的精确UTC时间，ΔT为定时中断时间差，T1为距离起飞时刻最近的飞行器定时中断对应的GNSS时间。

(3)如图3所示，调整飞行器天线姿态与卫星天线姿态，并以固定帧速率N1由飞行器经由卫星向地面测控站发送测试数据，记录数据启动发送时刻飞行器帧计数sid_air1(该计数对应飞行器数据启动发送时刻T_at1)；

(4)地面卫星测控站收发模块接收、解析并记录飞行器返向数据，记录地面恢复的第一帧返向数据对应的飞行器帧计数sid_air2(该计数对应飞行器有效数据启动发送时刻T_at2)，同时记录恢复数据的时刻UTC时间T_gr。其中，由飞行器向地面测控站发送的测试数据会存在前N帧数据无法锁定的情况，此时第N+1帧称为有效数据，前N帧数据的传送时间也包含在返向延迟时间内。

(5)如图3所示，记录有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_gr，并根据步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)将飞行器记录时间和地面测控站时间统一为UTC时间，并计算返向通信延迟时间参数，所述返向通信延迟时间参数包括返向总延迟时间ΔTb、返向通信延迟时间ΔTbc、返向信号搜索时间ΔTbs，计算方法如下：

ΔTb＝T_gr-T_at1

ΔTbc＝T_gr-T_at2

ΔTbs＝ΔTb–ΔTbc；

其中，飞行器数据启动发送时刻T_at1、有效数据启动发送时刻T_at2的计算方法为：

T_at1＝sid_air1/N1+T0

T_at2＝sid_air2/N1+T0。

(6)返向通信稳定后，以固定帧速率由地面测控站向飞行器发送测试数据，地面测控站记录数据启动发送时刻T_gt1；

(7)地面测控站记录有效数据启动发送时时刻T_gt2；

(8)如图3所示，飞行器记录有效数据接收时飞行器帧计数sid_air3(该计数对应飞行器接收有效数据时刻T_ar)。其中，由地面测控站向飞行器发送的测试数据会存在前N帧数据丢失的情况，此时第N+1帧称为有效数据，前N帧数据的传送时间也包含在前向延迟时间内；

根据步骤(2)、步骤(6)、步骤(7)、步骤(8)将飞行器记录时间、地面测控站记录时间统一为UTC时间，并计算前向通信延迟时间参数，所述前向通信延迟时间参数包括前向延迟总时间ΔTf、前向通信延迟时间ΔTfc、前向信号搜索时间ΔTfs，计算方法如下：

ΔTf＝T_ar-T_gt1

ΔTfc＝T_ar-T_gt2

ΔTfs＝ΔTf–ΔTfc

其中，飞行器接收到有效数据时刻T_ar的计算方法为：

T_ar＝(sid_air3/N1+T0)。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种飞行器天基测控时延参数测量方法，其特征在于步骤如下：

(1)于飞行器上记录飞行器的起飞时刻；

(2)根据所述飞行器的起飞时刻、飞行器向地面控制中心进行信号传递过程中的定时中断时间差、飞行器GNSS的UTC时间对地面控制中心记录时间及飞行器GNSS的UTC时间进行时延统一；

其中，地面控制中心记录时间、飞行器GNSS的UTC时间时延统一公式为：

T0＝T1-ΔT

式中，T0为飞行器起飞时地面指挥中心时刻，ΔT为定时中断时间差，T1为飞行器起飞时飞行器GNSS时刻；

(3)调整飞行器天线姿态与地面控制中心天线姿态，并以固定帧速率N1由飞行器向地面控制中心发送测试数据，记录测试数据启动发送时刻飞行器GNSS时刻帧计数sid_air1，同时记录地面控制中心时刻T_at1；

(4)记录有效数据启动发送时飞行器GNSS时刻帧计数sid_air2，同时记录地面控制中心时刻T_at2，其中有效数据为地面控制中心正常接收到的测试数据；

(5)记录有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_gr，并根据步骤(3)、步骤(4)的记录值将飞行器GNSS时刻、地面控制中心时刻统一为飞行器GNSS的UTC时间，并计算返向通信延迟时间参数；

其中，返向通信延迟时间参数包括返向总延迟时间ΔTb、返向通信延迟时间ΔTbc、返向信号搜索时间ΔTbs，计算方法如下：

ΔTb＝T_gr-T_at1

ΔTbc＝T_gr-T_at2

ΔTbs＝ΔTb–ΔTbc；

其中，数据启动发送时刻T_at1、有效数据启动发送时刻T_at2的计算方法为：

T_at1＝sid_air1/N1+T0

T_at2＝sid_air2/N1+T0；

(6)返向通信稳定后，以固定帧速率N1由地面控制中心向飞行器发送测试数据，记录数据启动发送时地面控制中心时刻T_gt1；

(7)记录有效数据启动发送时地面控制中心时刻T_gt2；

(8)记录有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_ar，同时记录有效数据接收时飞行器帧计数sid_air3，并根据步骤(6)、步骤(7)的记录值将飞行器GNSS时刻、地面控制中心时刻统一为飞行器GNSS的UTC时间，并计算前向通信延迟时间参数；

其中，前向通信延迟时间参数包括前向延迟总时间ΔTf、前向通信延迟时间ΔTfc、前向信号搜索时间ΔTfs，计算方法如下：

ΔTf＝T_ar-T_gt1

ΔTfc＝T_ar-T_gt2

ΔTfs＝ΔTf–ΔTfc

其中，有效数据接收时刻地面控制中心时刻T_ar的计算方法为：

T_ar＝(sid_air3/N1+T0)。

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