[发明专利]一种星间时钟同步系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及射频通信以及数字信号处理领域，特别涉及一种星间时钟同步系统及星间时钟同步方法。

背景技术

时钟同步也叫“对钟”。要把分布在各地的时钟对准(同步起来)，最直观的方法就是搬钟，可用一个标准钟作搬钟，使各地的钟均与标准钟对准。或者使搬钟首先与系统的标准时钟对准，然后使系统中的其他时针与搬钟比对，实现系统其他时钟与系统统一标准时钟同步。

星间时钟同步技术中一般将两个卫星应答机分别称为主星和从星，其中，主星的接收频率为从星的发射频率，从星的接收频率为主星的发射频率。主星和从星在硬件电路上除了因为接收和发射频率不一样而选用的前端器件不一样，其他的设计都是相同的。它们都包括由接收射频滤波器、低噪声放大器、接收频率合成器、下混频器、接收中频滤波器、AGC(自动增益控制电路)和ADC模数转换器构成的接收电路，以及由DAC数模转换器、发射中频频率合成器、中频上混频器、发射中频滤波器、发射射频频率合成器、射频上混频器、发射射频滤波器和功率放大器构成的发射电路。如图1以及图2所示的接收电路以及发射电路的结构示意图，其中，接收射频滤波器与低噪声放大器相连，低噪声放大器的输出和接收频率合成器的输出与下混频器的两个输入相连，下混频器、接收中频滤波器、AGC以及ADC模数转换器依次相连。DAC数模转换器的输出和发射中频频率合成器的输出分别与中频上混频器的两个输入相连，混频输出经过发射中频滤波器后，和发射射频频率合成器的输出分别与射频上混频器的两个输入相连，混频结果经过发射射频滤波器后，由功率放大器将射频信号放大输出。

利用GPS卫星授时是实现时钟精密同步的常用办法，GPS同步时钟主要由以下几部分组成：GPS/GNSS接收机，高精度OCXO或铷钟，本地同步校准单元，测差单元，误差处理及控制结构。它具有高精度、低成本、安全可靠、全天候、覆盖范围广等特点。当前卫星间的时间同步主要也是利用了GPS同步时钟来完成的。

但是GPS同步时钟结构复杂，并且依赖于外部的GPS导航卫星，不适合安全级别要求较高的军用场合，并且不利于卫星的小型化设计。

发明内容

本发明提供了一种星间时钟同步系统及其方法，能够不利用外部条件即可实现星间的时钟同步，解决了现有技术的同步技术安全级别低且系统结构复杂的问题。

一种星间时钟同步系统，包括主星和从星，所述的主星设置有第一接收电路以及第一发射电路，所述的从星设置有第二接收电路以及第二发射电路，其中：

所述的第一接收电路与第一发射电路之间设置有主星的FPGA模块；

主星的FPGA模块，产生测距信号，将该信号调制到发射载波；将本地接收的测距信号与本地产生的测距信号进行相位比较，计算得到星间传输时延；基于得到的星间传输时延对本地接收的同步时钟信号进行修正，使主星恢复的时钟同步信号与从星同步；

所述的第二接收电路与第二发射电路之间设置有从星的FPGA模块；

从星的FPGA模块，将本地接收的测距信号调制到发射载波；产生时钟同步信号并将该同步信号调制到发射载波。

进一步：

所述主星的FPGA模块包括：

依次相连的第一数字前端模块、第一载波恢复模块，用于从所述的第一接收电路接收信号，并恢复出载波信号；

测距信号发送模块，用于产生测距信号；

依次相连的第一全数字调制模块以及第一DAC补偿模块，用于接收来自所述测距信号发送模块的测距信号并将该测距信号调制到射频载波上，并发送到所述第一发射电路发射；

测距信号解调模块，用于接收来自第一载波恢复模块的载波信号并解调出测距信号；

时钟同步恢复模块，接收来自所述第一载波恢复模块的载波信号，解调出同步时钟信号；

距离测量解算模块，用于接收来自所述测距信号解调模块的测距信号和来自所述测距信号发送模块产生的测距信号，计算得到星间传输时延；

时钟同步修正模块，与所述的时钟同步恢复模块与距离测量解算模块相连，修正接收的同步时钟信号，实现与从星的时钟同步；

从星的FPGA模块包括：

依次相连的第二数字前端模块、第二载波恢复模块，用于从所述第二接收电路接收信号，并恢复出载波信号；

测距信号处理模块，接收来自于第二载波恢复模块的载波信号，并进行自动增益控制和系数调节；

同步时钟产生模块，用于产生同步时钟信号；