[发明专利]一种时间同步方法、通信地面站和用户终端

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通讯技术，特别是涉及一种基于小倾角同步轨道卫星通信系统的时间同步方法、通信地面站和用户终端。

背景技术

随着卫星通信技术的发展，同步轨道卫星资源和轨道资源都越来越紧缺，同时，发射一颗同步轨道卫星的成本非常高，因此最大限度地提高空间卫星的利用率，延长卫星的在轨寿命成为卫星通信应用的研究热点。

2002年，中国科学院艾国祥院士领衔发明了基于通信卫星的导航系统(专利申请号：CN200410046064.1，发明名称：转发器卫星通信导航定位系统，发明人：艾国祥等，2009年7月29日获得授权)。该项发明采用通信卫星转发导航信号，开创了全频导航通信的一个新开端。转发器卫星通信导航定位系统对寿命末期的GEO通信卫星采用倾轨操作，即只保持卫星的经度方向轨道位置，纬度方向任其漂移，在日月地球引力的摄动作用下，GEO通信卫星漂移成为小倾角的倾斜地球同步轨道(Slightly Inclined GeoSynchronous Orbit，缩写为SIGSO)通信卫星，(专利号：CN200610055909.2，发明名称：用退役卫星改作小倾角同步导航卫星的方法，发明人：施浒立等，2009年6月3日获得授权)。

转发式卫星导航系统使用的同步通信卫星包括租用的在轨运行的GEO通信卫星和整星购买SIGSO通信卫星。SIGSO卫星一般不再适用于传统的卫星通信，通常为整星购买，SIGSO卫星上的转发器除数个用作卫星导航信号转发和测定轨外，上面富余的卫星转发器，还可以实现卫星通信应用。

由于SIGSO卫星经度方向的位置保持与调整耗费的燃料远远小于纬度方向位置的保持与调整，纬度方向不做位置调整后，可以大大降低卫星燃料消耗，一般作为GEO卫星正常使用半年耗费的燃料可供SIGSO卫星工作5年以上，这样就大大降低转发式卫星定位系统的卫星使用费用。

从定位导航的角度看，利用GEO卫星漂移为小倾角的倾斜同步轨道卫星可以改善导航定位的几何精度因子(GDOP)，从而可以提高系统的导航定位精度。但小倾角的同步轨道卫星在进行卫星通信应用服务时必须考虑卫星运动对信号造成的影响，首先，卫星的运动会在通信信号中引入多普勒频移，使捕获时间加长；其次，卫星的运动使卫星与用户之间的距离发生周期变化，影响TDMA时隙的精度，对于大量用户通信时，容易发生通信数据的碰撞，降低通信的效率。鉴于此，目前还没有小倾角的同步轨道卫星通信系统的规模应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于小倾角同步轨道卫星通信系统的时间同步方法、通信地面站和用户终端，以解决小倾角同步轨道卫星南北运动漂移对信号的影响，基于转发式卫星导航通信系统的小倾角同步轨道卫星，实现高精度的系统时间同步。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种时间同步方法，该方法的步骤包括

S1、实时测量并存储通信地面站与小倾角同步轨道卫星之间的通信信号的多普勒频移和信号时延；

S2、基于所述通信信号的多普勒频移和信号时延，计算频率控制字，并对通信地面站发射信号的频率偏值进行修正；

S3、用户终端根据实时接收到的小倾角同步轨道卫星广播的卫星星历和信号多普勒频移，实时计算用户、卫星和通信地面站中间的距离；

S4、基于实时计算用户、卫星和通信地面站中间的距离，对用户终端的信号发射频率和发射时间进行修正和控制，并将自身的位置坐标发送至通信地面站；

S5、通信地面站存储网内每个用户终端的位置坐标，并根据每个用户终端的通信请求，为其分配通信时隙，并控制出局信号发射时间。

优选地，所述通信地面站与卫星之间时延的计算步骤包括

根据在地心地固坐标系下，通信地面站的三维坐标(x_c,y_c,z_c)和小倾角同步轨道卫星的三维坐标(x_s,y_s,z_s)，求得通信地面站与小倾角同步轨道卫星的距离L_s：

根据通信地面站与小倾角同步轨道卫星的距离L_s，计算通信地面站与小倾角同步轨道卫星的时延：其中，c为光速，τ_s为卫星的转发器时延，τ_sys为通信地面站收发系统时延。

优选地，所述通信地面站通信信号的多普勒频移求解与补偿的步骤包括：

利用北斗导航系统和转发式卫星导航系统接收机进行自定位；