[发明专利]一种面向微小卫星多星编队的测量方法

说明书

本发明公开了一种面向微小卫星多星编队的测量方法。包括：设置编队内卫星的编号；将单个测量周期划分为K个连续的时间段并编号；在编号为N的时间段内由编号为N的卫星负责发送信号，其它卫星负责接收信号，同时所有卫星都记录本地的信号发射时刻和接收时刻；基于双边双程测量方法，结合本地信号收发时刻，得到信号飞行时间测量值M_tof与时差初步测量值M_clk；再经电离层双频组合校准与硬件延时校准后，得到星间距离测量值m_r和时差中期测量值m_Δt；最后对星间距离测量值m_r和时差中期测量值m_Δt进行动态补偿，得到星间距离最终测量值r_ij与时差最终测量值Δt_ij。本发明基于时分多址和双边双程测量的多星测量体制，能够在保证测量精度的同时满足分布式测量的需求。

技术领域

本发明属于测量方法，尤其涉及一种面向微小卫星多星编队的测量方法。

背景技术

目前，星间相对测量主要有GPS(Global Positioning System，全球定位系统)/GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)测量和RF(RadioFrequency，射频)无线电测量两种。GPS技术成熟，应用广泛，但其无法应用于中高轨道和深空环境，而RF自主测量和相对导航能够克服这些缺点，并且测量精度高。但目前，星间自主测量研究仍主要以双星编队为主，而在已有的多星编队多址测量方案中，基于频分多址(FDMA)的测量方案在K颗卫星构成的编队内，每一颗卫星都需要配置K个频点的信号收发装置，系统可扩展性差；基于码分多址(CDMA)的测量方案不仅需要进行发射功率控制，而且测量精度会随着节点的增加而下降。基于时分多址(TDMA)的测量方案能够克服以上问题，具有较好的可扩展性，能够满足多星编队分布式测量的需求。GPS导航卫星的星间链路采用了时分体制，但其物理层采用双程转发测量方法，该方法必须依赖于原子钟才能实现较高的测量精度，但微小卫星资源受限，难以配置原子钟。双边双程测量方法能解决这个问题，然而该方法目前仅应用于地面低精度、低动态场景，尚未用于星上高动态、高精度场景。将双边双程测量方法应用于多星编队，不仅能够避免星间时差影响，而且能有效抑制晶振频率漂移的影响，从而提高测量精度，并且该测量方式能够利用自身的测距结果解算时差，实现距离与时差的联合测量。基于时分多址和双边双程测量的多星测量体制，能够在保证测量精度的同时满足分布式测量的需求。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种面向微小卫星多星编队的测量方法；该方法在介质访问层采用TDMA分布式广播方法，能够满足分布式应用需求；在物理层采用双边双程测量方法，不仅能抑制频率漂移的影响，而且可基于卫星运动状态，建立动态补偿模型，从而保证高动态条件下的测量精度，还能够实现距离和时差的联合测量。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：

步骤S101：对整个编队内的所有卫星进行编号，编号为1～K；将整个编队的单个测量周期划分为K个连续的时间段并对每个时间段设置编号，编号为1～K，其中K为正整数；

步骤S102：在第N个时间段内，由第N颗卫星负责发送信号，其余卫星负责接收信号；同时，每一颗卫星根据本地时钟记录信号发射时刻与信号接收时刻；

步骤S103：基于双边双程测量方法计算两颗卫星之间的信号飞行时间测量值M_tof与时差初步测量值M_clk；

步骤S104：对信号飞行时间测量值M_tof与时差初步测量值M_clk进行电离层双频组合校准和硬件延时校准，得到星间距离测量值m_r与时差中期测量值m_Δt；