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1、(10)申请公布号 CN 102447515 A (43)申请公布日 2012.05.09 C N 1 0 2 4 4 7 5 1 5 A *CN102447515A* (21)申请号 201110288633.3 (22)申请日 2011.09.26 H04B 17/00(2006.01) (71)申请人中国空间技术研究院 地址 100094 北京市海淀区友谊路104号 (72)发明人马骏骁 范振昊 胡玉茜 魏振超 李砥擎 (74)专利代理机构中国航天科技专利中心 11009 代理人安丽 (54) 发明名称 一种测试星地时延和星上时间误差的系统和 方法 (57) 摘要 一种测试星地时延和星上。
2、时间误差的系统和 方法；首先获取星上遥测生成的格式脉冲，记录 格式脉冲生成的GPS时间；然后用专用测试设备 解调出遥测格式脉冲，并记录解调出格式脉冲的 GPS时间。可以通过示波器读取两个遥测格式脉 冲来计算星地时延，也可以程序计算两个GPS时 间差来获得星地时延。通过1553B总线监视模块 监视卫星的中心计算机在总线上广播时间码，通 过GPS数据接收处理模块获得地面GPS时间，通过 主控模块计算广播时间码与地面GPS时间差值来 获得星上时间误差。星地时延测量精度200us， 星上时间的测量精度100us。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利。
3、要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102447538 A 1/1页 2 1.一种测试星地时延和星上时间误差的系统，其特征在于：所述系统包括信号隔离模 块、遥测解调模块、1553B总线监视模块、GPS数据接收处理模块和主控模块；信号隔离模块 直接接收卫星生成的格式脉冲；遥测解调模块解调出遥测格式脉冲；通过比较卫星生成的 格式脉冲和解调出的遥测格式脉冲算出星地时延；1553B总线监视模块监视卫星的中心计 算机在总线上的广播时间码，并将星上时间传输给主控模块。GPS数据接收处理模块获得 地面GPS时间，并将其传输给主控模块；主控模块记录1553B总线监视模块提取的卫星时间 码，并记。
4、录1553B总线监视模块提取卫星时间码时的地面GPS时间，由此计算卫星时间与地 面GPS时间差值，获得星上时间误差。 2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括示波器，通过示波器读取两 个遥测格式脉冲来计算星地时延。 3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述主控模块记录收到卫星生成的格式脉 冲后的GPS时间；并记录遥测解调模块解调出遥测格式脉冲的GPS时间；通过将两个时间 相减获得星地时延。 4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括下变频器，卫星在生成格式 脉冲的同时将包含格式脉冲的遥测数据调制成卫星遥测射频信号，下变频器将卫星遥测射 频信号变频后生成遥测中频信号。
5、，遥测解调模块对遥测中频信号进行解调获得遥测格式脉 冲。 5.一种测试星地时延和星上时间误差的方法，其特征在于：包括如下步骤： 首先获取卫星生成的格式脉冲，记录格式脉冲生成的GPS时间； 然后在地面解调出遥测格式脉冲，并记录解调出格式脉冲的GPS时间； 通过示波器读取两个遥测格式脉冲的波形来计算星地时延，或者通过计算两个GPS时 间差来获得星地时延； 通过1553B总线监视模块监视卫星的中心计算机在总线上广播时间码，并记录1553B 总线监视模块提取卫星时间码时的地面GPS时间，通过计算广播时间码与地面GPS时间差 值来获得星上时间误差。 6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：卫星在生成格式。
6、脉冲的同时将包含格式脉 冲的遥测数据调制成卫星遥测射频信号，通过下变频器将卫星遥测射频信号变频后生成遥 测中频信号，通过遥测解调模块对遥测中频信号进行解调获得遥测格式脉冲。 权 利 要 求 书CN 102447515 A CN 102447538 A 1/4页 3 一种测试星地时延和星上时间误差的系统和方法 技术领域 0001 本发明涉及一种星地授时测试方法和系统，主要用于卫星系统级试验，用于测试 星地时延和卫星星上时间误差。 背景技术 0002 某型号通信卫星搭载一个高稳定时钟源，作为卫星计时的时钟源，根据预先设定 的时间间隔通过1553B总线广播发送星上时间给载荷设备，同时将星上时间通过遥。
7、测通道 进行下传。为满足数据精确侦听和信息实时传输的要求，该卫星设计了星地授时的功能，即 在星上时间的误差超出规定范围时对星上时钟进行校正。 0003 在卫星出厂后，在地面综合测试阶段需要对星上时钟精度进行测试，以判断是否 满足在轨运行时间精度要求，在不满足要求时，需要对星上时钟进行校正。另外，在地面 综合测试阶段，希望能够同时确定出星地时延精度是否满足设计要求。对卫星的星地时延 精度和星上时钟精度有苛刻的要求和规定，其中星地时延精度T12ms，星上时钟误差 T23ms。 0004 在卫星在轨运行阶段，同样也需要对星上时钟进行测试，以判断是否满足授时要 求，在不满足要求时，需要对星上时钟进行校。
8、正。假设星上时间为T2，地面解调出遥测信号 的时间为T，星地时延为T1；从理论上讲，在星上时间没有误差的情况下，星地时延为T1 T-T2。但是随着时间的推移和环境的变化，星上时间会产生误差；如果星地时延T1已知，可 以确定星上的时间误差为T2T-T2-T1；当星上时间误差T2超出规定范围(3ms)后 需要对星上时钟进行校时。为了准确测量卫星在轨运行时的星上时间误差，需要在地面综 合测试阶段就测试出星地时延值，并保证星地时延的精度T12ms。 0005 星地时延包括三个部分：1、星上遥测信号生成到发出过程的时间；2、遥测信号从 卫星到地面传输过程的时间；3、地面设备遥测接收解调过程的时间。其中星。
9、上遥测生成到 发出过程的时间为遥测信号调制和射频链路上的延时；遥测信号从卫星到地面传输过程的 时间；地面设备遥测接收解调过程的时间，该时间由地面设备解调性能决定。 0006 以往型号卫星没有星地时延和授时测试项目，或者对星地时延精度要求不高，测 试精度最高为100ms级。现有的遥测通道星地时延测量方法，首先通过遥控通道从地面往 星上发送一个测量信号；然后星上跟踪设备收到测量信号后，直接给地面设备返回测量信 号；最后地面设备计算出收发测量信号的时间差，再除以2得出星地延时。上述方法忽略卫 星遥测生成到发出的时间损耗，实现了卫星综合测试时遥测通道星地延时测量，存在的问 题有两个：1、测试精度不够，。
10、误差为ms级；2、只测了地面设备遥测接收解调的时延，无法测 试卫星遥测信号调制和射频链路上的延时。 发明内容 0007 本发明所要解决的技术问题是：提供一种高精度地测试星地时延和星上时间误差 的系统和方法。 说 明 书CN 102447515 A CN 102447538 A 2/4页 4 0008 本发明包括如下技术方案： 0009 一种测试星地时延和星上时间误差的系统，包括信号隔离模块、遥测解调模块、 1553B总线监视模块、GPS数据接收处理模块和主控模块；信号隔离模块直接接收卫星生成 的格式脉冲；遥测解调模块解调出遥测格式脉冲；通过比较卫星生成的格式脉冲和解调出 的遥测格式脉冲算出星地。
11、时延；1553B总线监视模块监视卫星的中心计算机在总线上的广 播时间码，并将星上时间传输给主控模块；GPS数据接收处理模块获得地面GPS时间，并将 其传输给主控模块；主控模块记录1553B总线监视模块提取的卫星时间码，并记录1553B总 线监视模块提取卫星时间码时的地面GPS时间，由此计算卫星时间与地面GPS时间差值，获 得星上时间误差。 0010 所述系统还包括示波器，通过示波器读取两个遥测格式脉冲来计算星地时延。 0011 所述主控模块记录收到卫星生成的格式脉冲后的GPS时间；并记录遥测解调模块 解调出遥测格式脉冲的GPS时间；通过将两个时间相减获得星地时延。 0012 所述系统还包括下变。
12、频器，卫星在生成格式脉冲的同时将包含格式脉冲的遥测数 据调制成卫星遥测射频信号，下变频器将卫星遥测射频信号变频后生成遥测中频信号，遥 测解调模块对遥测中频信号进行解调获得遥测格式脉冲。 0013 一种测试星地时延和星上时间误差的方法，首先获取卫星生成的格式脉冲，记录 格式脉冲生成的GPS时间；然后在地面解调出遥测格式脉冲，并记录解调出格式脉冲的GPS 时间；通过示波器读取两个遥测格式脉冲的波形来计算星地时延，或者通过计算两个GPS 时间差来获得星地时延；通过1553B总线监视模块监视卫星的中心计算机在总线上广播时 间码，并记录1553B总线监视模块提取卫星时间码时的地面GPS时间，通过计算广播。
13、时间码 与地面GPS时间差值来获得星上时间误差。 0014 本发明针对某型号通信卫星的星地授时新功能，克服了以往方法存在的星地时延 及授时测试精度低和无法测试卫星遥测信号调制及射频链路上的延时的问题，实现了高精 度测量：其中星地时延测量精度200us，星上时间的测量精度100us。本发明可以高 效、精确地测量星上时间与地面GPS时间差值，应用于卫星综合测试阶段的授时精度测试， 验证卫星星地授时的高精度；同时本发明能够为卫星在轨运行提供一套精确的星地时延数 据。 附图说明 0015 图1为本发明测试系统示意图。 具体实施方式 0016 星地时延包括三个部分：1、星上遥测生成到发出过程的时间；2、。
14、遥测信号从卫星 到地面传输过程的时间；3、地面设备遥测接收解调过程的时间。其中星上遥测生成到发出 过程的时间为遥测信号调制和射频链路上的延时；遥测信号从卫星到地面传输过程的时 间，在综合测试阶段用射频电缆连接，传输时间在us级，可以忽略不记；地面设备遥测接收 解调过程的时间，该时间由地面设备解调性能决定。 0017 本发明的方法首先获取星上遥测生成的格式脉冲，记录格式脉冲生成的GPS时 间；然后用专用测试设备解调出遥测格式脉冲，并记录解调出格式脉冲的GPS时间。可以通 说 明 书CN 102447515 A CN 102447538 A 3/4页 5 过示波器读取两个遥测格式脉冲计算出星地时延。
15、，也可以程序计算两个GPS时间差来获得 星地时延。该方法获得的星地延时是真正意义上的星地时延，星地时延测量精度200us。 0018 卫星的中心计算机通过1553B总线给载荷设备授时，为保证授时精度，要求卫星 时间和GPS时间的差小于3ms，当星地时差大于3ms则需要进行星地授时。卫星时间在 1553B总线数据上传输，如果能够实时读取总线数据，就可以精确获取星上时间。 0019 测试系统的示意图见图1。卫星的中心遥测在遥测信号调制开始时生成一个遥测 格式脉冲，通过同轴电缆连接到测试装置的信号隔离模块，进行电气隔离后通过同轴电 缆连接到示波器；卫星的中心遥测同时将遥测数据流调制成副载波信号，送给。
16、卫星跟踪 设备，经跟踪设备载波调制和变频后生成卫星遥测射频信号；该信号通过射频电缆连接 到地面下变频器，经下变频器变频后生成遥测中频信号，遥测中频信号通过同轴电缆连 接到测试装置的遥测解调模块；遥测解调模块解调出遥测PCM信号，并提取出遥测格式脉 冲，通过同轴电缆连接到示波器；卫星中心计算机生成1553总线数据，通过1553B总线 连接到测试装置的1553B总线监视模块，1553B总线监视模块提取出中心计算机在总线上 广播的时间码；并通过GPS数据接收处理模块获得地面GPS时间；在此基础上测量卫星在 总线上广播时间码与地面GPS时间差值。其中同轴电缆为低频电缆；射频电缆的接口 形式为N；同轴电。
17、缆为中频电缆；同轴电缆、为低频电缆。 0020 测试装置通过信号隔离模块接收中心遥测模块生成的格式脉冲，并通过遥测解调 模块解调出PCM信号，并提取出遥测格式脉冲。在此基础上通过示波器或者主控程序算出 星地时延。通过1553B总线监视模块监视中心计算机在总线上广播时间码，通过GPS数据 接收处理模块获得地面GPS时间，在此基础上测量卫星在总线上广播时间码与地面GPS时 间差值。 0021 如图1所示测试装置主要包括以下五个模块： 0022 (1)信号隔离模块：对星地格式脉冲进行电气隔离，确保卫星的安全，由一块输出 为CMOS电路的复位脉冲电器隔离电路实现，隔离芯片选用ADI公司ADUM3440。
18、芯片，电路接 口符合中心遥测输出复位脉冲信号的指标；信号隔离模块将获得的格式脉冲输出给示波器 或者主控模块。 0023 (2)遥测解调模块：接收跟踪地面下变频器送来的70M中频信号，对遥测信号进行 载波解调和副载波解调，并将提取出的遥测格式脉冲，送到示波器或者主控模块，由一块中 频解调电路板实现。 0024 (3)1553B总线监视模块：由一块Manchester II双相电平码的独立的1553B总线 仿真卡，监视数管设备间总线通讯数据流(实际数据、数据流方向、数据类型、当前星上时 间等信息)，并可在显示输出设备上显示1553B总线数据情况及相关参数并可存储监视数 据，1553B总线监视模块将。
19、获得的星上时间输出给主控模块。 0025 (4)GPS数据接收处理模块：主要由GPS天线、GPS接收机、数据采集板卡组成，其中 GPS天线和GPS接收机组合使用来采集GPS卫星信号数据，数据采集卡主要的功能采集GPS 时间数据并使用的自身时钟计数来维护该时间码，选用BIOX公司生产的LEA-5S模块实现。 引入GPS标准时间作为测试基准和依据，将GPS时间输出给主控模块。 0026 (5)主控模块：是授时前端测试设备的控制核心，负责授时前端测试设备的任务 调度和信息处理。主要实现两个功能：1)星地时延计算：记录收到星上格式脉冲后GPS时 说 明 书CN 102447515 A CN 10244。
20、7538 A 4/4页 6 间；记录遥测解调模块解调出遥测格式脉冲的GPS时间；将两个时间相减计算出星地时延； 2)记录1553B总线监视模块提取的卫星时间码；并记录1553B总线监视模块提取卫星时间 码的地面GPS时间；在此基础上计算卫星时间与地面GPS时间差值。 0027 本发明可以通过示波器测量星地时延；也可以用主控模块内的程序计算星地时 延。 0028 在卫星综合测试阶段，通过1553B总线数据监视器，实时读取卫星时间T，该时间 的测量误差由地面专用1553B总线数据监视器性能决定。当卫星时间T和地面GPS时间的 差值超过3ms后，进行星地授时，对星上时间进行修正。 0029 在卫星在。
21、轨运行时，假设地面解调获得的星上时间为T2，地面解调出遥测信号的 地面GPS时间为T，星地时延为T1；可以确定星上时间的误差为T2T-T2-T1；当星上时 间误差T2超出规定范围(3ms)后需要通过中心遥控对星上时间进行修正。此时的星地 时延T1为遥测信号从卫星到地面传输过程的时间加上卫星综合测试阶段测试出的星地时 延，其中遥测信号从卫星到地面传输过程的时间可以通过卫星与地面的距离算得。 0030 本发明已经成功应用于某通信卫星授时精度和星地时延的测量中，同时卫星授时 及星地时延测试作为通信卫星及其它中低轨航天器的新功能，正在被推广到越来越多的卫 星设计中。本发明可以高效、精确地测量星上时间误差和星地时延，从而验证卫星高精度授 时的功能，具有良好的应用与推广价值。 0031 本发明说明书中未作详细描述的内容，属于本领域技术人员公知的现有技术。 说 明 书CN 102447515 A CN 102447538 A 1/1页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102447515 A 。