一种空间高精度原子钟性能评估方法、系统、设备及介质

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1.本发明属于空间科学技术及时间测量方法的交叉领域，涉及高精度原子钟性能评估领域，特别涉及一种空间高精度原子钟性能评估方法、系统、设备及介质。

背景技术：

2.随着空间科学技术的飞速发展，其在验证相对论、基础物理测试、地球物理测量、深空探测及卫星导航等方面的应用越来越广泛；然而，空间科学技术在上述这些领域的发展与应用离不开高精度时间频率，时间频率的测量与性能评估对于空间科学的各种应用提供了一种互联互通的技术基础。
3.目前，国际国内都对低轨卫星资源有了新的认识，低轨卫星在导航增强、信息网通信、载人航天等各方面展示出其独有的优势和特点；在低轨空间站上配置高精度星载原子钟，可支撑各项空间科学实验的开展。对于空间站配置的高精度原子钟，首先必须通过合理的方法对原子钟性能进行准确评估，在已知并确定了原子钟自身性能的前提下才能顺利开展各项空间科学技术研究和试验工作。
4.空间站处于微重力环境，且其搭载的原子钟精度很高(具体解释性的，稳定度和不确定度甚至可以达到10-17
量级)，采用一般的现有星载钟性能评估方法无法实现其性能的准确评估；另外，空间站属于低轨道卫星，其相对地面运动速度高，在轨运行时每次过境与地面站的连续可视时长非常有限，采用一般的数据处理和评估算法也很难实现有效评估。基于上述现有技术存在的缺陷，亟需一种新的适用于空间站等低轨卫星以及其他高动态航天器搭载的高性能原子钟的性能评估方法。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种空间高精度原子钟性能评估方法、系统、设备及介质，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案中，通过利用基于微波测距链路的星地时间比对网络系统，并基于双向时差测量方法解算得到星地相对钟差信息，最后利用相对钟差信息可实现对空间高精度原子钟的性能评估。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供的一种空间高精度原子钟性能评估方法，包括以下步骤：
8.基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差；其中，计算所述星地相对钟差的过程中引入距离不一致时延误差进行修正；
9.基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度，基于稳定度、天稳定度和星地比对精度实现空间高精度原子钟性能评估。
10.本发明的进一步改进在于，所述基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差的过程中，
11.所述星地相对钟差的计算表达式为，
12.δt＝(p
1-p2)/2+r/2+&/2；
13.式中，δt为星地相对钟差；p1为上行伪距测量值；p2为下行伪距测量值；r为距离不一致时延误差；(&
12-&
21
)＝&，&
21
表示信号上行传播路径的各项传播时延综合误差，&
12
表示信号下行传播路径的各项传播时延综合误差；
14.r＝r
12-r
21
＝[d_(sg’)-d_(gs’)]/c；
[0015]
式中，r
21
表示上行信号传播几何距离时延，r
12
表示下行信号传播几何距离时延；d_(sg’)表示s发射测距信号到g收到信号的下行信号传播几何距离，d_(gs’)表示g发射测距信号到s收到信号的上行信号传播几何距离；s、g依次分别表示搭载有高精度原子钟的低轨卫星、地面站；c表示光速。
[0016]
本发明的进一步改进在于，上行伪距测量值p1以及下行伪距测量值p2的获取步骤包括：
[0017]
搭载有高精度原子钟的低轨卫星通过固定频点f1的微波链路测距设备下行向地面站发送连续测距信号，地面站通过固定频点f2的微波链路测距设备上行向低轨卫星发送连续测距信号；
[0018]
地面站的微波链路测距设备收到低轨卫星发送的信号后，处理得到下行伪距测量值，并通过地面数据传递网络将下行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；
[0019]
低轨卫星的微波链路测距设备收到地面站发送的信号后，处理得到上行伪距测量值，并通过数据遥测回传链路将上行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备。
[0020]
本发明的进一步改进在于，所述基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度的过程中，
[0021]
计算获得稳定度的步骤包括：
[0022]
根据低轨卫星每次过境地面站的可视连续弧长确定平滑时间，通过稳定度计算表达式计算获得修正allan方差表征稳定度modσy(τ)，所述稳定度计算表达式为，
[0023][0024]
式中，τ为平滑时间，τ＝mτ0；m为平滑因子；τ0为采样间隔；n为数据总个数，xi为得到的星地相对钟差δt；
[0025]
计算获得天稳定度的步骤包括：获取预设天数的星地相对钟差数据作为样本数据，利用所述稳定度计算表达式计算获得天稳定度；
[0026]
计算获得星地比对精度的步骤包括：选取一次过境测量得到的连续弧段的星地测量数据，利用双向时差测量方法计算得到该弧段各个时刻的星地相对钟差数据，并剔除野值；对剔除野值后的钟差数据进行高阶多项式拟合，然后与原始的星地钟差数据相减得到一个残差序列；对所述残差序列求标准方差获得星地比对精度。
[0027]
本发明提供的一种空间高精度原子钟性能评估系统，包括：
[0028]
星地相对钟差获取模块，用于基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差；其中，计算所述星地相对钟差的过程中引入距离不一致时延误差进行修正；
[0029]
性能评估模块，用于基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度，基于稳定度、天稳定度和星地比对精度实现空间高精度原子钟性能评估。
[0030]
本发明的进一步改进在于，所述星地相对钟差获取模块实现基于双向时差测量方
法，计算获得星地相对钟差的过程中，
[0031]
所述星地相对钟差的计算表达式为，
[0032]
δt＝(p
1-p2)/2+r/2+&/2；
[0033]
式中，δt为星地相对钟差；p1为上行伪距测量值；p2为下行伪距测量值；r为距离不一致时延误差；(&
12-&
21
)＝&，&
21
表示信号上行传播路径的各项传播时延综合误差，&
12
表示信号下行传播路径的各项传播时延综合误差；
[0034]
r＝r
12-r
21
＝[d_(sg’)-d_(gs’)]/c；
[0035]
式中，r
21
表示上行信号传播几何距离时延，r
12
表示下行信号传播几何距离时延；d_(sg’)表示s发射测距信号到g收到信号的下行信号传播几何距离，d_(gs’)表示g发射测距信号到s收到信号的上行信号传播几何距离；s、g依次分别表示搭载有高精度原子钟的低轨卫星、地面站；c表示光速。
[0036]
本发明的进一步改进在于，上行伪距测量值p1以及下行伪距测量值p2的获取步骤包括：
[0037]
搭载有高精度原子钟的低轨卫星通过固定频点f1的微波链路测距设备下行向地面站发送连续测距信号，地面站通过固定频点f2的微波链路测距设备上行向低轨卫星发送连续测距信号；
[0038]
地面站的微波链路测距设备收到低轨卫星发送的信号后，处理得到下行伪距测量值，并通过地面数据传递网络将下行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；
[0039]
低轨卫星的微波链路测距设备收到地面站发送的信号后，处理得到上行伪距测量值，并通过数据遥测回传链路将上行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备。
[0040]
本发明的进一步改进在于，所述性能评估模块实现基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度的过程中，
[0041]
计算获得稳定度的步骤包括：
[0042]
根据低轨卫星每次过境地面站的可视连续弧长确定平滑时间，通过稳定度计算表达式计算获得修正allan方差表征稳定度modσy(τ)，所述稳定度计算表达式为，
[0043][0044]
式中，τ为平滑时间，τ＝mτ0；m为平滑因子；τ0为采样间隔；n为数据总个数，xi为得到的星地相对钟差δt；
[0045]
计算获得天稳定度的步骤包括：获取预设天数的星地相对钟差数据作为样本数据，利用所述稳定度计算表达式计算获得天稳定度；
[0046]
计算获得星地比对精度的步骤包括：选取一次过境测量得到的连续弧段的星地测量数据，利用双向时差测量方法计算得到该弧段各个时刻的星地相对钟差数据，并剔除野值；对剔除野值后的钟差数据进行高阶多项式拟合，然后与原始的星地钟差数据相减得到一个残差序列；对所述残差序列求标准方差获得星地比对精度。
[0047]
本发明提供的一种电子设备，包括：
[0048]
至少一个处理器；以及，
[0049]
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0050]
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明任一项上述的空间高精度原子钟性能评估方法。
[0051]
本发明提供的一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项上述的空间高精度原子钟性能评估方法。
[0052]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0053]
本发明提供的空间高精度原子钟性能评估方法中，针对空间站原子钟精度高、过境时间短的技术问题，采用基于微波测距链路的星地时间比对网络系统并基于双向时差测量方法解算得到星地相对钟差，最后利用相对钟差信息，通过不均匀数据拼接、采样间隔合理配置等策略实现对空间高精度原子钟的性能评估；本发明提供的方法可以实现皮秒量级的星地时间比对精度，比目前行业内已经成熟应用的时间同步手段精度提高2个量级，同时可以有效评估10-17
量级的空间原子钟性能，在国内属于首创。本发明提供的方法在应用的过程中，可针对空间站等高速运行的低轨卫星，通过建立时间同步网络系统对其搭载的高精度原子钟性能进行评估。
附图说明
[0054]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0055]
图1是本发明实施例的一种高精度原子钟性能评估方法的流程示意框图；
[0056]
图2是本发明实施例中，双向时间比对网络系统的示意图；
[0057]
图3是本发明实施例中，距离不一致误差修正示意图；
[0058]
图4是本发明实施例中，星地比对精度评估示意图；
[0059]
图5是本发明实施例的一种高精度原子钟性能评估系统的示意图。
具体实施方式
[0060]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0061]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0062]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0063]
请参阅图1，本发明实施例提供的一种空间高精度原子钟性能评估方法，是适用于空间站等低轨卫星上搭载的高精度原子钟进行性能评估的方法，具体包括以下步骤：
[0064]
步骤1，基于微波测距链路建立双向时间比对网络系统。
[0065]
本发明实施例中为了对低轨卫星搭载的高精度星载钟性能进行评估，首先需要建立一套基于微波测距链路的时间同步网络系统，在此基础上得到卫星原子钟与地面原子钟的相对钟差信息，并进一步评估卫星原子钟性能。
[0066]
本发明实施例示例性提供的具体方法包括：卫星通过一个固定频点f1的微波链路测距设备下行向地面发送连续测距信号，同时地面站设备通过一个固定频点f2的微波链路测距设备上行向卫星发送连续测距信号；地面微波链路测距设备收到卫星发送的信号后通过一定的处理得到下行伪距测量值，并通过地面数据传递网络将下行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；卫星微波链路测距设备收到地面发送的信号后通过一定的处理得到上行伪距测量值，并通过数据遥测回传链路将上行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；地面处理中心、卫星和地面站之间就组成一个闭环时间同步网络系统，双向时间比对网络系统如图2所示。
[0067]
步骤2，地面处理中心收集到卫星和地面的上下行伪距测量值后，再基于双向时差测量方法计算出星地相对钟差以支持实现高精度时间同步。
[0068]
本发明实施例中，双向时差测量方法的解释说明：双向时差测量是指利用同一时刻信号传播的路径基本一致，通过双向测距值相减就可以抵消链路中的大部分公共误差进而得到高精度的星地钟差。
[0069]
地面处理中心收集到卫星接收的上行伪距测量值为p1，地面处理中心收集到地面接收的伪距测量值p2，则p1、p2分别表示如下：
[0070]
p1＝r
21
+δt+&
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0071]
p2＝r
12-δt+&
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0072]
其中，r
21
表示信号从地面发射到卫星接收的上行信号传播几何距离时延，r
12
表示信号从卫星发射到地面接收的下行信号传播几何距离时延；&
21
表示信号上行传播路径的各项传播时延综合误差，&
12
表示信号下行传播路径的各项传播时延综合误差，δt为低轨卫星与地面之间的相对钟差。
[0073]
利用双向时差测量原理，将公式(1)、(2)相减，就可以得到星地相对钟差δt，计算表达式为：
[0074]
δt＝(p
1-p2)/2+(r
12-r
21
)/2+(&
12-&
21
)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0075]
式(3)中，上行、下行传播路径的各项传播时延综合误差&
12
和&
21
，可以通过相应的方法加以修正，不在本发明论述范围内，假定已知(&
12-&
21
)＝&。
[0076]
对于信号传播几何距离时延r
12
和r
21
，假定卫星和地面双方是相对静止的，可以认为双方的上下行信号传播几何路径是互逆的，r
21
和r
12
就完全相等，则(1)和(2)式相减后(r
12-r
21
)＝0，公式(3)变成：
[0077]
δt＝(p
1-p2)/2+&/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0078]
则可以根据地面处理中心得到的伪距测量值p1、p2，以及已知的&值，就可以解算出钟差δt。
[0079]
但是在实际应用中，由于低轨卫星相对地面的高速运动，会导致双向测量过程中上下行信号传播几何距离时延r
21
和r
12
并不相等，直接利用式(4)得到的结果会存在一定误差，该项误差就是距离不一致时延误差r，必须对该项误差进行相应的修正，此时星地相对钟差就表示为：δt＝(p
1-p2)/2+r/2+&/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)。
[0080]
请参阅图3，本发明实施例中，求星地相对钟差时必须要对距离不一致时延误差r进行修正，r的具体计算方法包括以下步骤：
[0081]
假定s、g分别表示低轨卫星和地面站，s和g分别在t0时刻向对方发射测距信号，当s接收到g在t0发送的测距信号时运动至s’的位置，且该时刻为t1，当g接收到s在t0发送的测距信号时运动至g’的位置，且该时刻为t2。
[0082]
d_(sg)表示在t0时刻瞬间s和g之间的瞬时几何距离，d_(sg’)表示s发射测距信号到g收到信号的下行信号传播几何距离，d_(gs’)表示g发射测距信号到s收到信号的上行信号传播几何距离。
[0083]
基于上述表述，则上下行的距离不一致时延误差r为：
[0084]
r＝r
12-r
21
＝[d_(sg’)-d_(gs’)]/c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0085]
其中，c为光速。
[0086]
由于地面站坐标和低轨卫星精密星历是已知的，因此利用t0时刻低轨卫星的轨道位置和t2时刻的地面站位置坐标可以得到空间几何距离d_(sg’)；同样，利用t0时刻的地面站位置坐标和t1时刻的低轨卫星轨道位置可以得到d_(gs’)。最后根据公式(6)计算得到距离不一致时延误差r，并代入式(5)解算得到星地相对钟差。
[0087]
步骤3，利用星地相对钟差信息实现对星载原子钟性能评估。
[0088]
本发明实施例中，利用上述得到星地相对钟差后，基于星地相对钟差数据进一步展开对低轨卫星原子钟性能的评估，具体的衡量方法是通过一段的星地钟差数据序列分别计算300秒稳定度、天稳定度、星地比对精度三个指标。
[0089]
本发明实施例中，稳定度评估采用修正艾伦方差来表征其频率稳定性。一般来说利用艾伦方差求稳定度需要至少连续15个以上的采样数据，而低轨卫星在轨运行时，由于其高速动态运行，其每日过境与地面站可见数次，每次可视连续时长仅有几十秒到几百秒，其余时间无法通过星地时间比对获得星地钟差。鉴于低轨卫星与地面站有限的建链时段和建链时长，得到的可用数据非常有限，很难得到均匀连续的数据样本，因此通过以下策略和数据拼接方法来实现对低轨星载原子钟性能的评估。
[0090]
本发明实施例中，根据一次入境弧长作为平滑时间评估稳定度，包括：
[0091]
根据低轨卫星每次过境地面站的可视连续弧长，首先确定平滑时间。
[0092]
通过下式(7)求修正allan方差表征稳定度modσy(τ)。
[0093][0094]
其中，τ为平滑时间，且τ＝mτ0，m为平滑因子，τ0为采样间隔，n为数据总个数，xi为得到的相对钟差数据δt，当m＝1时，修正allan方差退化为allan方差。
[0095]
具体示例性的，针对空间站每次过境弧段时长平均为5分钟左右，则对于空间站可以评估其300秒稳定度；若实际星地时间比对测量链路中1秒1个测量数据，每个过境弧段的
300秒内有300个测量数据，每个弧段选择10个质量较好的测量数据作为样本数据(可以从每个弧段的中间一段取连续取10个数据)，至少选取连续15个以上弧段的样本数据，进行拼接后，则可以得到至少15*10＝150个样本数据点数，利用这15*10个样本数据，通过式(7)计算300s稳定度中。此时τ平滑时间为300，平滑因子m取10，采样间隔τ0取30。也可以对每个弧段选取更多的样本数据，即通过增大平滑因子m，并相应调整采样间隔τ0的大小，然后根据公式(7)计算300秒稳定度。
[0096]
进一步具体解释性的，鉴于上述方法得到的结果是基于不均匀数据进行拼接得到的结果，其稳定度性能必然会比实际利用均匀连续测量数据得到的性能较差，可以将该结果作为300秒稳定度的最低要求。
[0097]
本发明实施例中，天稳定度评估策略包括：
[0098]
选取至少连续15天的星地相对钟差数据，每天仅取1个质量较好的测量数据作为样本数据，则至少有连续15个样本数据点数，利用这15个样本数据点数，利用式(7)修正allan方差求天稳定度；其中τ平滑时间为86400，平滑因子m取1，采样间隔τ0取86400。也可以每天选取更多的测量数据作为样本数据，即通过增大平滑因子m，并相应调整采样间隔τ0的大小，然后根据公式(7)计算天稳定度。
[0099]
本发明实施例中，空地时间比对精度评估策略包括：
[0100]
选取一次过境测量得到的连续弧段的星地测量数据，利用双向时差测量方法计算得到该弧段各个时刻的星地相对钟差数据，并剔除野值，进一步对剔除野值后的钟差数据进行高阶多项式拟合，然后与原始星地钟差数据相减得到一个残差序列，最后对该残差序列求标准方差即为星地比对精度。该值可以评估一段时间内的星地时间比对精度，从另一个侧面反映了原子钟的性能。
[0101]
本发明具体实施例提供的一种空间高精度原子钟性能评估方法，假定某低轨卫星a，某地面站b，地面处理中心c，则a、b及c之间组成基于微波测距链路的星地时间同步网络系统。其中，卫星a通过一个固定频点f1的微波链路测距设备下行向地面发送连续测距信号，同时地面站b设备通过一个固定频点f2的微波链路测距设备上行向卫星发送连续测距信号(示例性的，1秒发送1个测量数据)；地面微波链路测距设备收到卫星发送的信号后通过一定的处理得到下行伪距测量值，并通过地面数据传递网络将伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；卫星微波链路测距设备收到地面发送的信号后通过一定的处理得到上行伪距测量值，并通过数据遥测回传链路将伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；上述过程的星地之间双向测量过程持续至少15天，地面处理中心收集15天的双向伪距测量值；
[0102]
地面处理中心利用已知卫星轨道和地面站坐标，根据公式(6)计算相应时刻的距离不一致时延误差r；地面处理中心基于双向时间同步原理，并采用公式(5)解算得到15天内对应时刻的星地相对钟差；
[0103]
选取连续15个过境弧段的星地相对钟差数据，每个弧段数据仅选择10个测量数据作为样本数据，将连续15个弧段的样本数据进行拼接，得到15*10＝150个样本数据点数；利用这15*10个样本数据，设置τ平滑时间为300，平滑因子m取10，采样间隔τ0取30，根据公式(7)求300秒稳定度；采用连续15天的星地相对钟差数据，每天取1个测量数据作为样本数据，则有连续15个样本数据点数；利用这15个样本数据，设置τ平滑时间为86400，平滑因子m
取1，采样间隔τ0取86400，根据公式(7)求天稳定度；选取一个过境弧段时长约为300s的星地相对钟差数据，对星地钟差数据进行高阶多项式拟合，并与原始星地钟差数据相减得到一个残差序列，最后对该残差序列求标准方差(可参考图4方法)，即得到星地时间比对精度。
[0104]
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
[0105]
请参阅图5，本发明再一实施例中，提供一种空间高精度原子钟性能评估系统，包括：
[0106]
星地相对钟差获取模块，用于基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差；其中，计算所述星地相对钟差的过程中引入距离不一致时延误差进行修正；
[0107]
性能评估模块，用于基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度，基于稳定度、天稳定度和星地比对精度实现空间高精度原子钟性能评估。
[0108]
本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于空间高精度原子钟性能评估方法的操作。
[0109]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关空间高精度原子钟性能评估方法的相应步骤。
[0110]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0111]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0112]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0113]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0114]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种空间高精度原子钟性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差；其中，计算所述星地相对钟差的过程中引入距离不一致时延误差进行修正；基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度，基于稳定度、天稳定度和星地比对精度实现空间高精度原子钟性能评估。2.根据权利要求1所述的一种空间高精度原子钟性能评估方法，其特征在于，所述基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差的过程中，所述星地相对钟差的计算表达式为，δt＝(p
1-p2)/2+r/2+&/2；式中，δt为星地相对钟差；p1为上行伪距测量值；p2为下行伪距测量值；r为距离不一致时延误差；(&
12-&
21
)＝&，&
21
表示信号上行传播路径的各项传播时延综合误差，&
12
表示信号下行传播路径的各项传播时延综合误差；r＝r
12-r
21
＝[d_(sg’)-d_(gs’)]/c；式中，r
21
表示上行信号传播几何距离时延，r
12
表示下行信号传播几何距离时延；d_(sg’)表示s发射测距信号到g收到信号的下行信号传播几何距离，d_(gs’)表示g发射测距信号到s收到信号的上行信号传播几何距离；s、g依次分别表示搭载有高精度原子钟的低轨卫星、地面站；c表示光速。3.根据权利要求2所述的一种空间高精度原子钟性能评估方法，其特征在于，上行伪距测量值p1以及下行伪距测量值p2的获取步骤包括：搭载有高精度原子钟的低轨卫星通过固定频点f1的微波链路测距设备下行向地面站发送连续测距信号，地面站通过固定频点f2的微波链路测距设备上行向低轨卫星发送连续测距信号；地面站的微波链路测距设备收到低轨卫星发送的信号后，处理得到下行伪距测量值，并通过地面数据传递网络将下行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；低轨卫星的微波链路测距设备收到地面站发送的信号后，处理得到上行伪距测量值，并通过数据遥测回传链路将上行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备。4.根据权利要求2所述的一种空间高精度原子钟性能评估方法，其特征在于，所述基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度的过程中，计算获得稳定度的步骤包括：根据低轨卫星每次过境地面站的可视连续弧长确定平滑时间，通过稳定度计算表达式计算获得修正allan方差表征稳定度modσ
y
(τ)，所述稳定度计算表达式为，式中，τ为平滑时间，τ＝mτ0；m为平滑因子；τ0为采样间隔；n为数据总个数，x
i
为得到的星地相对钟差δt；计算获得天稳定度的步骤包括：获取预设天数的星地相对钟差数据作为样本数据，利用所述稳定度计算表达式计算获得天稳定度；计算获得星地比对精度的步骤包括：选取一次过境测量得到的连续弧段的星地测量数
据，利用双向时差测量方法计算得到该弧段各个时刻的星地相对钟差数据，并剔除野值；对剔除野值后的钟差数据进行高阶多项式拟合，然后与原始的星地钟差数据相减得到一个残差序列；对所述残差序列求标准方差获得星地比对精度。5.一种空间高精度原子钟性能评估系统，其特征在于，包括：星地相对钟差获取模块，用于基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差；其中，计算所述星地相对钟差的过程中引入距离不一致时延误差进行修正；性能评估模块，用于基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度，基于稳定度、天稳定度和星地比对精度实现空间高精度原子钟性能评估。6.根据权利要求5所述的一种空间高精度原子钟性能评估系统，其特征在于，所述星地相对钟差获取模块实现基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差的过程中，所述星地相对钟差的计算表达式为，δt＝(p
1-p2)/2+r/2+&/2；式中，δt为星地相对钟差；p1为上行伪距测量值；p2为下行伪距测量值；r为距离不一致时延误差；(&
12-&
21
)＝&，&
21
表示信号上行传播路径的各项传播时延综合误差，&
12
表示信号下行传播路径的各项传播时延综合误差；r＝r
12-r
21
＝[d_(sg’)-d_(gs’)]/c；式中，r
21
表示上行信号传播几何距离时延，r
12
表示下行信号传播几何距离时延；d_(sg’)表示s发射测距信号到g收到信号的下行信号传播几何距离，d_(gs’)表示g发射测距信号到s收到信号的上行信号传播几何距离；s、g依次分别表示搭载有高精度原子钟的低轨卫星、地面站；c表示光速。7.根据权利要求6所述的一种空间高精度原子钟性能评估系统，其特征在于，上行伪距测量值p1以及下行伪距测量值p2的获取步骤包括：搭载有高精度原子钟的低轨卫星通过固定频点f1的微波链路测距设备下行向地面站发送连续测距信号，地面站通过固定频点f2的微波链路测距设备上行向低轨卫星发送连续测距信号；地面站的微波链路测距设备收到低轨卫星发送的信号后，处理得到下行伪距测量值，并通过地面数据传递网络将下行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备；低轨卫星的微波链路测距设备收到地面站发送的信号后，处理得到上行伪距测量值，并通过数据遥测回传链路将上行伪距测量值送给地面处理中心的接收处理设备。8.根据权利要求6所述的一种空间高精度原子钟性能评估系统，其特征在于，所述性能评估模块实现基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度的过程中，计算获得稳定度的步骤包括：根据低轨卫星每次过境地面站的可视连续弧长确定平滑时间，通过稳定度计算表达式计算获得修正allan方差表征稳定度modσ
y
(τ)，所述稳定度计算表达式为，式中，τ为平滑时间，τ＝mτ0；m为平滑因子；τ0为采样间隔；n为数据总个数，x
i
为得到的
星地相对钟差δt；计算获得天稳定度的步骤包括：获取预设天数的星地相对钟差数据作为样本数据，利用所述稳定度计算表达式计算获得天稳定度；计算获得星地比对精度的步骤包括：选取一次过境测量得到的连续弧段的星地测量数据，利用双向时差测量方法计算得到该弧段各个时刻的星地相对钟差数据，并剔除野值；对剔除野值后的钟差数据进行高阶多项式拟合，然后与原始的星地钟差数据相减得到一个残差序列；对所述残差序列求标准方差获得星地比对精度。9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至4中任一项所述的空间高精度原子钟性能评估方法。10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的空间高精度原子钟性能评估方法。

技术总结

本发明公开了一种空间高精度原子钟性能评估方法、系统、设备及介质，所述空间高精度原子钟性能评估方法包括以下步骤：基于双向时差测量方法，计算获得星地相对钟差；其中，计算所述星地相对钟差的过程中引入距离不一致时延误差进行修正；基于计算获得的星地相对钟差计算获得稳定度、天稳定度、星地比对精度，基于稳定度、天稳定度和星地比对精度实现空间高精度原子钟性能评估。本发明提供的技术方案中，通过利用基于微波测距链路的星地时间比对网络系统，并基于双向时差测量方法解算得到星地相对钟差信息，最后利用相对钟差信息可实现对空间高精度原子钟的性能评估。间高精度原子钟的性能评估。间高精度原子钟的性能评估。