星間頻差測(cè)量方法及地面驗(yàn)證

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1、研究與探討星星星間間間頻頻頻差差差測(cè)測(cè)測(cè)量量量方方方法法法及及及地地地面面面驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證證證王崇羽陸波袁媛（航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京，10094）文摘：介紹編隊(duì)飛行的小衛(wèi)星星間頻差的產(chǎn)生機(jī)理，分析星上時(shí)差測(cè)量的方法和誤差，提出一種簡(jiǎn)便易行的星間頻差地面測(cè)量系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，以便于小衛(wèi)星星座整星測(cè)試中星間頻差的驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星定位；星間頻差；頻差測(cè)量；測(cè)試驗(yàn)證。近年來，隨著小衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)星間時(shí)鐘頻差的測(cè)量和驗(yàn)證，可以對(duì)星上頻差測(cè)了一種多顆小衛(wèi)星的編隊(duì)形式，它利用衛(wèi)星間的量結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估

2、，這是型號(hào)任務(wù)成功的基礎(chǔ)相互協(xié)作，具有了大衛(wèi)星的功能。這種多顆小衛(wèi)條件。星的編隊(duì)形式具有成本低、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。1星間頻差的形成小衛(wèi)星編隊(duì)飛行中，為了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星間的協(xié)同工作，需要對(duì)衛(wèi)星之間的狀態(tài)信息進(jìn)行觀測(cè)。星間某小衛(wèi)星星座的星上時(shí)間系統(tǒng)主要分為星務(wù)相對(duì)距離的測(cè)量是衛(wèi)星之間的一個(gè)重要觀測(cè)量，時(shí)間、高精度時(shí)間。其中，星務(wù)時(shí)間與以往衛(wèi)星獲取衛(wèi)星之間的距離，以便實(shí)現(xiàn)距離信息的交的星時(shí)概念相同，為程控指令提供時(shí)間參考。高換，并對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行精確定位。精度時(shí)間為本型號(hào)特有，由時(shí)間管理單元提供，在星間測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，為了達(dá)到高精度的

3、主要用于：供給應(yīng)答機(jī)做星地頻差測(cè)量；供給測(cè)量結(jié)果，通常需要星座采用統(tǒng)一的時(shí)間頻率系GPS和星間鏈路做差分運(yùn)算，計(jì)算星間頻差；供統(tǒng)。星間頻差是編隊(duì)衛(wèi)星統(tǒng)一時(shí)間頻率系統(tǒng)的一給載荷，供其使用。個(gè)重要參數(shù)，在整星測(cè)試中驗(yàn)證星間頻差的正確1.1星上時(shí)間生成性至關(guān)重要。高精度時(shí)間頻率系統(tǒng)為星座中的各小衛(wèi)星星座的系統(tǒng)時(shí)鐘是由衛(wèi)星上的原子鐘個(gè)衛(wèi)星提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，以滿足衛(wèi)星載荷的統(tǒng)計(jì)處理形成的，它是一種系統(tǒng)意義上的虛擬時(shí)各項(xiàng)任務(wù)需求。鐘。銣鐘為星上的時(shí)間管理單元提供10MHz的時(shí)間同步就是把各衛(wèi)星時(shí)間對(duì)齊，使各衛(wèi)星頻率基準(zhǔn)，而時(shí)間

4、管理單元作為高精度時(shí)間的提在同一時(shí)刻具有相同的時(shí)間計(jì)量值。在高精度應(yīng)供者，以銣鐘輸出的10MHz基準(zhǔn)時(shí)鐘為計(jì)時(shí)單用領(lǐng)域現(xiàn)在都是采用原子時(shí)來計(jì)時(shí)。雖然原子頻位標(biāo)準(zhǔn)生成秒脈沖（1PPS），連同分頻產(chǎn)生的標(biāo)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度相對(duì)較高，但時(shí)間累積誤差10MHz和濾波計(jì)算出的高精度時(shí)間一起輸出，供對(duì)于高精度時(shí)間同步來說仍然是需要考慮的。高星上其他設(shè)備對(duì)時(shí)，形成星上時(shí)間。星上時(shí)間以精度時(shí)間同步除了需要時(shí)間同步以外，也需要頻脈沖數(shù)累計(jì)，其最小單位為100ns。輸出秒脈沖率同步。因此，星間時(shí)鐘頻差的測(cè)量，以及在整表示整秒時(shí)刻，秒計(jì)數(shù)值

5、通過CAN總線廣播到星測(cè)試中星間頻差的驗(yàn)證具有重要的意義。通過星上其他各分系統(tǒng)。-4-《航天標(biāo)準(zhǔn)化》2016年第1期NASA宇航材料標(biāo)準(zhǔn)體系簡(jiǎn)析·陳強(qiáng)/林海波/張興超等星間頻差測(cè)量方法及地面驗(yàn)證·王崇羽/陸波/袁媛表1NASA制定的部分材料標(biāo)準(zhǔn)1.2星間頻差的產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度有時(shí)域穩(wěn)定度和頻域穩(wěn)定度之序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)版次發(fā)布日期名稱星載銣鐘作為小衛(wèi)星時(shí)鐘基準(zhǔn)的提供者，其分。通常用阿侖方差來表征時(shí)域穩(wěn)定度，用瞬時(shí)本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)頻標(biāo)的振蕩周期不可能保持恒久不變，它會(huì)發(fā)生相對(duì)頻偏的功率密度來表征頻域穩(wěn)定度。頻域穩(wěn)1NASA-STD-60

6、01B2011-08-26易燃性、出氣性與相容性要求及測(cè)試程序系統(tǒng)變化和隨機(jī)變化。我們將主星與副星之間的定度的大小與采樣時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。2NASA-HDBK-6007A2013-12-02先進(jìn)陶瓷試樣與部件用推薦性材料去除工藝手冊(cè)時(shí)鐘頻率差定義為星間頻差，頻差方程為Δf=fa-編隊(duì)飛行的小衛(wèi)星有各自不同的時(shí)鐘基準(zhǔn)，3NASA-STD-60122012-03-08空間飛行硬件的腐蝕保護(hù)fb，銣鐘的技術(shù)指標(biāo)主要由3個(gè)因素所制約———必然帶來星間時(shí)鐘之間的頻率差，即各小衛(wèi)星之4NASA-STD-60162008-07-11

7、航天器材料與工藝要求頻率準(zhǔn)確度、頻率漂移率和頻率穩(wěn)定度。間的頻差。頻差主要受以上3個(gè)指標(biāo)的影響，因5NASA-HDBK-60252014-04-24NASA飛行應(yīng)用中的鈦合金規(guī)格與認(rèn)證指南發(fā)射器結(jié)構(gòu)、設(shè)備與地面保障設(shè)備用碳鋼、不銹鋼與鋁材a）頻率準(zhǔn)確度，頻率準(zhǔn)確度表示實(shí)際振蕩此兩鐘之間的頻差方程可由以上3個(gè)指標(biāo)參數(shù)來6NASA-STD-5008B2011-03-18的保護(hù)涂層頻率偏離標(biāo)稱值的程度，它同時(shí)也反映了實(shí)際振表示。由于頻率穩(wěn)定度是與采樣時(shí)間有關(guān)的，當(dāng)各中心標(biāo)準(zhǔn)蕩周期偏離標(biāo)稱振蕩周期的程度。頻率準(zhǔn)確度A采樣時(shí)間

8、較長(zhǎng)時(shí)，穩(wěn)定度對(duì)頻差的影響可以忽略1MSFC-STD-1051971-04-02合成橡膠老化控制可由式（1）表示：不計(jì)，見式（3）。星上通常使用相對(duì)頻率準(zhǔn)確度2MSFC-STD-506C1997-06-11標(biāo)準(zhǔn)材料與過程控制A=fx-f0（1）定義兩星之間的頻率差，即兩星頻率差與主星頻3MSFC-STD-5091972-10-16潤(rùn)滑劑選用f0