面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法及系统

1.本发明涉及卫星技术领域，具体涉及一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法及系统。


背景技术：

2.低轨道地球(leo，low earth orbit)卫星，也称低轨卫星或leo卫星，在低轨道地球卫星网络中，分布在各个卫星内部或者卫星各个模块中的时钟存在差异，为了保证卫星网络的协调运转，需要在卫星之间进行时间同步。低轨星座的卫星处在高速相对运动状态，可能造成信号失锁。并且，受太阳耀斑、大气重力波扰动等影响，电离层会发生扰动，电离层扰动可能导致低轨卫星的接收机接收到的信号出现畸变和误码，无法解出。同时，低轨卫星网络拓扑时变，星间激光链路不断建立和断开。另外，导航信号也受到人为因素的影响，在特殊情况下无法获取。综上，目前大规模低轨卫星系统在恶劣空间条件下难以实现高效和可靠的时间同步。


技术实现要素：

3.本发明为了解决目前大规模低轨卫星系统难以实现恶劣空间条件下高效和可靠的时间同步的问题，提出一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法及系统。
4.第一方面，本发明的第一实施例提出一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，所述方法依次包括时钟初始化模式和搜索切换模式；所述时钟初始化模式包括：当前低轨卫星开启时间同步设备，从多个时钟源头中，根据预设的阈值和预定的优先级依次判断，选取优先级最高的可用时钟对所有星内的时间同步设备进行时间同步，完成当前低轨卫星的开机；所述搜索切换模式包括：当前低轨卫星根据预设的阈值，持续判断多个时钟源头中优先级最高的可用时钟，并实时切换至优先级最高的可用时钟。
5.进一步地，所述多个时钟源头按照所述优先级依次包括根据导航卫星的导航电文解算得到的钟差、根据当前低轨卫星的星间激光链路解算得到的钟差和当前低轨卫星的星内时钟。
6.进一步地，所述时钟初始化模式包括：
7.s010，当前低轨卫星打开导航接收机，进行位置和时间信息获取，并与其他可见的低轨卫星建立星间激光链路，当前低轨卫星向可见的其他低轨卫星发送时间同步信号；
8.s020，当前低轨卫星向可见的其他低轨卫星发送时间同步信号并等待第一阈值时间t1，判断是否解算出导航卫星播发的导航电文，如是则进入s030，如否则进入s040；
9.s030，当前低轨卫星根据导航卫星的导航电文计算钟差和位置信息，并进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式；
10.s040，判断当前低轨卫星的星间激光链路的收发误码率是否满足数据恢复要求，如是则进入s050，如否则进入s060；
11.s050，当前低轨卫星根据星间激光链路计算钟差，并进行星内时间同步设备的时
间同步，然后进入所述搜索切换模式；
12.s060，以当前低轨卫星的星内时钟作为基准时钟，进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式；
13.进一步地，所述s010中，当前低轨卫星是根据导航接收机获取自身的位置和时间信息；
14.所述s020中，当前低轨卫星是以预定的时间间隔定期向其他低轨卫星发送时间同步信号；
15.所述s030中，当前低轨卫星是根据至少四颗导航卫星的导航电文计算钟差。
16.进一步地，所述搜索切换模式包括：
17.s070，当前低轨卫星接收导航卫星的导航电文并等待，判断收到导航电文的等待时间是否超过第二阈值时间t2，如否则进入s080，如是则进入s090；
18.s080，当前低轨卫星根据导航卫星的导航电文计算钟差并进行时间同步，并向其他可见的低轨卫星广播时钟信号，然后进入s120；
19.s090，按照当前低轨卫星的激光通信终端的编号依次采集各激光通信终端输出的光功率信号和时间同步信号，分别判断各激光通信终端的光功率值是否超过光功率阈值p以及时间同步的等待时间是否未超过第三阈值时间t3，若至少一个激光通信终端均满足则进入s100，否则进入s110；
20.s100，当前低轨卫星根据星间激光链路传输的时间信息计算钟差并进行时间同步，然后进入s120；
21.s110，以当前低轨卫星的星内时钟作为基准时钟，然后进入s120；
22.s120，回到所述s070循环所述搜索切换模式。
23.进一步地，所述s070中，当前低轨卫星是接收至少四颗导航卫星的导航电文，所述导航卫星包括北斗卫星和gps卫星；
24.所述s090中，当前低轨卫星包括四个激光通信终端。
25.进一步地，第一阈值时间t1为当前低轨卫星的导航接收机从开机到输出信号的时间；
26.第二阈值时间t2为2秒；
27.第三阈值时间t3为：
[0028][0029]
c为光速，δt为当前低轨卫星与同轨道的相邻卫星的收发设备时延，t为当前低轨卫星对外发送时间同步信号的周期，同轨道相邻两颗卫星之间的距离l为：
[0030][0031]
r为星下点地球半径，h为低轨卫星最高轨道高度，n为同一轨道卫星数；
[0032]
l’为当前低轨卫星与异轨道的可见的其他低轨卫星之间的距离，δt’为当前低轨卫星与异轨道的可见的其他低轨卫星的收发设备时延；
[0033]
光功率阈值p为当前低轨卫星的星间激光链路的调制格式和通信速率的灵敏度值。
[0034]
第二方面，本发明的第二实施例提出一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步系统，用于实现如上述第一方面中任一项所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，所述系统包括：设置于低轨卫星上的gnss天线、导航接收机、时间同步切换模块、四个激光通信终端、时间与数据汇聚和分离模块以及星上路由器。
[0035]
进一步地，所述时间同步切换模块包括导航电文阈值判别模块、时钟信号提取模块、光信号阈值判别模块和切换模块；所述激光通信终端包括望远镜系统、分光镜、反光镜、ccd摄像头、信标光源、控制单元、伺服驱动单元、调制与解调模块和光电探测模块；所述时间与数据汇聚和分离模块包括时间汇聚与选择分发模块和与四个所述激光通信终端分别对应的四个子时间与数据汇聚和分离模块。
[0036]
进一步地，所述导航接收机通过所述gnss天线接收导航星座发出的导航电文，所述导航电文阈值判别模块根据等待接收电文的时间是否超过阈值判断电文信号是否可用，若可用则通过所述时间信号提取模块提取时间信号；所述激光通信终端用于通信和时间同步信号传递，所述信标光源用于捕获跟踪；接收信号时，进入所述望远镜系统的光经所述分光镜后，一部分进入所述ccd摄像头，由所述控制单元根据所述ccd摄像头反馈的信息控制所述伺服驱动单元跟踪信号发送端，另一部分进入所述光电探测模块将光信号转化为电信号，所述光电探测模块将电信号传递给所述调制与解调模块，解调信号后，通过对外收发通信接口将信号发送到与该激光通信终端相连的所述子终端时间与数据汇聚和分离模块，使信号分离出时间同步信息和通信数据，其中时间同步信息发送给所述时间汇聚与选择分发模块，通信数据则发送给所述星上路由器；所述光电探测模块获得的光功率值传递给所述光信号阈值判别模块，根据光信号功率值判断信号是否能够提取时间信号，并将判决结果发送给所述切换模块，所述切换模块读取所述时间汇聚与选择分发模块的时间同步信息；发射信号时，将低轨卫星上的音视频数据、遥测遥控数据和所述激光通信终端接收到的数据发送到所述星上路由器，所述切换模块将所述时间同步信息发送给所述时间汇聚与选择分发模块，所述星上路由器和所述时间汇聚与选择分发模块分别将数据和时间同步信息发送给所述时间与数据汇聚和分离模块，所述时间与数据汇聚和分离模块将数据和时间同步信息合并后发送给所述调制解调模块，所述调制解调模块对信号光源产生的激光进行调制，已调信号经所述分光镜、所述反光镜和所述望远镜系统发射出去。
[0037]
本发明综合考虑低轨卫星网络拓扑时变、卫星高速运动以及空间恶劣环境对卫星时间同步的影响，通过设置相关阈值，并根据阈值切换卫星时间同步源头。包括两种工作模式，在卫星入轨后先进入时钟初始化模式，确保星内各项业务开展，之后进入搜索切换模式，提供可靠的同步时间。可确保恶劣空间条件下低轨卫星高效、可靠的时间同步。
[0038]
本发明对星间时间同步的时间阈值是根据卫星星下点位置、卫星之间的距离、同轨道卫星数量和卫星收发设备时延等动态设定的，功率阈值根据星间激光通信的调制解调设备对不同格式和速率信号的灵敏度要求动态设定，满足低轨卫星在环境高度动态变化下的时间同步需求。
[0039]
本发明的星内时间同步切换系统对时间同步信息的获取和发送不经过星上路由器，可实现时钟源头下沉，减少路由器中的排队时延，降低排队时延造成的时延抖动。
附图说明
[0040]
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0041]
图1为本发明第一实施例的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法的原理示意图；
[0042]
图2为本发明第一实施例的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法中的时钟初始化模式的流程示意图；
[0043]
图3为本发明第一实施例的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法中的搜索切换模式的流程示意图；
[0044]
图4为一种低轨卫星的星间时间同步的示意图；
[0045]
图5为本发明第二实施例的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步系统的组成示意图。
具体实施方式
[0046]
此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
[0047]
此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
[0048]
如图1-图3所示，本发明的第一实施例提出一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，依次包括时钟初始化模式和搜索切换模式；所述时钟初始化模式包括：当前低轨卫星开启时间同步设备，从多个时钟源头中，根据预设的阈值和预定的优先级依次判断，选取优先级最高的可用时钟对所有星内的时间同步设备进行时间同步，完成当前低轨卫星的开机；所述搜索切换模式包括：当前低轨卫星根据预设的阈值，持续判断多个时钟源头中优先级最高的可用时钟，并实时切换至优先级最高的可用时钟。
[0049]
其中，多个时钟源头按照优先级依次包括根据导航卫星的导航电文解算得到的钟差、根据当前低轨卫星的星间激光链路解算得到的钟差和当前低轨卫星的星内时钟。
[0050]
时钟初始化模式包括：
[0051]
s010，当前低轨卫星打开导航接收机，进行位置和时间信息获取，并与其他可见的低轨卫星建立星间激光链路，当前低轨卫星向可见的其他低轨卫星发送时间同步信号。
[0052]
在本实施例中，当前低轨卫星是根据导航接收机获取自身的位置和时间信息，当前低轨卫星是以预定的时间间隔定期向其他低轨卫星发送时间同步信号。
[0053]
s020，当前低轨卫星等待第一阈值时间t1，判断是否解算出导航卫星播发的导航电文，如是则进入s030，如否则进入s040。
[0054]
在本实施例中，导航接收机开机到正常工作输出信号的时间为分钟级，激光通信终端建链时间为秒级，因此第一阈值时间t1为当前低轨卫星的导航接收机从开机到输出信号的时间。
[0055]
s030，当前低轨卫星根据导航卫星的导航电文计算钟差和位置信息，并进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式。
[0056]
在本实施例中，当前低轨卫星是根据至少四颗导航卫星的导航电文计算钟差。
[0057]
s040，判断当前低轨卫星的星间激光链路的收发误码率是否满足数据恢复要求，如是则进入s050，如否则进入s060。
[0058]
在本实施例中，数据恢复要求与选取的纠错机制有关，可以根据实际情况而调整。
[0059]
s050，当前低轨卫星根据星间激光链路计算钟差，并进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式。
[0060]
s060，以当前低轨卫星的星内时钟作为基准时钟，进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式。
[0061]
搜索切换模式包括：
[0062]
s070，当前低轨卫星接收导航卫星的导航电文并等待，判断收到导航电文的等待时间是否超过第二阈值时间t2，如否则进入s080，如是则进入s090。
[0063]
在本实施例中，当前低轨卫星是接收至少4颗导航卫星的导航电文，导航卫星可包括如北斗卫星和gps卫星。
[0064]
低轨卫星需要接收到4颗导航卫星发出的导航电文获取自身的定位信息和钟差，根据导航位置解算的时间频率，为确保正常情况下在阈值内可以对4颗导航卫星发出的导航电文进行解算，第二阈值时间t2设为2秒。
[0065]
s080，当前低轨卫星根据导航卫星的导航电文计算钟差并进行时间同步，并向其他可见的低轨卫星广播时钟信号，然后进入s120。
[0066]
s090，按照当前低轨卫星的激光通信终端的编号依次采集各激光通信终端输出的光功率信号和时间同步信号，分别判断各激光通信终端的光功率值是否超过光功率阈值p以及时间同步的等待时间是否未超过第三阈值时间t3，若至少一个激光通信终端均满足则进入s100，否则进入s110。
[0067]
在本实施例中，当前低轨卫星包括四个激光通信终端，编号可依次为1、2、3和4。
[0068]
第三阈值时间t3为：
[0069][0070]
c为光速，δt为当前低轨卫星与同轨道的相邻卫星的收发设备时延，t为当前低轨卫星对外发送时间同步信号的周期，同轨道相邻两颗卫星之间的距离l为：
[0071][0072]
r为星下点地球半径，h为低轨卫星最高轨道高度，n为同一轨道卫星数；
[0073]
l’为当前低轨卫星与异轨道的可见的其他低轨卫星之间的距离，δt’为当前低轨卫星与异轨道的可见的其他低轨卫星的收发设备时延。
[0074]
光功率阈值p为与当前低轨卫星的星间激光链路的调制格式和通信速率对应的灵
敏度值。
[0075]
s100，当前低轨卫星根据星间激光链路传输的时间信息计算钟差并进行时间同步，然后进入s120。
[0076]
s110，以当前低轨卫星的星内时钟作为基准时钟，然后进入s120；
[0077]
s120，回到所述s070循环所述搜索切换模式。
[0078]
如图4所示，在上述方法中，利用北斗和gps导航电文进行时间同步需要接收4颗导航卫星的导航电文。设4颗导航卫星的位置坐标分别为(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)和(x4，y4，z4)，导航卫星的空间坐标可以通过导航电文中的星历数据得到。设低轨卫星的位置坐标为(x，y，z)，钟差为δt，与4颗导航卫星的距离分别为r1，r2，r3和r4，均为低轨卫星根据导航电文时间戳信息计算得到的伪距，则有：
[0079][0080]
根据上式可以求解低轨卫星的位置坐标(x，y，z)和钟差δt，因此利用导航接收机进行时间同步需要同时接收4颗导航卫星的导航电文。
[0081]
如图4所示，在上述方法中，星间链路同步采用宽带光通信方式，利用激光通信终端捕获、跟踪和瞄准。每颗低轨卫星安装4个空间激光通信终端，与相邻的前后左右4颗卫星同时通信，4个空间激光通信终端是相互独立运行的。低轨卫星定期通过激光通信终端向外发送时间信号。
[0082]
星间链路时间同步采用双向时间比对法，包括但不限于码同步和帧同步的方式，卫星a与卫星b互发时间信号，方程为：
[0083][0084][0085]
其中，t
ab
、t
ba
分别为卫星a到卫星b和卫星b到卫星a的单程伪距时间，和分别为信号发射或接收时两卫星的惯性坐标系，c为光速，t
b-ta和t
a-tb分别为两星的钟差，δ
ab
和δ
ba
分别为两个观测量中待修正的误差量：
[0086][0087][0088]
其中，卫星a和卫星b设备的信号发射和接收时延偏差分别为其中，卫星a和卫星b设备的信号发射和接收时延偏差分别为和相对论效应分别为和设备时延可以在地面测试时精确标定，相对论效应可根据星历、卫星运动速度计算得到。
[0089]
将t
ab
和t
ba
作差，获得相对钟差信息：
[0090]
[0091]
以上，本发明实施例的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法按照优先级顺序依次选择合适的时钟，优先选择卫星导航时间同步方式。当所有的时间同步机制均不可用时，将星内的时钟作为基准时钟后，并按照卫星导航时间同步和星间激光链路同步的顺序，进行时间同步方法切换搜索。
[0092]
本发明实施例综合考虑低轨卫星网络拓扑时变、卫星高速运动以及空间恶劣环境对卫星时间同步的影响，通过设置相关阈值，并根据阈值切换卫星时间同步源头。包括两种工作模式，在卫星入轨后先进入时钟初始化模式，确保星内各项业务开展，之后进入搜索切换模式，提供可靠的同步时间。可确保恶劣空间条件下低轨卫星高效、可靠的时间同步。
[0093]
本发明实施例对星间时间同步的时间阈值是根据卫星星下点位置、卫星之间的距离、同轨道卫星数量和卫星收发设备时延等动态设定的，功率阈值根据星间激光通信的调制解调设备对不同格式和速率信号的灵敏度要求动态设定，满足低轨卫星在环境高度动态变化下的时间同步需求。
[0094]
本发明实施例星内时间同步切换系统对时间同步信息的获取和发送不经过星上路由器，可实现时钟源头下沉，减少路由器中的排队时延，降低排队时延造成的时延抖动。
[0095]
如图5所示，本发明的第二实施例提出一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步系统，用于实现如第一实施例的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，所述系统包括：设置于低轨卫星上的gnss天线、导航接收机、时间同步切换模块、四个激光通信终端、时间与数据汇聚和分离模块以及星上路由器。
[0096]
如图5所示，在本实施例中，时间同步切换模块包括导航电文阈值判别模块、时钟信号提取模块、光信号阈值判别模块和切换模块；激光通信终端包括望远镜系统、分光镜、反光镜、ccd摄像头、信标光源、控制单元、伺服驱动单元、调制与解调模块和光电探测模块；时间与数据汇聚和分离模块包括时间汇聚与选择分发模块和与四个激光通信终端分别对应的四个子时间与数据汇聚和分离模块。
[0097]
导航接收机通过gnss天线接收导航星座发出的导航电文，导航电文阈值判别模块根据等待接收电文的时间是否超过阈值判断电文信号是否可用，若可用则通过时间信号提取模块提取时间信号；激光通信终端用于通信和时间同步信号传递，信标光源用于捕获跟踪。
[0098]
接收信号时，进入望远镜系统的光经分光镜后，一部分进入ccd摄像头，由控制单元根据ccd摄像头反馈的信息控制伺服驱动单元跟踪信号发送端，另一部分进入光电探测模块将光信号转化为电信号，光电探测模块将电信号传递给调制与解调模块，解调信号后，通过对外收发通信接口将信号发送到与该激光通信终端相连的子终端时间与数据汇聚和分离模块，使信号分离出时间同步信息和通信数据，其中时间同步信息发送给时间汇聚与选择分发模块，通信数据则发送给星上路由器；光电探测模块获得的光功率值传递给光信号阈值判别模块，根据光信号功率值判断信号是否能够提取时间信号，并将判决结果发送给切换模块，切换模块读取时间汇聚与选择分发模块的时间同步信息。
[0099]
发射信号时，将低轨卫星上的音视频数据、遥测遥控数据和激光通信终端接收到的数据发送到星上路由器，切换模块将时间同步信息发送给时间汇聚与选择分发模块，星上路由器和时间汇聚与选择分发模块分别将数据和时间同步信息发送给时间与数据汇聚和分离模块，时间与数据汇聚和分离模块将数据和时间同步信息合并后发送给调制解调模
块，调制解调模块对信号光源产生的激光进行调制，已调信号经分光镜、反光镜和望远镜系统发射出去。
[0100]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，所述方法依次包括时钟初始化模式和搜索切换模式；所述时钟初始化模式包括：当前低轨卫星开启时间同步设备，从多个时钟源头中，根据预设的阈值和预定的优先级依次判断，选取优先级最高的可用时钟对所有星内的时间同步设备进行时间同步，完成当前低轨卫星的开机；所述搜索切换模式包括：当前低轨卫星根据预设的阈值，持续判断多个时钟源头中优先级最高的可用时钟，并实时切换至优先级最高的可用时钟。2.根据权利要求1所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，所述多个时钟源头按照所述优先级依次包括根据导航卫星的导航电文解算得到的钟差、根据当前低轨卫星的星间激光链路解算得到的钟差和当前低轨卫星的星内时钟。3.根据权利要求1所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，所述时钟初始化模式包括：s010，当前低轨卫星打开导航接收机，进行位置和时间信息获取，并与其他可见的低轨卫星建立星间激光链路，当前低轨卫星向可见的其他低轨卫星发送时间同步信号；s020，当前低轨卫星等待第一阈值时间t1，判断是否解算出导航卫星播发的导航电文，如是则进入s030，如否则进入s040；s030，当前低轨卫星根据导航卫星的导航电文计算钟差和位置信息，并进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式；s040，判断当前低轨卫星的星间激光链路的收发误码率是否满足预定的数据恢复要求，如是则进入s050，如否则进入s060；s050，当前低轨卫星根据星间激光链路计算钟差，并进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式；s060，以当前低轨卫星的星内时钟作为基准时钟，进行星内时间同步设备的时间同步，然后进入所述搜索切换模式。4.根据权利要求3所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，所述s010中，当前低轨卫星是以预定的时间间隔定期向其他低轨卫星发送时间同步信号；所述s030中，当前低轨卫星是根据至少四颗导航卫星的导航电文计算钟差。5.根据权利要求3所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，所述搜索切换模式包括：s070，当前低轨卫星接收导航卫星的导航电文并等待，判断收到导航电文的等待时间是否超过第二阈值时间t2，如否则进入s080，如是则进入s090；s080，当前低轨卫星根据导航卫星的导航电文计算钟差并进行时间同步，并向其他可见的低轨卫星广播时钟信号，然后进入s120；s090，按照当前低轨卫星的激光通信终端的编号依次采集各激光通信终端输出的光功率信号和时间同步信号，分别判断各激光通信终端的光功率值是否超过光功率阈值p以及时间同步的等待时间是否未超过第三阈值时间t3，若至少一个激光通信终端均满足则进入
s100，否则进入s110；s100，当前低轨卫星根据星间激光链路传输的时间信息计算钟差并进行时间同步，然后进入s120；s110，以当前低轨卫星的星内时钟作为基准时钟，然后进入s120；s120，回到所述s070循环所述搜索切换模式。6.根据权利要求5所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，所述s070中，当前低轨卫星是接收至少四颗导航卫星的导航电文，所述导航卫星包括北斗卫星和gps卫星；所述s090中，当前低轨卫星包括四个激光通信终端。7.根据权利要求5所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，其特征在于，第一阈值时间t1为当前低轨卫星的导航接收机从开机到输出信号的时间；第二阈值时间t2为2秒；第三阈值时间t3为：c为光速，δt为当前低轨卫星与同轨道的相邻卫星的收发设备时延，t为当前低轨卫星对外发送时间同步信号的周期，同轨道相邻两颗卫星之间的距离l为：r为星下点地球半径，h为低轨卫星最高轨道高度，n为同一轨道卫星数；l
′
为当前低轨卫星与异轨道的可见的其他低轨卫星之间的距离，δt’为当前低轨卫星与异轨道的可见的其他低轨卫星的收发设备时延；光功率阈值p为与当前低轨卫星的星间激光链路的调制格式和通信速率对应的灵敏度值。8.一种面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步系统，其特征在于，用于实现如权利要求1-7任一项所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法，所述系统包括：设置于低轨卫星上的gnss天线、导航接收机、时间同步切换模块、四个激光通信终端、时间与数据汇聚和分离模块以及星上路由器。9.根据权利要求8所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步系统，其特征在于，所述时间同步切换模块包括导航电文阈值判别模块、时钟信号提取模块、光信号阈值判别模块和切换模块；所述激光通信终端包括望远镜系统、分光镜、反光镜、ccd摄像头、信标光源、控制单元、伺服驱动单元、调制与解调模块和光电探测模块；所述时间与数据汇聚和分离模块包括时间汇聚与选择分发模块和与四个所述激光通信终端分别对应的四个子时间与数据汇聚和分离模块。10.根据权利要求9所述的面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步系统，其特征在于，所述导航接收机通过所述gnss天线接收导航星座发出的导航电文，所述导航电文阈值判别模块根据等待接收电文的时间是否超过阈值判断电文信号是否可用，若可用则通过所
述时间信号提取模块提取时间信号；所述激光通信终端用于通信和时间同步信号传递，所述信标光源用于捕获跟踪；接收信号时，进入所述望远镜系统的光经所述分光镜后，一部分进入所述ccd摄像头，由所述控制单元根据所述ccd摄像头反馈的信息控制所述伺服驱动单元跟踪信号发送端，另一部分进入所述光电探测模块将光信号转化为电信号，所述光电探测模块将电信号传递给所述调制与解调模块，解调信号后，通过对外收发通信接口将信号发送到与该激光通信终端相连的所述子终端时间与数据汇聚和分离模块，使信号分离出时间同步信息和通信数据，其中时间同步信息发送给所述时间汇聚与选择分发模块，通信数据则发送给所述星上路由器；所述光电探测模块获得的光功率值传递给所述光信号阈值判别模块，根据光信号功率值判断信号是否能够提取时间信号，并将判决结果发送给所述切换模块，所述切换模块根据判决结果判断是否读取所述时间汇聚与选择分发模块的时间同步信息；发射信号时，将低轨卫星上的音视频数据、遥测遥控数据和所述激光通信终端接收到的数据发送到所述星上路由器，所述切换模块将所述时间同步信息发送给所述时间汇聚与选择分发模块，所述星上路由器和所述时间汇聚与选择分发模块分别将数据和时间同步信息发送给所述时间与数据汇聚和分离模块，所述时间与数据汇聚和分离模块将数据和时间同步信息合并后发送给所述调制解调模块，所述调制解调模块对信号光源产生的激光进行调制，已调信号经所述分光镜、所述反光镜和所述望远镜系统发射出去。

技术总结
本发明涉及面向星地融合组网的低轨卫星的时间同步方法及系统，所述方法依次包括时钟初始化模式和搜索切换模式；所述时钟初始化模式包括：当前低轨卫星开启时间同步设备，从多个时钟源头中，根据预设的阈值和预定的优先级依次判断，选取优先级最高的可用时钟对所有星内的时间同步设备进行时间同步，完成当前低轨卫星的开机；所述搜索切换模式包括：当前低轨卫星根据预设的阈值，持续判断多个时钟源头中优先级最高的可用时钟，并实时切换至优先级最高的可用时钟。本发明通过设置相关阈值的方法，实现低轨卫星的时间同步，可确保恶劣空间条件下低轨卫星高效、可靠的时间同步，并满足低轨卫星在高动态下的时间同步需求。低轨卫星在高动态下的时间同步需求。低轨卫星在高动态下的时间同步需求。


技术研发人员：徐月 殷杰 董涛 刘志慧 姚海鹏 王富
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/22