一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法及装置 |
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| 申请号 | CN202311388389.7 | 申请日 | 2023-10-24 | 公开(公告)号 | CN117434553A | 公开(公告)日 | 2024-01-23 |
| 申请人 | 航天宏图信息技术股份有限公司; | 发明人 | 付兴科; 王宇翔; 杨瑞云; 郭振杰; 祝佳磊; 祁雪晴; 朱祥玲; 赵华; 沈振惠; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供一种基于 车轮 式编队卫星 星座 的卫星同步方法及装置。该方法在获取主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据和卫星状态信息后，在预设的第一同步期间，采用预设时间同步 算法 ，对主卫星与任一辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到主卫星与该辅卫星间的相对时钟差，实现时间同步；采用预设空间同步算法，周期性的对卫星状态信息进行处理，得到各卫星的 姿态 信息，实现空间同步；在预设的第二同步期间，通过控制主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送 相位 同步 信号 ，获取主卫星与各辅卫星间的 相位同步 误差，实现相位同步。该方法提高了卫星成像过程中成像周期长、成像 精度 低、成像范围窄的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法，其特征在于，所述车轮式卫星编队包括一个主卫星和三个辅卫星，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法及装置技术领域[0001] 本申请涉及卫星技术领域，具体而言，涉及一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法及装置。 背景技术[0002] 目前仅有针对单星或双星系统的干涉基线少，导致卫星成像过程中成像周期长、成像精度低、成像范围窄的问题，且目前单星或双星系统的同步技术仅为单一属性的同步，即为时间同步、空间同步和相位同步之一，制约了卫星间同步的精度。发明内容 [0003] 本申请实施例的目的在于提供一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法及装置，通过时间同步、空间同步和相位同步的三同步技术，提高了卫星间同步的精度，提高了卫星成像过程中成像周期长、成像精度低、成像范围窄的问题。 [0004] 第一方面，提供了一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法，所述车轮式卫星编队包括一个主卫星和三个辅卫星，该方法可以包括： [0005] 获取所述主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据，以及各的卫星状态信息； [0006] 在预设的第一同步期间，针对任一辅卫星，采用预设时间同步算法，分别对所述主卫星与所述辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星间的相对时钟差，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的时间同步； [0007] 采用预设空间同步算法，周期性的对所述卫星状态信息进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星的姿态信息，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的空间同步； [0008] 在预设的第二同步期间，通过控制所述主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取所述主卫星与所述各辅卫星间的相位同步误差，以实现所述主卫星和所述各辅卫星的相位同步，所述回波接收窗为所述主卫星发射雷达信号后，所述主卫星和相应辅卫星接收到雷达回波的时间段。 [0009] 在一个可选的实现中，所述主卫星与所述各辅卫星上的雷达基准频率源采用GNSS驯服晶振。 [0010] 在一个可选的实现中，所述第一同步期间为所述主卫星和所述各辅卫星上的雷达在进行回波录取前的时间段； [0011] 所述第二同步期间为所述主卫星和所述各辅卫星上的雷达在进行回波录取期间的时间段。 [0012] 在一个可选的实现中，所述预设时间同步算法表示为： [0013] [0014] 其中，Δδtr,AB为GNSS接收地球站A与地球站B的信号接收时差，c为光速，ΔRAB为卫星的地球站A与地球站B的接收机到GNSS间的球面距离，ΔρAB为地球站A与地球站B的接收机到GNSS的几何距离，ΔIAB为地球站A与地球站B的大气延迟误差的差值，ΔPAB为卫星接收机硬件延迟标定后残余误差，ΔOAB为地球站A与地球站B检测到的GNSS卫星轨道误差的单差，ΔεAB为地球站A与地球站B检测到的GNSS接收机噪声和多径效应误差单差。 [0015] 在一个可选的实现中，得到所述主卫星与所述辅卫星间的相对时钟差，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的时间同步，包括： [0017] 在一个可选的实现中，所述卫星状态信息包括所述主卫星与所述辅卫星对应的卫星轨道的偏心率、真近点角和纬度幅角，卫星的速度，卫星轨道倾角和卫星的纬度幅角； [0018] 对于近圆轨道卫星，所述预设空间同步算法表示为： [0019] [0020] 其中， N＝vs/Rs/ωe，e、f、u分别为相应卫星对应的卫星轨道的偏心率、真近点角和纬度幅角，vs为相应卫星的速度，Rs为卫星到地心到距离，ωe为地球自转角速度，i为相应卫星的卫星轨道倾角，u为相应卫星的纬度幅角，ψ为偏航角，θ为俯仰角。 [0021] 在一个可选的实现中，通过控制所述主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取所述主卫星与所述各辅卫星间的相位同步误差，以实现所述主卫星和所述各辅卫星的相位同步，包括： [0022] 在前半个同步脉冲交互周期内，控制所述主卫星发射雷达信号，并控制所述主卫星在雷达回波接收窗前向目标辅卫星发送第一相位同步信号，以使所述目标辅卫星接收到所述第一相位同步信号；所述目标辅卫星为所述三个辅卫星中的任一辅卫星； [0023] 在后半个同步脉冲交互周期内，控制所述主卫星发射雷达信号，并控制所述目标辅卫星在雷达回波接收窗前向所述主卫星发送第二相位同步信号，以使所述主卫星接收到所述第二相位同步信号； [0024] 获取所述主卫星与各辅卫星对各自接收的相位同步信号进行解调后的同步脉冲数据； [0025] 基于所述主卫星与各辅卫星的同步脉冲数据，确定所述主卫星与所述各辅卫星间的相位同步误差。 [0026] 第二方面，提供了一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步装置，所述车轮式卫星编队包括一个主卫星和三个辅卫星，该装置可以包括： [0027] 获取单元，用于获取所述主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据，以及各的卫星状态信息； [0028] 处理单元，用于在预设的第一同步期间，针对任一辅卫星，采用预设时间同步算法，对所述主卫星与所述辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星间的相对时钟差，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的时间同步； [0029] 以及，采用预设空间同步算法，周期性的对所述卫星状态信息进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星的姿态信息，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的空间同步； [0030] 所述获取单元，还用于在预设的第二同步期间，通过控制所述主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取所述主卫星与所述各辅卫星间的相位同步误差，以实现所述主卫星和所述各辅卫星的相位同步，所述回波接收窗为所述主卫星发射雷达信号后，所述主卫星和相应辅卫星接收到雷达回波的时间段。 [0032] 存储器，用于存放计算机程序； [0033] 处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。 [0034] 第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。 [0035] 本申请提供的一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法在获取主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据，以及各自的卫星状态信息后，在预设的第一同步期间，针对任一辅卫星，采用预设时间同步算法，对主卫星与辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到主卫星与辅卫星间的相对时钟差，以实现主卫星和辅卫星间的时间同步；采用预设空间同步算法，周期性的对卫星状态信息进行处理，得到主卫星与辅卫星的姿态信息，以实现主卫星和辅卫星间的空间同步；在预设的第二同步期间，通过控制主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取主卫星与各辅卫星间的相位同步误差，以实现主卫星和各辅卫星的相位同步，回波接收窗为主卫星发射雷达信号后，主卫星和相应辅卫星接收到雷达回波的时间段。该方法通过时间同步、空间同步和相位同步的三同步技术，提高了车轮式编队卫星星座中卫星间同步的精度，提高了卫星成像过程中成像周期长、成像精度低、成像范围窄的问题。附图说明 [0036] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。 [0037] 图1为本申请实施例提供的一种车轮式卫星编队星座的结构示意图； [0038] 图2为本申请实施例提供的一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法的流程示意图； [0039] 图3为本申请实施例提供的一种最大相干法空间同步多普勒增益关系示意图； [0040] 图4为本申请实施例提供的一种相对角速度与地固系SXoYoZo的关系示意图； [0041] 图5为本申请实施例提供的相位同步时序示意图； [0042] 图6为本申请实施例提供的一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步装置的结构示意图； [0043] 图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。 具体实施方式[0044] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本申请实施例，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，都属于本申请保护的范围。 [0045] 本申请的车轮式卫星编队星座是一种新型卫星编队系统，它包含位于同一平面的4颗卫星，分别为主卫星(或称“主星”)a、辅卫星(或称“辅星”)b、辅卫星c和辅卫星d。四颗星按车轮形状排列(如下图)，相邻辅星和主卫星a连线间的夹角θ＝120°，如图1所示。 [0046] 相比现有的双星和单星SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)星座系统的单基线，本方法的车轮编队构型SAR星座系统的卫星具有多种不同的相对位置，从而可以产生多个干涉基线，增强干涉测量的能力，获取更精确的地表高度信息和三维结构。同时，多星构型可以同时覆盖更大的地表区域，减少数据采集周期，从而减少监测任务的时间和资源成本。 [0048] 进一步的，在车轮式编队主星a分别与辅星b、c、d之间六条基线的双发双收SAR工作模式下，四星需要协同工作才能获取有效干涉数据，此协同主要体现为时间、空间、相位的三同步技术。在此技术体制下，分开放置的雷达所接收的信号具有较好的相干性，但发射与接收雷达之间必须要相互协调配合才能正常工作。为此必须要求参与工作的所有雷达天线对准地面同一个目标、所有雷达知道雷达信号发送时间、所有雷达能够在整个合成孔径时间内精确掌握各回波的相位，即为时间空间相位三同步。如果此三者不同步，星座将无法进行精准的干涉成像，从而严重降低系统业务功能。 [0049] 本申请实施例提供的一种基于车轮式编队卫星星座的时间、空间和相位三同步技术，可在满足精确轨控数据交互要求的同时结合星座车轮式的几何特性，实现卫星上时间、空间与卫星轨道相位的同步。 [0050] 其中，各卫星上的雷达基准频率源采用GNSS驯服晶振。 [0051] 以下结合说明书附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请，并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0052] 图2为本申请实施例提供的一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括： [0053] 步骤S210、获取主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据，以及各自的卫星状态信息。 [0054] 观测数据可以包括观测各卫星的GNSS接收机的信号接收时间、各卫星的GNSS接收机间的球面距离和几何距离、大气延迟误差、GNSS接收机噪声和多径效应误差等。 [0055] 卫星状态信息包括所述主卫星与所述辅卫星对应的卫星轨道的偏心率、真近点角和纬度幅角，卫星的速度，卫星轨道倾角和卫星的纬度幅角等。 [0056] 步骤S220、在预设的第一同步期间，针对任一辅卫星，采用预设时间同步算法，分别对主卫星与辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到主卫星与辅卫星间的相对时钟差，以实现主卫星和辅卫星间的时间同步。 [0057] 其中，第一同步期间为主卫星和各辅卫星上的雷达在进行回波录取前的时间段，即雷达开机后但未进入回波录取的时间段。 [0059] 本申请利用车轮编队卫星星座构型，各卫星的GNSS接收机采用定向校准与其余三个卫星的卫星链路的方式进行时间同步保持，可显著减少电离层和对流层造成的时间延迟误差和对单一链路性能的依赖，且时间同步精度优于5ns。 [0060] 具体实施中，主卫星与辅卫星上的不同GNSS接收机，同步观测同一目标GNSS导航卫星，来测定星间相对时钟偏差，达到高精度时间比对的目的。 [0061] GNSS接收机输出的PPS脉冲信号送给雷达的频度为每秒一次。在每次SAR开机成像前，主卫星与辅卫星上的雷达定时器接收到当前的PPS脉冲信号后，根据相对时钟差，对PPS脉冲信号进行延时处理，触发产生定时信号PRF，以实现主卫星和所述辅卫星间的时间同步。 [0062] 在一个实施例中，对任一卫星来讲： [0063] RA＝ρA+cδtr,A‑cδts+IA+PA+OA+εA [0064] RB＝ρB+cδtr,B‑cδts+IB+BB+OB+εB [0065] 取以上两观测量之差，则有： [0066] ΔRAB＝ΔρAB+cΔδtr,AB+ΔIAB+ΔPAB+ΔOAB+ΔεAB [0067] 上式中符号含义如下： [0068] Δδtr,AB为GNSS接收地球站A与地球站B的信号接收时差，c为光速，ΔRAB为地球站A与地球站B的接收机到GNSS间的球面距离，ΔρAB为地球站A与地球站B的接收机到GNSS的几何距离，ΔIAB为地球站A与地球站B的大气延迟误差的差值，ΔPAB为卫星接收机硬件延迟标定后残余误差，ΔOAB为地球站A与地球站B检测到的GNSS卫星轨道误差的单差，ΔεAB为地球站A与地球站B检测到的GNSS接收机噪声和多径效应误差单差。 [0069] 因此，预设时间同步算法可以表示为： [0070] [0071] 也就是说，在两地球站坐标已知的情况下，任一卫星监测的两地球站用户时钟的相对钟差为： [0072] [0073] 卫星间的相对时钟差为主星对应的Δδtr,AB与任一辅卫星对应的Δδtr,AB的差值Δδt。 [0074] 进一步的，在编队星座各卫星之间对齐星上时间后，各卫星采用GNSS接收机输出的PPS脉冲，触发产生雷达定时PRF(脉冲重复频率)信号，实现各卫星的雷达PRF信号的对准。 [0075] 需要说明的是，编队星座于每次SAR载荷开机时进行时间同步后，在其后的开机成像期间利用GNSS驯服的高稳定度晶振实现时间同步的保持。 [0076] 由于各卫星上的雷达基准频率源采用GNSS驯服晶振，经驯服后的主动与被动雷达的晶振信号频差将足够小，基于该驯服晶振信号产生雷达定时时钟信号，从而在雷达开机时间内保持主动雷达与被动雷达定时信号的同步。 [0077] 步骤S230、采用预设空间同步算法，周期性的对卫星状态信息进行处理，得到主卫星与辅卫星的姿态信息，以实现主卫星和辅卫星间的空间同步。 [0078] 其中，卫星的姿态信息包括偏航角和俯仰角。 [0079] 车轮式编队星座工作时主星发射雷达信号，主星和三个辅星同时接收雷达回波。为实现干涉测高或宽幅成像，各卫星的收发天线波束，必须同时覆盖同一地域，即需要实现天线波束的空间同步。空间同步过程中，地面测控系统将成像区域位置信息实时传递给主辅星卫星平台，平台根据自身位置和姿态等信息，利用空间同步算法，计算接收天线的波束指向，通过星姿控制器和波控机，控制辅星接收天线的指向，实现与主星发射平台波束同步。 [0080] 本申请中的车轮式编队使用“最大相干法”实现空间同步。主卫星和各辅卫星均采用多普勒导引，即在成像过程中对多普勒中心频率进行补偿，降低多普勒效应对卫星成像质量的影响，使得主辅星的多普勒中心位置均为各自的相对最大增益位置，保证较高的多普勒去相干。然而，由于辅星接收时波束没有瞄准主星波束照射区，未利用接收天线的最大增益，会略微损失增益。 [0081] 由于主辅星均进行零多普勒姿态导引，此时辅星与主星照射的共同区域等效为正侧视，即场景内多普勒中心频率为0。经仿真分析，最大相干法带来的增益损失为‑0.15dB至‑0.25dB之间(如图3所示)，同时考虑到姿态控制误差、天线波束误差等要素，综合误差约0.03°，致使的额外增益损失约0.06dB。以上误差均在系统可接受范围内。 [0082] 在一些实施例中，对于近圆轨道卫星，所述预设空间同步调整算法表示为： [0083] [0084] 其中， N＝vs/Rs/ωe，e、f、u分别为相应卫星对应的卫星轨道的偏心率、真近点角和纬度幅角，vs为相应卫星的速度，Rs为卫星到地心到距离，ωe为地球自转角速度，i为相应卫星的卫星轨道倾角，u为相应卫星的纬度幅角，ψ为偏航角，θ为俯仰角。 [0086] 由于地球自转的影响而产生的多普勒中心频率的变化，将产生距离向徙动，给成像处理带来困难。研究表明：对L/C波段SAR，其多普勒中心频率在全球范围内的变化为±11KHz左右，星上必须采用一定的姿态补偿以减小fD的范围，从而使距离向徙动得到补偿。 [0087] 多普勒中心频率fD定义为： [0088] 式中：λSAR为SAR工作波长。 为卫星相对目标点的速度矢量；R为卫星相对目标点的位置矢量；R为卫星相对目标点的距离。 [0089] 其中，R＝Rs‑Rt(2) [0090] 式中：Rs为卫星相对地心的位置矢量；Rt为目标点相对地心的矢量； [0091] 从fD公式可以看出，fD是由于卫星观测地面目标点的方向 与卫星与地面目标点的相对速度 没有垂直引起的。卫星观测地面目标的方向，也就是卫星SAR天线波束指向。而SAR天线安装在卫星上，天线的波束指向和卫星的姿态直接相关。相对速度矢量 关系到卫星的运动速度和地面目标点的运动速度。在地球固连坐标系下，地面目标点不动，那么相对速度矢量 就是在该坐标系下的卫星速度。卫星在地球固连坐标系下的速度为卫星速度减去地球自转引起的牵引速度，完全由卫星轨道决定，与卫星的姿态无关。从 和 各自的产生原因看，两者是相互独立的，那么调整姿态使得卫星的SAR天线中心波束指向与相对速度的垂直，是可以实现的。 [0092] 定义地固坐标系SXoYoZo，瞬时三轴与轨道系重合，Zo轴为卫星指向地心，Yo轴为卫星轨道面法向，Xo轴与Zo、Yo遵守右手法则，如图4所示。M为卫星升交点，P为卫星所在子午圈与赤道面的交点。 [0093] 根据上一节分析可知，相对速度矢量 可以表示为卫星速度减去地球自转引起的牵引速度： [0094] 式中：vs为卫星的速度；ve为地球自转角速度引起的牵引速度。 [0095] 在地固坐标系SXoYoZo里，ve可以表示为： [0096] ve＝[vesinα vecosα 0]T (4) [0097] 式中：ve＝ωeRscosβ。 [0098] 在球面直角三角形ΔMPS中，有如下关系： [0099] [0100] 式中：β为SP对应的圆心角；α为MS与SP的夹角；i为卫星轨道倾角；u为卫星的纬度幅角。 [0101] 由式(4)、(5)可得地球自转引起的牵引速度ve为： [0102] ve＝Rsωe[cos i sin i cos u 0]T (6) [0103] 若航迹角为Θ，则卫星的速度vs在坐标系SXoYoZo里可以表示为： [0104] vs＝[vscosΘ,0,‑vssinΘ]T (7) [0105] 式中： e、f分别为卫星轨道的偏心率和真近点角。 [0106] 利用式(6)和式(7)，可得在坐标系SXoYoZo里卫星与地面目标的相对速度 为： [0107] [0108] 要实现SAR天线中心波束指向与上述的相对速度向垂直，只要寻找一个与SAR天线各中心波束指向相垂直的方向，使得其与上述的相对速度平行，就可以实现多普勒中心频率为零。 [0109] SAR各波位唯一的区别在于SAR天线各中心波束SSAR下视角不同。下视角可理解为绕着卫星本体Xb轴的转角，那么卫星本体Xb轴始终和SAR各中心波束指向垂直。因此只要调整姿态使得Xb轴与相对速度方向平行 则可以消除多普勒中心频率。 [0110] 在该时刻地固坐标系SXoYoZo与轨道系是重合的，卫星本体Xb轴的指向在轨道系与在地固系SXoYoZo下的表示是相同的。使Xb轴方向与相对速度矢量平行，需要调整卫星偏航和俯仰姿态角。假设偏航和俯仰角调整角度为ψ,θ，则Xb轴的指向地固坐标系SXoYoZo可以表示为： [0111] Xb＝[cosθcosψ cosθsinψ ‑sinθ]T (9) [0112] 利用式(8)和(9)和关系式 可以得到两维姿态补偿规律： [0113] [0114] 式中：N＝vs/Rs/ωe。 [0115] 对于近圆轨道卫星，卫星的二维导引角度可以近似为： [0116] [0117] 其中， N＝vs/Rs/ωe，e、f、u分别为卫星轨道的偏心率、真近点角、纬度幅角。 [0118] 本申请在车轮编队星座运行期间，对应t时刻纬度幅角，将对应偏航角和俯仰角作为该时刻卫星的实际导引姿态角输出，实现雷达波束按目标偏航角及俯仰角运行的全零多普勒轨迹。 [0119] 步骤S240、在预设的第二同步期间，通过控制主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取主卫星与各辅卫星间的相位同步误差，以实现主卫星和各辅卫星的相位同步。 [0120] 其中，回波接收窗为主卫星发射雷达信号后，主卫星和相应辅卫星接收到雷达回波的时间段。第二同步期间为主卫星和各辅卫星上的雷达在进行回波录取期间的时间段。 [0121] 在车轮式干涉SAR卫星系统中，由于不同卫星上的雷达采用各自不同的频率源，其雷达载波之间必然存在固定频差和由相位噪声引起的时变频差，引入干涉相位误差。相位误差直接影响干涉测高精度和SAR成像质量。为了减小相位误差，需要使得不同卫星的雷达载波实现同步，即频率和相位均相同。因此，相位同步的目的是建立主辅星SAR间共同的相对相位参考，使主辅星SAR的回波信号具有相参性，确保获得满足干涉测高要求的相位差。 [0122] 具体实施中，在前半个同步脉冲交互周期内，控制主卫星发射雷达信号，并控制主卫星在雷达回波接收窗前向目标辅卫星发送第一相位同步信号，以使目标辅卫星接收到第一相位同步信号；目标辅卫星为三个辅卫星中的任一辅卫星； [0123] 在后半个同步脉冲交互周期内，控制主卫星发射雷达信号，并控制目标辅卫星在雷达回波接收窗前向主卫星发送第二相位同步信号，以使主卫星接收到第二相位同步信号； [0124] 获取主卫星与各辅卫星对各自接收的相位同步信号进行解调后的同步脉冲数据； [0125] 基于主卫星与各辅卫星的同步脉冲数据，确定主卫星与各辅卫星间的相位同步误差。 [0126] 具体的，由于主卫星与各辅卫星的基准频率源采用GNSS驯服晶振，卫星上采用的‑12原子钟频率准确度在10 量级以上，从而令驯服后主卫星与各辅卫星的雷达载波频差足够小稳定机制，使得相位误差数据采集过程中的采样满足Nyquist定理。 [0127] 另外，采用同步喇叭天线，在主卫星与任一辅卫星之间交替传输相位同步脉冲信号。该过程在双站SAR数据录取期间周期性进行，雷达发射信号从SAR主天线被切换到8个同步喇叭天线。主卫星发射的同步脉冲被辅星上的同步喇叭天线接收并采集，之后辅主卫星经过适当延时再向主卫星发回一个同步脉冲信号，完成一个同步脉冲交互周期。如此循环往复直到开机成像结束； [0128] 同时，主卫星与各辅卫星对各自接收的相位同步脉冲分别进行解调和数据采集，获得的同步脉冲数据通过数传系统下传地面，地面处理中提取相位同步误差，补偿辅星回波，完成相位同步。 [0129] 对于一个脉冲重复周期，如图5所示，主卫星首先发射雷达信号，然后在回波接收窗前后的空余时段T内主卫星向辅卫星发射相位同步信号，随后辅卫星接收到主卫星的同步信号；在下一个脉冲重复周期内，辅卫星利用相同的空余时段T向主卫星发射同步信号，实现脉冲对传。因此在回波接收窗前后有的空余时段T内进行相位同步。 [0130] 需要说明的是，为了实现相位同步，每颗卫星的载荷系统增加了两个四通道同步收发组件和8个同步天线。两个四通道同步收发组件分别位于卫星的左翼和右翼，实现对称接收，满足卫星SAR左侧视和右侧视同时进行成像的需求。同时，由于相位同步在SAR成像期间进行，需要由不同的天线执行的雷达信号发射&接收和同步信号发射&接收功能。因此，每个四通道同步收发组件内包含四个同步天线，这四个天线在相位同步期间依次完成发射雷达信号、交替传输各自卫星平台的相位同步脉冲信号，并接收地面处理反馈的辅星回波补偿的工作。 [0131] 与上述方法对应的，本申请实施例还提供一种基于车轮式编队卫星星座的卫星同步装置，如图6所示，该装置包括： [0132] 获取单元610，用于获取所述主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据，以及各的卫星状态信息； [0133] 处理单元620，用于在预设的第一同步期间，针对任一辅卫星，采用预设时间同步算法，分别对所述主卫星与所述辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星间的相对时钟差，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的时间同步； [0134] 以及，采用预设空间同步算法，周期性的对所述卫星状态信息进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星的姿态信息，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的空间同步； [0135] 获取单元610，还用于在预设的第二同步期间，通过控制所述主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取所述主卫星与所述各辅卫星间的相位同步误差，以实现所述主卫星和所述各辅卫星的相位同步，所述回波接收窗为所述主卫星发射雷达信号后，所述主卫星和相应辅卫星接收到雷达回波的时间段。 [0136] 本申请上述实施例提供的基于车轮式编队卫星星座的卫星同步装置的各功能单元的功能，可以通过上述各方法步骤来实现，因此，本申请实施例提供的基于车轮式编队卫星星座的卫星同步装置中的各个单元的具体工作过程和有益效果，在此不复赘述。 [0137] 本申请实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括处理器710、通信接口720、存储器730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。 [0138] 存储器730，用于存放计算机程序； [0139] 处理器710，用于执行存储器730上所存放的程序时，实现如下步骤： [0140] 获取所述主卫星与各辅卫星同步观测目标GNSS导航卫星得到的各自观测数据，以及各的卫星状态信息； [0141] 在预设的第一同步期间，针对任一辅卫星，采用预设时间同步算法，分别对所述主卫星与所述辅卫星得到的各自观测数据进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星间的相对时钟差，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的时间同步； [0142] 采用预设空间同步算法，周期性的对所述卫星状态信息进行处理，得到所述主卫星与所述辅卫星的姿态信息，以实现所述主卫星和所述辅卫星间的空间同步； [0143] 在预设的第二同步期间，通过控制所述主卫星分别与各辅卫星间在雷达回波接收窗前后相互发送相位同步信号，获取所述主卫星与所述各辅卫星间的相位同步误差，以实现所述主卫星和所述各辅卫星的相位同步，所述回波接收窗为所述主卫星发射雷达信号后，所述主卫星和相应辅卫星接收到雷达回波的时间段。 [0144] 上述提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。 [0145] 通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。 [0146] 存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non‑Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。 [0147] 上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(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。 [0148] 由于上述实施例中电子设备的各器件解决问题的实施方式以及有益效果可以参见图2所示的实施例中的各步骤来实现，因此，本申请实施例提供的电子设备的具体工作过程和有益效果，在此不复赘述。 [0149] 在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法。 [0150] 在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的基于车轮式编队卫星星座的卫星同步方法。 [0151] 本领域内的技术人员应明白，本申请实施例中的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例中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，本申请实施例中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。 [0152] 本申请实施例中是参照根据本申请实施例中实施例的方法、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。 [0153] 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。 [0154] 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。 [0155] 尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。 [0156] 显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例中实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例中实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例中实施例的这些修改和变型属于本申请实施例中权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请实施例中也意图包含这些改动和变型在内。 |
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