天基综合信息网中的时间同步研究

空天应用系统的快速发展要求建立实现信息资源共享的天基综合信息网，研究时间同步方法及其相关技术是实现综合信息网的必要手段。本项目是2007年基金项目"空天时间平台内涵及其延拓"的延续，在既有研究的基础上，深入分析天基综合信息网信息传输体系结构和飞行器的运行规律，研究其相应的高精度时间同步算法，重点研究同步算法中的误差来源，对其进行建模和分析，给出误差消除方法。同时，研究飞行器间时间同步信号的快速捕获与跟踪技术，在此基础上设计时间同步调制解调器的各功能模块，最后研制出用于飞行器间的调制解调器样机。.通过本项目的研究，可以在理论和实际应用上解决天基综合信息网的时间统一问题，同时，可以为我国未来建立天基地基一体化综合信息网的时间同步提供理论基础。

针对天基综合信息网中信息共享需要统一的高精度时间基准问题，提出了以GEO、IGSO和MEO卫星组成的导航星座作为天基综合信息时间同步核心骨干网的方案，对该方案其涉及的时间同步方法、星间链路性能、时间同步模拟源设计、时间同步信号发生器和调制解调器等关键技术进行了研究。首先通过对核心骨干网内卫星运动规律的仿真，分析了卫星运动对时间同步的影响，研究了基于拟合法和基于运动模式的Kalman滤波法处理双向时间同步数据，从而消除卫星运动对星间双向时间同步与测距影响的方法；研究了天基综合信息网时间同步链路性能的预算方法，以核心骨干网为例，分别对其在微波和激光频段的星间链路性能进行了预算比较。研究了利用直接数字合成技术DDS（Direct Digital Synthesizer）的方法来实现具有调制功能的时间同步信号发生器，采用FPGA和DDS相结合的方法设计了性能优良的数字调制信号发生器，可作为星间时间同步基带信号发生器；研究了星间时间同步信号模拟源的设计方法，详细的分析了对星间时间同步信号捕获和跟踪影响的几种误差，研究了它们的数学模型以及模拟方法，根据这些模型提出了利用软件实现星间时间同步模拟信号源的方案；最后综合运用以上技术，设计了天基综合信息网时间同步调制解调器（MODEM）的方案和各功能模块，并初步完成了样机研制和测试。以上研究结果为天基综合信息网的时间同步提供了理论和技术支撑，也为我国未来建立天地基一体化综合信息网的时间同步奠定了基础。