一种天基测控授时一体化系统

1.一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，包括：低轨星座；所述低轨星座由分布在多个轨道面的多个低轨卫星构成；其中，每个低轨卫星均搭载星载GNSS接收机，用于接收可视范围内的GNSS信号，获得原始观测值和导航电文并下传；每个低轨卫星均搭载星间链路载荷，用于通过低轨卫星星间相互观测，获得原始星间观测数据并下传；所述多个低轨卫星中的一个或多个低轨卫星搭载有预设高精度时频基准的原子钟，用于为所有低轨卫星提供时间频率信号；每个低轨卫星均设置四条链路，用于与目标用户连接；其中，所述四条链路包括：第一上行链路，用于实现对目标用户的请求接入；第二上行链路和第一下行链路，用于基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正，以及遥测遥控信息交互；第二下行链路，用于基于上注的导航信息辅助修正电离层误差；所述上注的导航信息基于下传的原始观测值、导航电文和原始星间观测数据获得；其中，所述基于所述原子钟对目标用户实现授时，授时时基于上注的导航信息进行误差修正的步骤具体包括：基于第二上行链路和第一下行链路获得低轨卫星与目标用户之间的双向观测值，并构建双向观测模型；基于上注的导航信息对构建的双向观测模型进行误差修正，获得修正后的模型；基于所述修正后的模型，获得低轨卫星与目标用户之间的相对钟差；基于所述双向观测值和所述相对钟差，建立并维持天基高精度时间基准；基于所述天基高精度时间基准，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星紧密钟差，实现高精度授时；所述双向观测值至少包括伪距或载波测量观测值ρ；低轨卫星A在t 1 时刻向目标用户B发射频点为f 1 的高频信号，目标用户B在t 2 时刻通过第一下行链路收到频点为f 1 的高频信号，得到观测值 目标用户B在t 3 时刻向低轨卫星A发射频点为f 2 的高频信号，低轨卫星A在t 4 时刻通过第二上行链路收到频点为f 2 的高频信号，得到观测值 则所述双向观测模型表示为，式中，c为真空光速，X A 和X B 分别为低轨卫星A和目标用户B在地心惯性系中的位置矢量，δt A 和δt B 分别为低轨卫星和目标用户钟差， 和 分别为低轨卫星A和目标用户B的信号发射通道的硬件传输时延， 和 分别为低轨卫星A和目标用户B的信号接收通道的硬件传输时延，δ REL 为周期性相对论效应等效时延，δ PCO 为相位中心偏移等效时延，δ ION 是电离层等效时延， 从低轨卫星A发射至目标用户B过程中产生的测距噪声， 从目标用户B发射至低轨卫星A过程中产生的测距噪声。 2.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述原子钟的日稳定度优于E-16。 3.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述用于基于所述原子钟对目标用户实现授时中，导航信息至少包括卫星广播轨道和钟差，或者精密轨道和钟差。 4.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于上注的导航信息对构建的双向观测模型进行误差修正，获得修正后的模型的步骤具体包括：利用双向观测值计算低轨卫星A与目标用户B之间的相对钟差，包括：将式(1)方程中的双向观测值分别约化至同一时刻t i ，表示为，式中，Δd为空间距离不一致修正量，c·Δδ为钟差非同时修正量， 为t i 时刻的低轨卫星和目标用户之间的相对钟差，ε res 为系统误差之和；将约化后的上下行观测方程式(2)差分，得到低轨卫星A和目标用户B的在t i 时刻的相对钟差值 表达式为，运动时延误差修正的修正量计算表达式为，设备时延误差修正的修正量计算表达式为，式中，Δd hardware 为低轨星座卫星和目标用户的设备时延总和，δ't A 和δ't B 分别为低轨星座卫星和目标用户的精密钟差或广播钟差产品；相对论效应误差修正的修正补偿量计算表达为，式中，c为光速，Δf rel_f 是相对论在t时刻引起的频率增量，f是标称频率，GM是地球的地心引力常数，r e 是地球半径，r s 是地心距，V是地球的非球形扰动势，a是卫星轨道半长轴，e是卫星轨道偏心率，E是偏近点角，u为纬度幅角，J 2 为非球形扰动势的J 2 项带谐系数；式(6)中的第一项对应标称频率偏差NFO，通过降低低轨卫星或目标用户的原子钟频率对NFO进行校正；式(6)中其余项为周期性相对论误差修正量，相对论效应的时间误差修正量计算表达式为，式中，Δδ REL (t)是相对论在t时刻引起的时间增量。 5.根据权利要求4所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于上注的导航信息辅助修正电离层误差的步骤具体包括：频率为f的信号受到的电离层折射误差为，式中，f是频率，B 0 是地磁场的强度，θ为地磁场方向与电磁信号传播方向之间的夹角，m为电子的质量，e为电子电荷量，ε 0 为空气中携带的介质，μ 0 为真空中的磁导率；第一下行链路对应f 1 频点，第二下行链路对应f 3 频点，则电离层倾斜方向电子总含量STEC计算表达式为，式(10)结合式(1)，双向电离层修正量 计算表达式为， 6.根据权利要求5所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述基于所述双向观测值和所述相对钟差，建立并维持天基高精度时间基准；基于所述天基高精度时间基准，获取统一时间基准的目标用户和低轨卫星紧密钟差，实现高精度授时的步骤包括：通过式(12)得到基准星相对于高精度时间基准的钟差；其中，式中，N为构建天基时间基准的卫星及目标用户总数，w i 为权重， 为低轨卫星A和目标用户i之间的相对钟差结果，TAI(t 0 )为t 0 时刻构建的天基高精度时间基准；将式(3)和式(12)相减获得各目标相对于天基高精度时间基准的钟差，完成对用户基于天基高精度时间基准的高精度授时，表达式为，TAI(t 0 )-δt B (t 0 )=[TAI(t 0 )-δt A (t 0 )]-[δt B (t 0 )-δt A (t 0 )]   (13)。 7.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，还包括：地面系统，用于接收低轨卫星下传的原始观测值、导航电文和原始星间观测数据，基于接收的数据计算获得导航信息并上注。 8.根据权利要求1所述的一种天基测控授时一体化系统，其特征在于，所述GNSS信号来自美国GPS系统、中国Beidou系统、欧盟Galileo系统和俄罗斯GLONASS系统中的一种或多种。