CN111856524A - 同频双向连续高精度测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及同频双向连续高精度测量方法及系统，共有三种方法,前两种方法为：完成时间同步；在主动端和被动端分别建立本地基准时序；计算传输时延，时延可以通过轨道预报信息进行计算获取，也可以采用双向时间比对方法进行测量获取，然后在被动端进行时隙调整，得到本地调整时序；在主动端和被动端分别进行信号重建和连续测量。第三种方法具体为：第一步配置时隙长度，产生本地基准时序；第二步设置参差时序，使得主动端时序TA和被动端时序周期TB满足TA:TB＝M:N，其中M≠N。本发明同频双向链路，基本对消电离层/对流层附加时延，提高了微波链路测量精度。

Description

同频双向连续高精度测量方法及系统

技术领域

本发明涉及同频双向连续高精度测量方法及系统，属于星间/星地链路精密测量技术领 域，可应用于对测量有高精度要求的任务，如星地/星间高精度时频传递。

背景技术

载人航天工程空间站时频柜任务是基于空间站微重力环境的原子钟实验，包括空间钟 组、地面高精度原子钟网络以及星地时频传递链路。星地微波链路主要任务是完成空间钟组 和地面原子钟中间的超高精度时频传递，期望微波链路自身的时间稳定度@1天达到ps量级。 微波时频传递链路为星-地传输，微波信号穿透电离层和对流层时会产生附加延时，制约了 测量链路系统性能的提升。附加延时可以用信号传播路径的积分来表达，其数值由信号频率、 信号传播路径以及路径特性如温度、水汽压、总电子含量(TEC)决定。目前的典型修正算法 有模型修正、双频/三频电离层修正，以导航星座为例其修正精度约为0.2TECU(4cm)，不能 满足亚ps/day的时延稳定度要求。

针对附加时延特性，若传输链路的频率相同且上下行信号同时传输，上行链路的附加延 时和下行链路的附加延时完全相等，那么理论上可以完全对消电离层/对流层的附加延时，极 大地提升链路精度。

目前对同频收发系统的研究主要集中在两个方向：1).同频分时收发，通过收发时隙切 换实现双向收发，在北斗导航系统中Ka星间链路、TDD时分多址通信系统中均有成熟应用； 2).同频同时收发(Co_frequency Co_time Full Duplex)，实现全双工传输，关键技术在于解决 同频自干扰问题，在通信系统中有较多应用。

然而，传统的时分体制下，时隙一般设置在ms量级或s量级，LTE-TDD的上下行时隙最快支持ms级切换，北斗星间链路的切换时隙为1.5s，分时切换使得信号不连续，无法适应有高精度测量需求的应用场景；同频同时收发系统较多的应用在5G通信系统中，对于带宽在20MHz以内的信号，同频自干扰抑制大约在30dB～60dB，而且同频自干扰抑制性能会随着信号带宽的扩大而下降；根据卫星测量链路的预算可知，该链路对本地同频自干扰基本 要求大于100dB，当前的同频自干扰对消技术尚不能满足当前卫星测量链路的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种同频双向连续高精度测量方 法及系统，解决传统同频收发系统采用分时体制时信号不连续、采用同频同时收发时自干扰 较大，不能满足测量系统高精度需求的问题。

本发明解决技术的方案是：一种同频双向连续高精度测量方法，该方法包括如下步骤：

(1-1)、在主动端和被动端分别进行时间同步处理，使主动端与被动端本地时间同步， 得到同步秒脉冲；

(1-2)、主动端和被动端在同步秒脉冲基准上，分别产生本地基准时序；

(1-3)、主动端根据本地基准时序，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送，保证 测量信号的时间相关性；在接收时隙接收被动端发送的测量信号；

(1-4)、被动端估计主动端与被动端之间的传输时延，根据传输时延进行时隙调整，得 到本地调整时序；按照本地调整时序，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送，保证测 量信号的时间相关性；在接收时隙接收主动端发送的对接收到的测量信号，被动端与主动端 发送的测量信号载波频率相同，从而建立同频双向链路；

(1-5)、主动端和被动端分别将接收到的测量信号进行重建，恢复出时间连续的测量信 号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步，完成基于 连续信号的高精度载波相位测量。

上述本地基准时序可以依据如下两种规则建立：

第一种规则为：

(1-2.1a)、由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动 端与被动端之间最大传输时延；

(1-2.2a)、本地基准时序时隙长度可配置，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr， 切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时 隙，即：Tr≥Tx；

(1-2.3a)、本地基准时序对齐到本地同步秒脉冲，即本地发射时隙的前沿和同步秒脉 冲的上升沿对齐；

(1-2.4a)、定义1s内时隙编号依次为1～N，主动端和被动端本地基准时序中奇数编号 的时隙为发射时隙，偶数编号的时隙为接收时隙。

第二种规则为：

(1-2.1b)、由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动 端与被动端之间最大传输时延；

(1-2.2b)、本地基准时序时隙长度可配置，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr， 切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时 隙，即：Tr≥Tx；

(1-2.3b)、接收时隙在原来的基础上增加保护时隙Ts，延长本地接收时隙的时长，使 得接收时隙时长变为Tr'＝Tr+Ts，且满足如下条件：Tr'≥3Tx，从而得到本地基准时序；

(1-2.4b)、本地基准时序对齐到本地同步秒脉冲，即本地发射时隙的前沿和同步秒脉 冲的上升沿对齐；

(1-2.5b)、定义1s内时隙编号依次为1～N，主动端和被动端本地基准时序中奇数编号 的时隙为发射时隙，偶数编号的时隙为接收时隙。

所述发射端与接收端的本地基准时序相对偏差不超过20ns。

发送端和接收端参考GNSS时间完成时间同步或者采用双向时间比对方法实现时间同 步。

所述双向时间比对方法采用两条单程伪距测量链路实现，主动端至被动端为前向链路， 前向链路工作频点为f₁，被动端至主动端为返向链路，返向链路工作频点为f₂，使得f₁≠f₂， 主动端和被动端各自在本地获得单向伪距测量值，在被动端根据本地的单向伪距测量值 pd_B和主动端回传的单向伪距测量值pd_A，按照公式

获取相对时 间偏差dt，然后根据相对时间偏差dt调整本地秒脉冲，使得它与主动端的本地秒脉冲同步， 记为同步秒脉冲。

发送端和接收端根据GNSS时间完成时间同步的具体方法为：

发送端和接收端获取GNSS接收机给出的秒脉冲，并调整本地秒脉冲信号与GNSS接收机输出的秒脉冲同步。

当主动端和被动端分别位于两颗卫星上，或者主动端位于卫星上、被动端位于地面站。

当主动端和被动端分别位于两颗卫星上时，被动端通过如下方法获取主动端和被动端的 传输时延，具体为：

(4.1-1a)、主动端和被动端分别读取各自卫星的轨道预报信息，根据轨道预报信息， 计算当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；所述轨道预报信息为轨道六 根数及其对应的参考时刻，或者是卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的运动状态矢量及其 对应的参考时刻，所述运动状态矢量包括卫星的位置和速度；

(4.1-2a)、主动端和被动端获取各自终端天线相位中心在卫星本体坐标系下的位置；

(4.1-3a)、主动端和被动端分别根据当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系 下的位置、各卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵，将各自微波终端天线 相位中心位置转换到ECEF坐标系或ECI坐标系下；

(4.1-4a)、主动端将当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标 系下的位置发送被动端，被动端将主动端和被动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标 系或ECI坐标系下的位置作差，计算得到主动端和被动端天线相位中心的距离R(k)，进而 可以得到传输时延τ(k)。

当主动端位于卫星，被动端位于地面站时，被动端通过如下方法获取主动端和被动端的 传输时延，具体为：

(4.1-1b)、主动端读取所在卫星的轨道预报信息，根据轨道预报信息，计算当前时刻 所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；所述轨道预报信息可为轨道六根数及其对 应的参考时刻，或者是卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的运动状态矢量及其对应的参考 时刻，，所述运动状态矢量包括卫星的位置和速度；

(4.1-2b)、主动端获取其终端天线相位中心在卫星本体坐标系下的位置；

(4.1-3b)、主动端根据当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置、卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵，将各自微波终端天线相位中心位置转换到ECEF坐标系或ECI坐标系下；

(4.1-4b)、主动端将当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标 系下的位置发送被动端；

(4.1-4b)、被动端获取当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐 标系下的位置发送被动端，并将主动端和被动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系 或ECI坐标系下的位置作差，计算得到主动端和被动端天线相位中心的距离R(k)，进而可 以得到传输时延τ(k)。

被动端采用双向时间比对方法获得主动端与被动端之间的传输时延，定义主动端至被动 端为前向链路，前向链路工作频点为f₁，被动端至主动端为返向链路，返向链路工作频点为 f₂，使得f₁≠f₂，主动端和被动端各自在本地获得单向伪距测量值，在被动端根据本地的单 向伪距测量值pd_B和主动端回传的单向伪距测量值pd_A，按照公式

获取主动端与被动端之间的传输时延，C为光速。

所述被动端估计主动端与被动端之间的传输时延的更新周期T_orb必须满足如下条件：

(T_orb×V+δR)≤δt×C

其中，δR轨道预报精度，V为主动端和被动端相对运动速度，δt为传输时延的精度要 求，C为光速。

被动端进行时隙调整的周期大于发射时隙时长Tx，不大于传输时延更新周期T_orb。

对于第一种规则下的本地基准时序，被动端进行时隙调整，得到本地调整时序的方法为：

(1-4.1a)、计算主动端与被动端之间的传输时延τ(k)对本地基准时序切换周期 T＝Tx+Tr＝2Tx取整后的残留值Δτ(k)；

(1-4.2a)、产生本地调整时序：当Δτ(k)∈(0,Tx/2]或者Δτ(k)∈[Tx/2,2Tx)时，调整本 地基准时序，将本地基准时序反相，得到本地调整时序；当Δτ(k)∈(Tx/2,Tx)时，则不调整 本地基准时序，即：使本地调整时序和基准时序相同。

对于第一种规则下的本地基准时序，所述被动端进行时隙调整，得到本地调整时序的方 法为：

(1-4.1b)、计算主动端与被动端之间的传输时延τ(k)对调整完接收时隙时长的切换周 期T'＝Tr'+Tx取整后的残留值Δτ(k)；

(1-4.1b)、产生本地调整时序：当Δτ(k)∈(0,Tx)或Δτ(k)∈(T'-Tx,T')时，把本地基准 时序整体延迟2Tx得到本地调整时序，否则，保持本地基准时序不变，即：使本地调整时序 与本地基准时序相同。

本发明提供的另一种同频双向连续高精度测量方法，包括如下步骤：

(44.1)、设置本地基准时序的基准切换周期为T_base；

(44.2)、设置主动端的切换周期T_A为

被动端的切换周期T_B为

M≠N；

(44.3)、主动端按照切换周期T_A产生本地基准时序，被动端按照切换周期T_B产生本地 基准时序；所述本地基准时序由发射时隙和接收时隙轮番交替组成，发射时隙的占空比为 50％。

基于上述方法，本发明还提供了一种同频双向连续高精度测量系统，至少包含两部终端， 每个终端的物理组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、接收通道、 信号处理单元；

收发共用天线，用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

收发切换单元，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的 射频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

发射通道，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收 发隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待 发射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元；

接收通道，接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理 单元；

信号处理单元，将本终端设置为主动端或者被动端；主动端与被动端均进行时间同步处 理，得到同步秒脉冲，并在同步秒脉冲基准上，分别产生本地基准时序；所述本地基准时序 由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动端与被动端之间最 大传输时延；除此之外，主动端根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和 发射通道，产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道； 在接收时隙对接收通道发送的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信 号，实现基于连续信号的高精度载波相位测量；被动端估计主动端与被动端之间的传输时延， 根据传输时延进行时隙调整，得到本地调整时序，根据本地调整时序产生切换控制信号输出 给收发切换单元和发射通道；产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗 并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号，进行伪码跟踪和载波跟踪，重 建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现基于连续信号的高精度 载波相位测量。

本发明提供的第二种同频双向连续高精度测量系统至少包含两部终端，每个终端的物理 组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、接收通道、信号处理单元；

收发共用天线，用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

收发切换单元，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的 射频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

发射通道，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收 发隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待 发射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元；

接收通道，接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理 单元；

信号处理单元，将本终端设置为主动端或者被动端；主动端与被动端均进行时间同步处 理，得到同步秒脉冲，并在同步秒脉冲基准上，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr， 切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时 隙，即：Tr≥Tx；接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的最大 传输时延；在接收时隙在原来的基础上增加保护时隙Ts，延长本地接收时隙的时长，使得接 收时隙时长变为Tr'＝Tr+Ts，且满足如下条件：Tr'≥3Tx，从而得到本地基准时序；主动端 再根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量 信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送 的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波 相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步；被动端估计主动端与被动端之间的传输 时延，根据传输时延进行时隙调整，得到本地调整时序，根据本地调整时序产生切换控制信 号输出给收发切换单元和发射通道；产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信 号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号，进行伪码跟踪和载波跟 踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端 之间的时频同步。

本发明提供的第三种同频双向连续高精度测量系统至少包含两部终端，每个终端的物理 组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、接收通道、信号处理单元；

收发共用天线，用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

收发切换单元，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的 射频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

发射通道，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收 发隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待 发射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元；

接收通道，接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理 单元；

信号处理单元，将本终端设置为主动端或者被动端；设置本地基准时序的基准切换周期 为T_base；主动端按照切换周期T_A产生本地基准时序，被动端按照切换周期T_B产生本地基准时 序；所述主动端的切换周期T_A为

被动端的切换周期T_B为

M≠N；所述本地基 准时序由发射时隙和接收时隙轮番交替组成，发射时隙的占空比为50％；主动端和被动端均 根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量信 号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的 中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相 位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用同频双向链路，实现基于连续信号的高精度载波相位测量，通过前返 向的同频高精度测量，对消传输环境的影响，特别是对流层/电离层引入的附加时延，完成主 动端和被动端之间的高精度时频同步；

(2)、本发明提供的第一种方法引入辅助信息或者双向时间比对方法，实现时隙灵活 调整，相较频分链路使得同频链路的积分损失降低，信号积分时间可以逼近T/2；

(3)、本发明提供的第二种方法所述基于保护时隙的时隙配置方法，降低了对辅助信 息或者双向时间比对的性能约束，系统冗余设计，可靠性更高；

(4)、本发明提供的第三种方法所述基于参差时序的时隙配置方法适用于非对称链路， 在链路预算满足的情况下，以简洁的方法规避收发冲突；本方法不需要时间同步，因此不需 要外部信息辅助，也不需要双向时间比对；该方法对对主动端和被动端的传输时延变化和相 对速度等动态条件无约束，普遍适用于星地、近地空间、深空等各项航天任务；

(5)、本发明所述各方法使得上下行信号同步偏差不大于发射时隙的2倍(典型值20us)，实现了电离层/对流层附加时延的大幅度对消，将微波链路测量精度提升到亚ps/day。

(6)、本发明所述各方法，使得时隙长度可适应纳秒至毫秒量级，时隙长度不再受传 输时延限制，时隙长度可以大于传输时延，也可以小于传输时延；

(7)、本发明给出的测量系统架构简洁、所用器件普适性强，系统易实现，通向性强， 可适用于多种应用场景。

附图说明

图1为本发明第一种和第二种同频双向连续高精度测量实现方法步骤示意图；

图2为本发明第三种同频双向连续高精度测量实现方法步骤示意图；

图3为本发明第一种同频双向连续高精度测量实现方法调整时序示意图；

图4为本发明第二种同频双向连续高精度测量实现方法调整时序示意图；

图5为本发明第三种同频双向连续高精度测量实现方法调整时序示意图；

图6为本发明同频双向连续高精度测量同频双向连续高精度测量方法框图；

图7为本发明实施例同频双向连续高精度测量系统终端组成框图；

图8为本发明实施例同频双向连续高精度测量系统性能仿真图；

图9为本发明实施例同频双向连续高精度测量系统性能验证图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

如图1和图2所示，本发明实现了同频连续高精度测量，给出了3种可行的方法和一个普适性较强的系统。

第1种方法和第2种方法的处理步骤可参见图1，具体为：第一步通过GNSS或者双向时间比对方法完成时间同步；第二步在主动端和被动端分别建立本地基准时序；第三步首 先计算传输时延，时延可以通过轨道预报信息进行计算获取，也可以采用双向时间比对方法 进行测量获取，然后在被动端进行时隙调整，得到本地调整时序；第四步，在主动端和被动 端分别进行信号重建和连续测量。

第3种方法的处理步骤不需要时间同步可参见图2，具体为：第一步配置时隙长度，产 生本地基准时序；第二步设置参差时序，使得主动端时序TA和被动端时序周期TB满足TA:TB＝M:N，其中M≠N。

下面结合实例对本发明作进一步阐述。

一、收发占空比50％的同频双向连续测量方法

如图1所示，本发明提供的第一种同频双向连续高精度测量方法，包括如下步骤：

(1-1)、在主动端和被动端分别进行时间同步处理，使主动端与被动端本地时间同步， 得到同步秒脉冲；

发送端和接收端可以参考GNSS时间完成时间同步或者采用双向时间比对方法实现时 间同步。

(a)发送端和接收端根据GNSS时间完成时间同步的具体方法为：

发送端和接收端获取GNSS接收机给出的秒脉冲，并调整本地秒脉冲信号与GNSS接收机输出的秒脉冲同步。

(b)所述双向时间比对方法采用两条单程伪距测量链路实现，主动端至被动端为前向 链路，前向链路工作频点为f₁，被动端至主动端为返向链路，返向链路工作频点为f₂，使得 f₁≠f₂，主动端和被动端各自在本地获得单向伪距测量值，在被动端根据本地的单向伪距测 量值pd_B和主动端回传的单向伪距测量值pd_A，按照公式

获取相 对时间偏差dt，然后根据相对时间偏差dt调整本地秒脉冲，使得它与主动端的本地秒脉冲 同步，记为同步秒脉冲。

(1-2)、主动端和被动端在同步秒脉冲基准上，分别产生本地基准时序；所述本地基准 时序由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动端与被动端之 间最大传输时延；所述发射端与接收端的本地基准时序相对偏差不超过20ns。

产生本地基准时序的规则如下：

(1-2.1)、本地基准时序时隙长度可配置，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr， 切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，其中Tx∈(100ns,10ms)，Tr∈(100ns,10ms)，接收时隙长度大于发射时隙，即：Tr≥Tx。

(1-2.2)、本地基准时序对齐到本地同步秒脉冲，即本地发射时隙的前沿和同步秒脉冲 的上升沿对齐；

(1-2.3)、定义1s内时隙编号依次为1～N，主动端和被动端本地基准时序中奇数编号 (1,3,5,...)的时隙为发射时隙，偶数编号(2,4,6,...)的时隙为接收时隙。

(1-3)、主动端根据本地基准时序，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送，保证 测量信号的时间相关性；在接收时隙接收被动端发送的测量信号；

(1-4)、被动端估计主动端与被动端之间的传输时延，根据传输时延进行时隙调整，得 到本地调整时序；按照本地调整时序，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送，保证测 量信号的时间相关性；在接收时隙接收主动端发送的对接收到的测量信号，被动端与主动端 发送的测量信号载波频率相同，从而建立同频双向链路；

主动端和被动端分别位于两颗卫星上，或者主动端位于卫星上、被动端位于地面站。

当主动端和被动端分别位于两颗卫星上时，被动端通过如下方法获取主动端和被动端的 传输时延，具体为：

(1.4-1a)、主动端和被动端分别读取各自卫星的轨道预报信息，根据轨道预报信息， 计算当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；所述轨道预报信息可为轨道 六根数及其对应的参考时刻，或者是卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的运动状态矢量及 其对应的参考时刻，所述运动状态矢量包括运动和速度；

(1.4-2a)、主动端和被动端获取各自终端天线相位中心在卫星本体坐标系(MassCenter-coordinates)下的位置：

其中，

为主动端终端天线相位中心在卫星本体坐标系(MassCenter-coordinates)下的位置；

为被动端终端天线相位中心在卫星 本体坐标系(MassCenter-coordinates)下的位置；

(1.4-3a)、主动端和被动端分别根据当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系 下的位置、各卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵，将各自微波终端天线 相位中心位置转换到ECEF坐标系或ECI坐标系下；

其中，

为主动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐 标系下的位置；

为主动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标系 下的位置；

R_AMCCtoECEF为主动端所在卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵；

R_BMCCtoECEF为被动端所在卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵；

(x_sA,y_sA,z_sA)为当前时刻主动端所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置，(x_sB,y_sB,z_sB)为当前时刻被动端所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置

(1.4-4a)、主动端将当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标 系下的位置发送被动端，被动端将主动端和被动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标 系或ECI坐标系下的位置位置作差，计算得到主动端和被动端天线相位中心的距离R(k)， 进而可以得到传输时延τ(k)：

τ(k)＝R(k)/c。

当主动端位于卫星，被动端位于地面站时，被动端通过如下方法获取主动端和被动端的 传输时延，具体为：

(1.4-1b)、主动端读取所在卫星的轨道预报信息，根据轨道预报信息，计算当前时刻 所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；所述轨道预报信息可为轨道六根数及其对 应的参考时刻，或者是卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的运动状态矢量及其对应的参考 时刻；

(1.4-2b)、主动端获取其终端天线相位中心在卫星本体坐标系 (MassCenter-coordinates)下的位置：

其中，

为主动端终端天线相位中心在卫星本体坐标系(MassCenter-coordinates)下的位置；

(1.4-3b)、主动端根据当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置、卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵，将各自微波终端天线相位中心位置转换到ECEF坐标系或ECI坐标系下；

其中，

为主动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐 标系下的位置；

R_AMCCtoECEF为主动端所在卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵；

(x_sA,y_sA,z_sA)为当前时刻主动端所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；

(1.4-4b)、主动端将当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标 系下的位置发送被动端；

(1.4-5b)、被动端获取当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐 标系下的位置发送被动端，并将主动端和被动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系 或ECI坐标系下的位置作差，计算得到主动端和被动端天线相位中心的距离R(k)，进而可 以得到传输时延τ(k)：

τ(k)＝R(k)/c。

被动端采用双向时间比对方法获得主动端与被动端之间的传输时延，定义主动端至被动 端为前向链路，前向链路工作频点为f₁，被动端至主动端为返向链路，返向链路工作频点为 f₂，使得f₁≠f₂，主动端和被动端各自在本地获得单向伪距测量值，在被动端根据本地的单 向伪距测量值pd_B和主动端回传的单向伪距测量值pd_A，按照公式

获取主动端与被动端之间的传输时延，C为光速。

被动端进行时隙调整，得到本地调整时序的方法为：

(1-4.1a)、计算主动端与被动端之间的传输时延τ(k)对本地基准时序切换周期 T＝Tx+Tr＝2Tx取整后的残留值Δτ(k)：

Δτ(k)＝mod(τ(k),T)

其中，mod(·)为取余数运算；

(1-4.2a)、产生本地调整时序：当Δτ(k)∈(0,Tx/2]或者Δτ(k)∈[Tx/2,2Tx)时，调整本 地基准时序，将本地基准时序反相，得到本地调整时序；当Δτ(k)∈(Tx/2,Tx)时，则不调整 本地基准时序，即：使本地调整时序和基准时序相同。

上述调整时序的产生过程图3所示。主动端(终端A)和被动端(终端B)建立了同步的本地 基准时序，如图中第一行所示，获取传输时延并求得对切换周期的余数Δτ(k)。图中Tx满足 Δτ(k)∈(0,Tx/2]，因此在被动端(终端B)处按照(1-4.2)所述，把本地基准时序反相得到本 地调整时序，如图中第三行所示。这种情况下终端A发射信号在终端B可以得到一段完整 积分，积分时间≥Tx/2，如图中第三行所示；终端B发射信号在终端A也可以得到一段完 整积分，积分时间≥Tx/2，如图中第五行所示。在一个完整的收发周期内，信号积分时间 ≥T/4，可以建立双向链路。

被动端估计主动端与被动端之间的传输时延的更新周期T_orb必须满足如下条件：

(T_orb×V+δR)≤δt×C

其中，δR为轨道预报精度、V为主动端和被动端相对运动速度、δt为传输时延的精度 要求，C为光速。

被动端进行时隙调整的周期大于发射时隙时长Tx，不大于传输时延更新周期T_orb。

以空间站星地链路为例，星地链路传输时延约1ms，当设置本地时隙的发射宽度为10us 时，则期望传输时延的精度δτ优于1us。空间站轨道预报误差δR按100m计，星地最大动态V＝7km/s，那么按照上式可以计算得到更新周期T_orb不超过28ms。被动端进行时隙 调整的周期大于10us，小于28ms。

(1-5)、主动端和被动端分别将接收到的测量信号进行重建，恢复出时间连续的测量信 号，实现基于连续信号的高精度载波相位测量。连续信号的高精度载波相位测量通过前返向 的同频高精度测量，对消传输环境的影响，特别是对流层/电离层引入的附加时延，完成主动 端和被动端之间的高精度时频同步，得到主动端和被动端之间的时间差和时延。

经过上述步骤后，在主动端(终端A)和被动端(终端B)各自的本地接收端得到不连续的接 收信号，其特性为：按照周期T重复，在周期内部Tr时间内信号可见，Tx时间内信号不可 见。此时如果对非连续信号直接进行测量，其精度受到限制。本方法中采用3阶锁相环跟踪， 本地重建连续接收信号，如图6所示。对于输入的断续接收信号建立跟踪通道，设置相干积 分时间为ms量级(典型值1ms)，经过积分-清除、鉴相、环路滤波环节，使用锁相环闭环跟 踪。采用NCO所表征的连续相位信息，可在本地重建连续的信号。然后将本地复现的接收 信号送入载波相位提取模块，获得高精度的载波相位测量结果。

二、收发占空比非50％的同频双向连续测量方法

本发明提供的第二种同频双向连续高精度测量方法与第一种方法的区别在于:

(1)、该步骤本地基准时隙的规则为：

(1-2.1b)、由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动 端与被动端之间最大传输时延；

(1-2.2b)、本地基准时序时隙长度可配置，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr， 切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时 隙，即：Tr≥Tx；

(1-2.3b)、接收时隙在原来的基础上增加保护时隙Ts，延长本地接收时隙的时长，使 得接收时隙时长变为Tr'＝Tr+Ts，且满足如下条件：Tr'≥3Tx，从而得到本地基准时序；

(1-2.4b)、本地基准时序对齐到本地同步秒脉冲，即本地发射时隙的前沿和同步秒脉 冲的上升沿对齐；

(1-2.5b)、定义1s内时隙编号依次为1～N，主动端和被动端本地基准时序中奇数编号 (1,3,5,...)的时隙为发射时隙，偶数编号(2,4,6,...)的时隙为接收时隙。

(2)、被动端进行时隙调整，得到本地调整时序的方法为：

(1-4.1b)、计算主动端与被动端之间的传输时延τ(k)对调整完接收时隙时长的切换周 期T'＝Tr'+Tx取整后的残留值Δτ(k)：

Δτ(k)＝mod(τ(k),(Tx+Tr'))

其中，mod(·)为取余数运算；

(1-4.2b)、产生本地调整时序：当Δτ(k)∈(0,Tx)或Δτ(k)∈(T'-Tx,T')时，把本地基准 时序整体延迟2Tx得到本地调整时序，否则，保持本地基准时序不变，即：使本地调整时序 与本地基准时序相同。

上述调整时序的产生过程图4所示。主动端(终端A)和被动端(终端B)建立了同步的本地 基准时序，如图中第一行所示，获取传输时延并求得对切换周期的余数Δτ(k)，图中Δτ(k)满 足Δτ(k)∈(0,Tx)或Δτ(k)∈(T'-Tx,T')的条件，因此在被动端(终端B)处按照(2-5.2)所述， 把本地基准时序整体延迟2Tx得到本地调整时序，如图中第三行所示。这种情况下终端A发 射信号在终端B可以得到Tx时间的完整积分，如图中第三行所示；终端B发射信号在终端 A也可以得到Tx时间的完整积分，如图中第五行所示。在一个完整的收发周期内，信号积 分时间＝T'/4，可以建立双向链路。

以空间站星地链路为例，星地链路传输时延约1ms，当设置本地时隙的发射宽度为10us 时，则期望传输时延的精度δτ优于1us。空间站轨道预报误差δR按100m计，星地最大动态V＝7km/s，那么按照上式可以计算得到更新周期T_orb不超过28ms。被动端进行时隙 调整的周期大于10us，小于28ms。

(2-6)、主动端和被动端分别将接收到的测量信号进行重建，恢复出时间连续的测量信 号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步。

经过上述步骤后，在主动端(终端A)和被动端(终端B)各自的本地接收端得到不连续的接 收信号，其特性为：按照周期T重复，在周期内部Tr时间内信号可见，Tx时间内信号不可 见。此时如果对非连续信号直接进行测量，其精度受到限制。本方法中采用3阶锁相环跟踪， 本地重建连续接收信号，如图6所示。对于输入的断续接收信号建立跟踪通道，设置相干积 分时间为ms量级(典型值1ms)，经过积分-清除、鉴相、环路滤波环节，使用锁相环闭环跟 踪。采用NCO所表征的连续相位信息，可在本地重建连续的信号。然后将本地复现的接收 信号送入载波相位提取模块，获得高精度的载波相位测量结果。

三、参差时序的同频双向连续测量方法

本发明提供的第三种同频双向连续高精度测量方法，包括如下步骤：

(44.1)、设置本地基准时序的基准切换周期为T_base。

(44.2)、设置主动端的切换周期T_A为

被动端的切换周期T_B为

M≠N；

(44.3)、主动端按照切换周期T_A产生本地基准时序，被动端按照切换周期T_B产生本地 基准时序；所述本地基准时序由发射时隙和接收时隙轮番交替组成，发射时隙的占空比为 50％。

上述调整时序的产生过程图5所示。主动端(终端A)和被动端(终端B)建立了相同的本地 基准时序，如图中第一行所示，在主动端(终端A)和被动端(终端B)处按照(44.2)所述，把 本地基准时序细分得到本地调整时序，其中N＝1，M＝2，如图中第三行所示。这种情况下主 动端(终端A)发射信号到达被动端(终端B)的时间如图中第二行所示，被动端(终端B)发射信 号到达主动端(终端A)的时间如图中第四行所示；主动端和被动端各自的积分时间为

如图中第三行和第五行所示。在一个完整的收发周期内，信号积分时间＝T/4，可以建立双向 链路。

在参差时序设置时，N和M可以以任意比率出现，在一个完整的收发周期内，信号积分时间将收敛于T/4。一般情况下可设置为典型值N＝1，M＝2；当系统对传输速率要求更高时，可以提高N和M的数值。

经过上述步骤后，在主动端(终端A)和被动端(终端B)各自的本地接收端得到不连续的接 收信号，其特性为：按照周期T重复，在周期内部Tr时间内信号可见，Tx时间内信号不可 见。此时如果对非连续信号直接进行测量，其精度受到限制。本方法中采用3阶锁相环跟踪， 本地重建连续接收信号。对于输入的断续接收信号建立跟踪通道，设置相干积分时间为ms 量级(典型值1ms)，经过积分-清除、鉴相、环路滤波环节，使用锁相环闭环跟踪。采用NCO 所表征的连续相位信息，可在本地重建连续的信号。然后将本地复现的接收信号送入载波相 位提取模块，获得高精度的载波相位测量结果。

四、同频双向连续测量系统

基于上述方法，本发明提供了一种同频双向连续高精度测量系统，该系统中至少包含两 部终端，每个终端的物理组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、 接收通道、信号处理单元。同频双向测量系统如图7所示

(1)、收发共用天线

收发共用天线用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

(2)、收发切换单元

收发切换单元根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的射 频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

收发切换单元连接天线和收发通道，是实现系统同频测量的关键部件，具体来说收发 切换单元可采用PIN开关或者环形器实现，要求其支持快速切换，拖尾时间短，收发隔离较 大。指标如下：

a)切换周期：100ns～5s；

b)拖尾时间：≤10ns；

c)收发隔离：≥20dB

(3)、发射通道

发射通道根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收发 隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待发 射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元。收发隔离可采用多种技术手段如退射频信 号、关末级功放等进行收发隔离。退射频信号是指关断发射通道内部的本振信号，使得发射 通道在接收时隙不产生发射信号；关末级功放是指发射通道内部有多个放大器时，将末级的 放大器关断，此时有调制的发射信号产生，但是幅度较小。

(4)、接收通道

接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理单元；

(5)、信号处理单元

基于上述三种方法，本发明信号处理单元分别具有三种不同的实现方式：

第一种实现方式：

将本终端设置为主动端或者被动端；主动端与被动端均进行时间同步处理，得到同步秒 脉冲，并在同步秒脉冲基准上，分别产生本地基准时序；所述本地基准时序由接收时隙和发 射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动端与被动端之间最大传输时延；除 此之外，主动端根据本地调整时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生 时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对 接收通道发送的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测 量信号的载波相位测量值，实现基于连续信号的高精度载波相位测量。连续信号的高精度载 波相位测量通过前返向的同频高精度测量，对消传输环境的影响，特别是对流层/电离层引入 的附加时延，完成主动端和被动端之间的高精度时频同步，得到主动端和被动端之间的时间 差和时延；被动端估计主动端与被动端之间的传输时延，根据传输时延进行时隙调整，得到 本地调整时序，根据本地调整时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道；产生 时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对 接收通道发送的中频信号，进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方 测量信号的载波相位测量值，实现基于连续信号的高精度载波相位测量。连续信号的高精度 载波相位测量通过前返向的同频高精度测量，对消传输环境的影响，特别是对流层/电离层引 入的附加时延，完成主动端和被动端之间的高精度时频同步，得到主动端和被动端之间的时 间差和时延。。

第二种实现方式：

信号处理单元将本终端设置为主动端或者被动端；主动端与被动端均进行时间同步处 理，得到同步秒脉冲，并在同步秒脉冲基准上，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr， 切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时 隙，即：Tr≥Tx；接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的最大传输时延；在接收时隙在原来的基础上增加保护时隙Ts，延长本地接收时隙的时长，使得接收时隙时长变为Tr'＝Tr+Ts，且满足如下条件：Tr'≥3Tx，从而得到本地基准时序；主动端再根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量 信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送 的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波 相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步；被动端估计主动端与被动端之间的传输 时延，根据传输时延进行时隙调整，得到本地调整时序，根据本地调整时序产生切换控制信 号输出给收发切换单元和发射通道；产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信 号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号，进行伪码跟踪和载波跟 踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端 之间的时频同步。

第三种实现方式：

信号处理单元将本终端设置为主动端或者被动端；设置本地基准时序的基准切换周期为 T_base；主动端按照切换周期T_A产生本地基准时序，被动端按照切换周期T_B产生本地基准时序； 所述主动端的切换周期T_A为

被动端的切换周期T_B为

M≠N；所述本地基准时 序由发射时隙和接收时隙轮番交替组成，发射时隙的占空比为50％；主动端和被动端均根据 本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量信号， 在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频 信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测 量值，实现主动端和被动端之间的时频同步。

五、同频双向连续测量实施案例

本方法实现了同频双向连续高精度测量，可以克服微波传输过程中大气环境如电离层和 对流层的扰动，相较传统的模型校正或双频/三频校正方法，本方法可以大幅度降低电离层/ 对流层引入的附加时延。系统采用分时接收+本地重建，实现了双向连续测量；相比典型的 频分双向链路，本方法由于固定周期内有效积分时间减少，使得信号累积能力下降，等效接 收信号载噪比恶化，考虑最坏工况系统载噪比恶化程度为：

10*log10(1/4)＝6dB

按照载噪比进行系统性能仿真，以空间站星地链路为例，星地距离400km，双向链路的 载噪比门限57dBHz，采用本方案时载噪比下降至51dBHz。下图8给出了仿真结果，在高精 度测量应用背景下，双向链路的相位测量精度为0.256°，本方法的测量精度为0.511°，可 见，采用本文所述的同频双向测量方法，在门限电平(51dBHz)下相位测量精度达1.42e-3周。 同频双向链路收发基本同时，可以评估使用该方法电离层/对流层附加时延对消后可达到的精 度约为：0.946ps@freq＝1.5GHz；0.047ps@freq＝30GHz。在L波段对消后精度可达亚mm 量级，相比目前典型水平有很大的提高。

使用某信机验证平台，设置信机入口信号为门限电平，对应典型双向链路接收的57dBHz，采用平衡占空比方法，在理想情况下(载噪比下降6dB)分别验证了典型频分双向链路(旧体制)和同频双向链路(新体制)的系统性能，如图9所示，同频双向方法所得到的相位测量结果恶化了0.273°，和仿真结果相比，同频双向链路相比典型频分双向链路精度下降了约0.255°，实测值和理论仿真值基本相当。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人 员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方 案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实 质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (19)

1.一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1-1)、在主动端和被动端分别进行时间同步处理，使主动端与被动端本地时间同步，得到同步秒脉冲；

(1-2)、主动端和被动端在同步秒脉冲基准上，分别产生本地基准时序；

(1-3)、主动端根据本地基准时序，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送，保证测量信号的时间相关性；在接收时隙接收被动端发送的测量信号；

(1-4)、被动端估计主动端与被动端之间的传输时延，根据传输时延进行时隙调整，得到本地调整时序；按照本地调整时序，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送，保证测量信号的时间相关性；在接收时隙接收主动端发送的对接收到的测量信号，被动端与主动端发送的测量信号载波频率相同，从而建立同频双向链路；

(1-5)、主动端和被动端分别将接收到的测量信号进行重建，恢复出时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步，完成基于连续信号的高精度载波相位测量。

2.根据权利要求1所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于包括如下步骤：所述本地基准时序的规则如下：

(1-2.1a)、由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动端与被动端之间最大传输时延；

(1-2.2a)、本地基准时序时隙长度可配置，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr，切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时隙，即：Tr≥Tx；

(1-2.3a)、本地基准时序对齐到本地同步秒脉冲，即本地发射时隙的前沿和同步秒脉冲的上升沿对齐；

(1-2.4a)、定义1s内时隙编号依次为1～N，主动端和被动端本地基准时序中奇数编号的时隙为发射时隙，偶数编号的时隙为接收时隙。

3.根据权利要求1所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于包括如下步骤：所述本地基准时序的规则如下：

(1-2.1b)、由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动端与被动端之间最大传输时延；

(1-2.2b)、本地基准时序时隙长度可配置，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr，切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时隙，即：Tr≥Tx；

(1-2.3b)、接收时隙在原来的基础上增加保护时隙Ts，延长本地接收时隙的时长，使得接收时隙时长变为Tr'＝Tr+Ts，且满足如下条件：Tr'≥3Tx，从而得到本地基准时序；

(1-2.4b)、本地基准时序对齐到本地同步秒脉冲，即本地发射时隙的前沿和同步秒脉冲的上升沿对齐；

(1-2.5b)、定义1s内时隙编号依次为1～N，主动端和被动端本地基准时序中奇数编号的时隙为发射时隙，偶数编号的时隙为接收时隙。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于所述发射端与接收端的本地基准时序相对偏差不超过20ns。

5.根据权利要求2或3任一项所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于发送端和接收端参考GNSS时间完成时间同步或者采用双向时间比对方法实现时间同步。

6.根据权利要求5所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于所述双向时间比对方法采用两条单程伪距测量链路实现，主动端至被动端为前向链路，前向链路工作频点为f₁，被动端至主动端为返向链路，返向链路工作频点为f₂，使得f₁≠f₂，主动端和被动端各自在本地获得单向伪距测量值，在被动端根据本地的单向伪距测量值pd_B和主动端回传的单向伪距测量值pd_A，按照公式

获取相对时间偏差dt，然后根据相对时间偏差dt调整本地秒脉冲，使得它与主动端的本地秒脉冲同步，记为同步秒脉冲。

7.根据权利要求5所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于发送端和接收端根据GNSS时间完成时间同步的具体方法为：

发送端和接收端获取GNSS接收机给出的秒脉冲，并调整本地秒脉冲信号与GNSS接收机输出的秒脉冲同步。

8.根据权利要求2或3任一项所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于当主动端和被动端分别位于两颗卫星上，或者主动端位于卫星上、被动端位于地面站。

9.根据权利要求8所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于当主动端和被动端分别位于两颗卫星上时，被动端通过如下方法获取主动端和被动端的传输时延，具体为：

(4.1-1a)、主动端和被动端分别读取各自卫星的轨道预报信息，根据轨道预报信息，计算当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；所述轨道预报信息为轨道六根数及其对应的参考时刻，或者是卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的运动状态矢量及其对应的参考时刻，所述运动状态矢量包括卫星的位置和速度；

(4.1-2a)、主动端和被动端获取各自终端天线相位中心在卫星本体坐标系下的位置；

(4.1-3a)、主动端和被动端分别根据当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置、各卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵，将各自微波终端天线相位中心位置转换到ECEF坐标系或ECI坐标系下；

(4.1-4a)、主动端将当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置发送被动端，被动端将主动端和被动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置作差，计算得到主动端和被动端天线相位中心的距离R(k)，进而可以得到传输时延τ(k)。

10.根据权利要求8所述一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于当主动端位于卫星，被动端位于地面站时，被动端通过如下方法获取主动端和被动端的传输时延，具体为：

(4.1-1b)、主动端读取所在卫星的轨道预报信息，根据轨道预报信息，计算当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置；所述轨道预报信息可为轨道六根数及其对应的参考时刻，或者是卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的运动状态矢量及其对应的参考时刻，，所述运动状态矢量包括卫星的位置和速度；

(4.1-2b)、主动端获取其终端天线相位中心在卫星本体坐标系下的位置；

(4.1-3b)、主动端根据当前时刻所在卫星在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置、卫星本体坐标系到ECEF坐标系或ECI坐标系转移矩阵，将各自微波终端天线相位中心位置转换到ECEF坐标系或ECI坐标系下；

(4.1-4b)、主动端将当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置发送被动端；

(4.1-4b)、被动端获取当前时刻微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置发送被动端，并将主动端和被动端微波终端天线相位中心位置在ECEF坐标系或ECI坐标系下的位置作差，计算得到主动端和被动端天线相位中心的距离R(k)，进而可以得到传输时延τ(k)。

11.根据权利要求8所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于：被动端采用双向时间比对方法获得主动端与被动端之间的传输时延，定义主动端至被动端为前向链路，前向链路工作频点为f₁，被动端至主动端为返向链路，返向链路工作频点为f₂，使得f₁≠f₂，主动端和被动端各自在本地获得单向伪距测量值，在被动端根据本地的单向伪距测量值pd_B和主动端回传的单向伪距测量值pd_A，按照公式

获取主动端与被动端之间的传输时延，C为光速。

12.根据权利要求9～11任一项所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于被动端估计主动端与被动端之间的传输时延的更新周期T_orb必须满足如下条件：

(T_orb×V+δR)≤δt×C

其中，δR轨道预报精度，V为主动端和被动端相对运动速度，δt为传输时延的精度要求，C为光速。

13.根据权利要求12所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于被动端进行时隙调整的周期大于发射时隙时长Tx，不大于传输时延更新周期T_orb。

14.根据权利要求2所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于被动端进行时隙调整，得到本地调整时序的方法为：

(1-4.1a)、计算主动端与被动端之间的传输时延τ(k)对本地基准时序切换周期T＝Tx+Tr＝2Tx取整后的残留值Δτ(k)；

(1-4.2a)、产生本地调整时序：当Δτ(k)∈(0,Tx/2]或者Δτ(k)∈[Tx/2,2Tx)时，调整本地基准时序，将本地基准时序反相，得到本地调整时序；当Δτ(k)∈(Tx/2,Tx)时，则不调整本地基准时序，即：使本地调整时序和基准时序相同。

15.根据权利要求3所述的一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于所述被动端进行时隙调整，得到本地调整时序的方法为：

(1-4.1b)、计算主动端与被动端之间的传输时延τ(k)对调整完接收时隙时长的切换周期T'＝Tr'+Tx取整后的残留值Δτ(k)；

(1-4.1b)、产生本地调整时序：当Δτ(k)∈(0,Tx)或Δτ(k)∈(T'-Tx,T')时，把本地基准时序整体延迟2Tx得到本地调整时序，否则，保持本地基准时序不变，即：使本地调整时序与本地基准时序相同。

16.一种同频双向连续高精度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(44.1)、设置本地基准时序的基准切换周期为T_base；

(44.2)、设置主动端的切换周期T_A为

被动端的切换周期T_B为

M≠N；

(44.3)、主动端按照切换周期T_A产生本地基准时序，被动端按照切换周期T_B产生本地基准时序；所述本地基准时序由发射时隙和接收时隙轮番交替组成，发射时隙的占空比为50％。

17.一种同频双向连续高精度测量系统，其特征在于至少包含两部终端，每个终端的物理组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、接收通道、信号处理单元；

收发共用天线，用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

收发切换单元，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的射频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

发射通道，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收发隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待发射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元；

接收通道，接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理单元；

信号处理单元，将本终端设置为主动端或者被动端；主动端与被动端均进行时间同步处理，得到同步秒脉冲，并在同步秒脉冲基准上，分别产生本地基准时序；所述本地基准时序由接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的主动端与被动端之间最大传输时延；除此之外，主动端根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，实现基于连续信号的高精度载波相位测量；被动端估计主动端与被动端之间的传输时延，根据传输时延进行时隙调整，得到本地调整时序，根据本地调整时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道；产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号，进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现基于连续信号的高精度载波相位测量。

18.一种同频双向连续高精度测量系统，其特征在于至少包含两部终端，每个终端的物理组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、接收通道、信号处理单元；

收发共用天线，用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

收发切换单元，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的射频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

发射通道，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收发隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待发射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元；

接收通道，接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理单元；

信号处理单元，将本终端设置为主动端或者被动端；主动端与被动端均进行时间同步处理，得到同步秒脉冲，并在同步秒脉冲基准上，定义发射时隙时长为Tx，接收时隙时长Tr，切换周期T为发射时隙时长加上接收时隙时长，即：T＝Tx+Tr，接收时隙长度大于发射时隙，即：Tr≥Tx；接收时隙和发射时隙轮番交替组成，发射时隙时间长度小于预估的最大传输时延；在接收时隙在原来的基础上增加保护时隙Ts，延长本地接收时隙的时长，使得接收时隙时长变为Tr'＝Tr+Ts，且满足如下条件：Tr'≥3Tx，从而得到本地基准时序；主动端再根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步；被动端估计主动端与被动端之间的传输时延，根据传输时延进行时隙调整，得到本地调整时序，根据本地调整时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道；产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号，进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步。

19.一种同频双向连续高精度测量系统，其特征在于至少包含两部终端，每个终端的物理组成完全相同，均包括收发共用天线、收发切换单元、发射通道、接收通道、信号处理单元；

收发共用天线，用于发送本终端的射频信号，接收其他终端发送的射频信号；

收发切换单元，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换，将发射通道的射频信号传输至收发公用天线或者将收发共用天线接收的射频信号转发至接收通道；

发射通道，根据信号处理单元发送的切换控制信号进行收发切换；在接收时隙，进行收发隔离，避免同频干扰；在发送时隙，接收来自信号处理单元的基带信号，将其上变频至待发射频点并进行功率放大后发送至收发切换单元；

接收通道，接收来自收发切换单元的射频信号，将其下变频至中频后发送至信号处理单元；

信号处理单元，将本终端设置为主动端或者被动端；设置本地基准时序的基准切换周期为T_base；主动端按照切换周期T_A产生本地基准时序，被动端按照切换周期T_B产生本地基准时序；所述主动端的切换周期T_A为

被动端的切换周期T_B为

M≠N；所述本地基准时序由发射时隙和接收时隙轮番交替组成，发射时隙的占空比为50％；主动端和被动端均根据本地基准时序产生切换控制信号输出给收发切换单元和发射通道，产生时间连续测量信号，在发射时隙对时间连续测量信号加窗并发送至发射通道；在接收时隙对接收通道发送的中频信号进行伪码跟踪和载波跟踪，重建时间连续的测量信号，根据对方测量信号的载波相位测量值，实现主动端和被动端之间的时频同步。

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