火星环绕器全链路时间标定及发射日授时方法

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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20210091

上海卫星工程研究所，上海 200240

详细信息

作者简介:
（1982− ），男，高级工程师，主要研究方向：深空探测总体技术。通讯地址：上海市闵行区华宁路251号（200240）电话：（021）24230000− 54018E-mail：wsplay@163.com

●　Analyse the whole link time transfer path of Mars orbiter. ●　A whole link time calibration method applicable to Mars missions. ●　Hardware and software design for time calibration system. ●　Mars orbiter ground timing method of launch day.
中图分类号:

Whole Link Time Calibration of Mars Orbiter and Launch Day Timing

Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 200240, China

摘要:根据火星环绕器的设计特点及器上配置，针对环绕器全链路时间标定进行了研究与验证，分析了环绕器器地时间传输路径，给出了适用于火星探测任务的环绕器全链路时间标定方法，介绍了用于时间标定的硬件设备、软件设计和系统组成。实际应用效果表明：火星环绕器全链路时间标定方法合理，发射日当天授时准确，地面测试数据得到了在轨运行的实际证实。对后续火星探测以及相关深空型号任务的探测器时间标定系统设计和标定方法具有良好的参考价值。
- 火星/
- 环绕器/
- 深空探测/
- 时间标定
Abstract:According to design characteristics and configuration of Mars orbiter, the whole link time calibration of mars orbiter was studied and validated, the time transmission path of Mars orbiter was analyzed, and a whole link time calibration method suitable for Mars exploration missions was given. Time calibration of hardware equipment, software design and system configuration was introduced. The actual application results show that the calibration method of the whole link time of Mars orbiter was reasonable, the launch day timing was accurate, and the ground test data were verified by the actual operation in orbit. This paper provides important reference for the design of time calibration system and calibration method for subsequent Mars exploration and related deep space missions.
- Mars/
- orbiter/
- deep space exploration/
- time calibration
Highlights

●　Analyse the whole link time transfer path of Mars orbiter. ●　A whole link time calibration method applicable to Mars missions. ●　Hardware and software design for time calibration system. ●　Mars orbiter ground timing method of launch day.

图 1时间标定体系组成

Fig. 1Time calibration system

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图 2时间稳定性标定

Fig. 2Calibration of time stability

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图 3遥测解调格式

Fig. 3Telemetry demodulation format

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图 4同一帧内部地面时间戳与器上时间比较

Fig. 4Same telemetry frame comparison between Mars orbiter clock and ground clock

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图 5示波器器地时钟波形比较

Fig. 5Oscillograph waveform comparison between Mars orbiter clock and ground clock

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表 1时间稳定度标定记录表

Table 1Calibration results of time stability

阶段	振荡值 σ/ms	斜率/ m	精度/ ms	结论
加电初始状态		0.35	0.1	加电初期晶振稳定后，时间漂移恒定
均匀校时后	2	< 0.01	0.1	时间漂移扣除后，时间差值拟合后趋于恒定

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表 2器上时间补偿值标定表

Table 2Time compensation value on Mars orbiter

码速率 r/(bit.s^–¹)	编码后帧长 f/Byte	FPGA 周期数 N_f	遥测帧头解调时间 T_f/ms	器上时延 T_q /ms	实际时差测量值 T_t/ms	器上时间补偿值 T_b/ms
8	512	4 100	4 000	8 937.189	5 124.213	1 029 441
32	512	4 100	1 000	2 234.039	1 280.653	257 363
1 024	512	4 099	31.25	69.477 2	39.754 33	8 045.157
16 384	512	4 095	1.953 125	4.452 777	2.232 33	506.438 6

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表 3发射日授时及在轨复核表

Table 3Launch day timing results

阶段	修正值/ms	器地时差/ms	均匀校时	精度/ms	结论
发射日当天授时	31	< 0.1	关	0.1	发射前9 h，使用综合测试系统完成授时，扣除地面误差后完成器地时统
入轨后3天时间复核	43	< 0.1	关	0.1	入轨后，使用地面测站系统，根据器地时延补偿估算，进行时间复核与修正。实测值表明，在均匀校时不启动的情况下，器上时间误差及趋势与地面标定一致。

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注释:

●　Analyse the whole link time transfer path of Mars orbiter.

●　A whole link time calibration method applicable to Mars missions.

●　Hardware and software design for time calibration system.

●　Mars orbiter ground timing method of launch day.

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