CN102012671A

CN102012671A - 一种简约多模式的高稳卫星时钟装置

Info

Publication number: CN102012671A
Application number: CN 200910195292
Authority: CN
Inventors: 朱海园; 朱维; 章生平
Original assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明涉及卫星电子设备控制系统，公开了一种简约多模式的高稳卫星时钟装置，包括：高稳时钟(1)，作为高稳定时钟的时钟源；星载计算机(2)，用于产生6553.6mS的定时中断读取十六位二进制mS计数器数据；存放时钟数值；地面测控(3)，用于测量星地时差，通过遥控注数对卫星钟进行修正；GPS设备(4-1)，用于获取当前标准时钟数值并且检测卫星时钟与标准时钟的时差。本发明解决了卫星时钟可靠性和稳定度差，以及时延等问题，从而实现卫星时钟高精度，高稳定度、高可靠的工作。

Description

一种简约多模式的高稳卫星时钟装置

技术领域

本发明涉及卫星电子控制系统，更具体地说，涉及一种简约多模式的高稳卫星时钟装置。

背景技术

人造地球卫星是在空间以每秒7.8Km以上的速度飞行，卫星时钟提供姿态控制系统中的星敏感器的重要参数、为星上仪器设备运行控制提供轨道坐标、为有效载荷采集的数据提供星下点定位，气象和地理测绘的云图就是依据卫星钟打在遥感图上的时标确定遥感图所采集的位置。

目前，多数卫星的时钟系统使用采样40位mS计数器的计时装置，这种装置中依靠GPS的PPS(秒脉冲)前沿作为时钟校准的手段，这种装置存以下问题：

(1)可靠性问题，星载计算机、卫星钟的高稳晶体振荡器、校准逻辑，40位计时器、GPS的PPS在可靠性上属于串联模式，高稳晶体振荡器存在停振失效模式，而目前我国星载GPS故障概率很高(平均无故障时间10小时)；

(2)计时器读写容易出错问题，对于16位计算机，40位计时钟的数据需要分三次读出，在读出过程中发生计数器进位，容易读错，因此，在软件上需要进行多次读和比较；当对40位计时钟进行授时时同样也存在硬件上与计数脉冲需要协调的问题。

(3)时延问题，当卫星钟经过读出时钟数据，通过总线广播时，在1553B线路上和用户终端响应上存在mS级的时延。

本发明旨在解决以上问题，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决现有技术对卫星时钟可靠性、高稳定度、时延等问题，本发明的目的在于提出一种简约多模式的高稳卫星时钟装置，利用本发明，可安全方便地实现对卫星时钟进行时校授时操作和时钟高精度使用。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种简约多模式的高稳卫星时钟装置，该装置包括：

高稳时钟，包括：

高稳晶体振荡器，作为高稳定时钟的时钟源；16位二进制mS计数器，用于对高稳晶体振荡器计数；

星载计算机，包括：

计算机的CPU定时器(2-1)，用于产生6553.6mS的定时中断读取十六位二进制mS计数器数据，用于卫星系统守时；中断(2-2)，用于定时通知计算机到十六位计数器读出计数值；读计数器(2-3)，用于提供计算机读出计时值的接口；正确性分析模块(2-4)，用于对读出的计时值变换成时段值进行有效性合法性分析；计时单元(2-5)，用于时段累加，校时，时钟引用；卫星时钟单元(2-6)，用于存放用于遥测和广播的卫星时钟数值，总线广播(2-7)，接收来自卫星时钟单元(2-6)的时钟数据，通过1553B串行数据总线(5)与应用测量(4)的终端连接，进行时钟发布和误差修正；误差校正模块(2-8)，用于对卫星时钟误差进行校正，GPS设备(4-1)，用于接收卫星时钟的广播，并测量卫星时钟的误差，应用测量(4)的GPS时差数据通过1553B串行数据总线(5)送往误差校正模块(2-8)进行时差校正；

地面测控：

用于通过遥测接收来自卫星时钟的时标信号，测量星地时差，通过遥控注数，通过误差校正模块和计时单元对卫星时钟进行修正。

1553B串行数据总线：

用于向星上各个系统广播标准的星上时钟。

应用测量，包括：

GPS设备，用于获取当前标准时钟数值并且检测卫星时钟与标准时钟的时差，作为卫星时钟系统的校正源，地面可以通过遥控指令允许GPS的当前标准时钟数值向卫星时钟系统授时，GPS时差提供自动校准卫星时钟的数据；各个终端(4-2)，分别用于接收卫星时钟，对卫星终端的事件加上事件标签。

本发明一种简约多模式的高稳卫星时钟装置，由于采用长度为16位的高稳计时钟，在使用中计算机软件实际采用当前采样的时钟值与上次采样时钟值相减，不需要进行清零初始化，对于16位的星载计算机可以一次读取，避免了在进位过程中读取可能出现的错误；时差修正和授时操作只对软件中的计时单元进行。由于通过广播向GPS发送卫星钟，GPS记下接收到广播时钟的时刻，通过解算后，向星载计算机返回时差值，计算机使用时差值可以通过计时单元自动校时，也可以禁止使用GPS自动修正卫星钟，地面从遥测返回GPS时差，与地面测控站测量的星地时差比较分析，遥控注入，软件进行可调间隔的均匀校时，使卫星钟数周时间内维持高精度指标。由于GPS基于与载荷同等的时延条件记下的卫星钟时刻对星载计算机卫星钟进行了时差校正，各个用户终端的传输时延也已经被消除。因此，本发明解决了卫星时钟可靠性和稳定度差，以及时延等问题，从而实现卫星时钟高精度，高稳定度、高可靠的工作。

附图说明

附图是本发明简约多模式卫星时钟装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

附图是本发明简约多模式卫星时钟装置的结构框图，如附图的实施例所示，该装置包括：

高稳时钟1，包括：

高稳晶体振荡器1-1，作为高稳定时钟的时钟源；16位二进制mS计数器1-2，用于对高稳晶体振荡器计数；

星载计算机2，包括：

地面测控3：

用于通过遥测3-3接收来自卫星时钟2-6的时标信号，测量星地时差，通过遥控3-1注数，通过误差校正模块2-8和计时单元2-5对卫星时钟2-6进行修正。

1553B串行数据总线：

用于向星上各个系统广播标准的星上时钟。

应用测量4，包括：

GPS设备4-1，用于获取当前标准时钟数值并且检测卫星时钟与标准时钟的时差，作为卫星时钟系统的校正源，地面可以通过遥控指令允许GPS的当前标准时钟数值向卫星时钟系统授时，GPS时差提供自动校准卫星时钟的数据；终端4-2，分别用于接收卫星时钟，对卫星终端的事件加上事件标签。

上述16位二进制mS计数器(1-2)，用于对高稳晶体振荡器计数，计满溢出，自动清零，不需要设计清零和初始化逻辑。

上述卫星时钟2-6的守时，按照下列步骤进行：

(1)CPU定时器2-1在计满65536(6553.6mS)后产生自然清零并中断；

(2)在中断程序中读取高稳时钟16位二进制mS计数器的数值；

(3)用本次读取的高稳时钟值并减去上一次读取的数值，取得时段数据；

(4)时段数据模为65536mS；

(5)时段数据值进行正确性分析，中心值应该为6553mS，误差不大于正负2mS，否则数据不可信，放弃不用，使用默认数据6553mS；

(6)将处理后的时段值加到计时单元；

(7)CPU定时器2-1在中断清零后，继续守时，即时的卫星钟等于计时单元的数值加上CPU定时器，可以向应用系统广播，可以用于遥测。

上述GPS设备4-1使用GPS返回时差数据可以进行自动校时，也可以通过6PS从遥测返回时差，进行可调间隔均匀校时。

上述CPU定时器2-1在计满(65536mS)溢出时产生定时中断，定时器计满产生中断的数值可以设置成不同的数据，但应当小于高稳时钟计时器的计时范围。

所述的16位二进制mS计数器(1-2)，也可以使用16位以上的计数器。

在可靠性设计上，本发明简约多模式的高稳卫星时钟装置可以形成以下组合的工作模式：

(1)高稳时钟1与星载计算机定时器2-1加测控均匀的校时模式；

(2)高稳时钟1与星载计算机定时器2-1加GPS自动均匀校时组合模式；

(3)星载计算机定时器2-1与测控均匀的校时模式；

(4)星载计算机定时器2-1加GPS自动均匀校时组合模式；

(5)高稳时钟1与星载计算机定时器2-1使用GPS时差的测控均匀的校时模式；

(6)星载计算机定时器2-1与使用GPS时差的测控均匀的校时模式。

下面进一步对本发明的工作原理进行描述。

本发明一种简约多模式的高稳卫星时钟装置在可靠性设计上采用高稳时钟1与CPU芯片内部的定时器资源形成可靠性的并联模式。使用定时中断中采集的时段数据(上一次定时中断的高稳时钟值与当前定时中断高稳时钟值)作正确性分析，发现高稳时钟时段值出现偏离值大于正负2mS时，卫星中自动选择CPU定时器溢出时段数值6553.6mS，这些工作是软件自动实现的，不需要遥控作任何切换。

由于简约多模式的高稳卫星时钟装置中的高稳计时钟1-2长度为16位，是一个只读计数器，在使用中计算机软件实际采用当前采样的时钟值与上次采样时钟值相减，不需要进行清零初始化，对于16位的星载计算机可以一次读取，避免了在进位过程中读取可能出现的错误；时差修正和授时操作只对软件中的计时单元2-5进行。

由于简约多模式的高稳卫星时钟装置，通过广播向GPS发送卫星钟，GPS记下接收到广播时钟的时刻，通过解算后，向星载计算机返回时差值，计算机使用时差值可以通过计时单元2-5自动校时，也可以禁止使用GPS自动修正卫星钟，地面从遥测返回GPS时差，与地面测控站(3-2)测量的星地时差比较分析，遥控注入，软件进行可调间隔的均匀校时。由于GPS接收设备故障率较高，而卫星时钟稳定性较高，卫星飞行过程中GPS在遥测中返回的时差值在很长时间(数天)内不会变化，使用遥测数据中的GPS时差值对卫星钟进行均匀校时比较安全，均匀校时注入一次通常可以使卫星钟数周时间内维持高精度指标。

由于简约多模式的高稳卫星时钟装置中通过广播向GPS发送卫星钟，GPS记下接收到广播时钟的时刻，通过解算后，向星载计算机返回时差值，计算机使用时差值可以通过计时单元2-5自动校时，其中产生的时延与用户终端收到的时延是同样的，因此，GPS基于在这种(与载荷同等的)时延条件记下的卫星钟时刻对星载计算机卫星钟进行了时差校正，各个用户终端的传输时延也已经被消除了。

Claims

1.一种简约多模式的高稳卫星时钟装置，其特征在于，该装置包括：

高稳时钟(1)，包括：

高稳晶体振荡器(1-1)，作为高稳定时钟的时钟源；16位二进制mS计数器(1-2)，用于对高稳晶体振荡器计数；

星载计算机(2)，包括：

地面测控(3)：

用于通过遥测(3-3)接收来自卫星时钟(2-6)的时标信号，测量星地时差，通过遥控(3-1)注数，通过误差校正模块(2-8)和计时单元(2-5)对卫星时钟(2-6)进行修正；

1553B串行数据总线：

用于向星上各个系统广播标准的星上时钟；

应用测量(4)，包括：

GPS设备(4-1)，用于获取当前标准时钟数值并且检测卫星时钟与标准时钟的时差，作为卫星时钟系统的校正源，地面可以通过遥控指令允许GPS的当前标准时钟数值向卫星时钟系统授时，GPS时差提供自动校准卫星时钟的数据；各个终端(4-2)，分别用于接收卫星时钟，对卫星终端的事件加上事件标签。

2.如权利要求1所述的卫星时钟装置，其特征在于：所述的16位二进制mS计数器(1-2)，用于对高稳晶体振荡器计数，计满溢出，自动清零。

3.如权利要求1或2所述的卫星时钟装置，其特征在于：所述的16位二进制mS计数器(1-2)，也可以使用16位以上的计数器。

4.如权利要求1所述的卫星时钟装置，其特征在于：所述的卫星时钟(2-6)的守时，按照下列步骤进行：

(1)CPU定时器(2-1)在计满6553.6mS后产生自然清零并中断；

(2)在中断程序中读取高稳时钟16位二进制mS计数器的数值；

(4)时段数据模为：65536mS；

(5)时段数据值进行正确性分析，中心值为6553mS，误差不大于正负2mS，否则数据放弃，使用默认数据6553mS；

(6)将处理后的时段值加到计时单元；

(7)CPU定时器(2-1)在中断清零后，继续守时，即时的卫星钟等于计时单元的数值加上CPU定时器(2-1)，可以向应用系统广播，可以用于遥测。

5.如权利要求1所述的卫星时钟装置，其特征在于：所述的GPS设备(4-1)使用GPS返回时差数据可以进行自动校时，也可以通过GPS从遥测返回时差，进行可调间隔均匀校时。

6.如权利要求1所述的卫星时钟装置，其特征在于：所述的CPU定时器(2-1)在计满65536mS溢出时产生定时中断，定时器计满产生中断的数值可以设置成不同的数据，但小于高稳时钟计时器的计时范围。

7.如权利要求1所述的卫星时钟装置，其特征在于：所述的卫星时钟装置可以形成以下组合的工作模式：

(1)高稳时钟(1)与星载计算机定时器(2-1)加测控均匀的校时模式；

(2)高稳时钟(1)与星载计算机定时器(2-1)加GPS自动均匀校时组合模式；

(3)星载计算机定时器(2-1)与测控均匀的校时模式；

(4)星载计算机定时器(2-1)加GPS自动均匀校时组合模式；

(5)高稳时钟(1)与星载计算机定时器(2-1)使用GPS时差的测控均匀的校时模式；

(6)星载计算机定时器(2-1)与使用GPS时差的测控均匀的校时模式。