CN102201853A - 一种小卫星高精度时间同步方法 - Google Patents

Abstract

一种小卫星高精度时间同步方法，包括如下步骤：(1)在小卫星上安装2台互为备份的GPS接收机，发送GPS秒脉冲信号，作为时间基准；(2)在GPS接收机输出秒脉冲信号50ms后，将所述GPS接收机作为小卫星上CAN总线的主节点且由GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据，小卫星上CAN总线采用有限多主通信工作方式；(3)根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生对应的时标，以实现时间同步。本发明方法实现简单可靠，且由于星上与有效载荷相关的各部分的时间均来自于精度极高的GPS接收机，因此同步的精度也可以得到保证。

Description

一种小卫星高精度时间同步方法

技术领域

本发明涉及一种小卫星高精度时间同步方法。

背景技术

以往小卫星上无论是平台系统还是有效载荷系统的时间基准，都是采用单独外加时钟提供计时基准，由星务中心计算机以广播的方式，通过一级CAN总线发送整星时间，相关时间系统用户通过CAN总线接收整星时间完成自身的校时，这种方法各时间系统用户间的同步精度在5ms左右，已无法满足对高精度时间同步的要求。

随着小卫星应用领域的不断扩大，用于测绘、国土勘察等应用的小卫星都要求有效载荷的时间同步精度优于0.1ms，以满足地面目标定位精度的要求。以往小卫星时间系统的设计方法已不能满足要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种小卫星高精度时间同步方法，提高了有效载荷时间同步精度，提高了卫星的地面目标定位精度。

本发明的技术解决方案是：

一种小卫星高精度时间同步方法，步骤如下：

(1)在小卫星上安装2台互为备份的GPS接收机，在同一时间仅有一台GPS接收机工作，每台GPS接收机均可输出2路GPS秒脉冲信号；

小卫星上的中心控制单元、测绘相机和高分辨率相机同时接收GPS接收机输出的2路GPS秒脉冲信号作为计时基准；

(2)在GPS接收机输出秒脉冲信号50ms内，将所述GPS接收机作为小卫星上CAN总线的主节点且由GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据，同时将GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据定为最高优先级；所述小卫星上CAN总线采用有限多主通信工作方式；

(3)小卫星上的中心控制单元根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生小卫星姿态数据对应的时标；测绘相机和高分辨率相机根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生图像数据对应的时标，以实现时间同步。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明在不增加星上设备配置，即提供时间基准的外加时钟的情况下，利用小卫星上的GPS接收机产生秒脉冲信号作为计时基准，利用GPS接收机作为CAN总线的主节点发送秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据，通过这样的方式使得小卫星上的设备，诸如中心控制单元、测绘相机和高分辨率相机，能够达到时间同步，实现简单可靠，且由于星上与有效载荷相关的各部分的时间均来自于精度极高的GPS接收机，因此同步的精度也可以得到保证。

(2)本发明中星上CAN总线采用有限多主通信工作方式，保证GPS接收机在产生秒脉冲信号后的50ms内输出对应的整秒时间(整秒对时广播数据)，使各时间用户有足够的时间校正自身时间。

附图说明

图1为小卫星上设备电缆连接示意图；

图2为测绘相机和高分辨率相机高精度时间系统的硬件框图；

图3为本发明方法的流程图；

图4为GPS A路秒脉冲信号连接示意图；

图5为GPS B路秒脉冲信号连接示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种小卫星高精度时间同步方法，如图3所示，按照如下步骤进行：

(1)在小卫星上安装2台互为备份的GPS接收机，在同一时间仅有一台GPS接收机工作，每台GPS接收机均可输出2路GPS秒脉冲信号；

小卫星上的中心控制单元、测绘相机和高分辨率相机同时接收GPS接收机输出的2路GPS秒脉冲信号作为计时基准；

(2)在GPS接收机输出秒脉冲信号50ms内，将所述GPS接收机作为小卫星上CAN总线的主节点且由GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据，同时将GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据定为最高优先级；所述小卫星上CAN总线采用有限多主通信工作方式；

(3)小卫星上的中心控制单元根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生小卫星姿态数据对应的时标；测绘相机和高分辨率相机根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生图像数据对应的时标，以实现时间同步。

下面结合附图对本发明作进一步详细地描述：

小卫星上的中心控制单元、测绘相机、高分辨率相机和两台GPS接收机的电缆连接方式如图1所示：其中两台GPS接收机互为冷备份。在每个GPS标准时间的整秒时刻，GPS接收机产生一个与GPS标准时间误差小于1μs的高精度秒脉冲信号，通过RS422接口发送给各时间用户(包括中心控制单元、测绘相机、高分辨率相机)，并且在发送秒脉冲信号之后50ms内以CAN总线主节点方式主动发送和上述秒脉冲对应的整秒对时广播数据，测绘相机、高分辨率相机和中心控制单元主备份各有两路422差分输入，各秒脉冲用户自主或根据地面指令选择两路脉冲信号中的一路作为时间基准信号。

本发明中GPS时指的是：GPS标准时间。

图4、图5分别为星上高精度时间系统A、B两路秒脉冲信号连接图，GPS1(第一个GPS接收机)、GPS2(第二个GPS接收机)、AOCC(中心控制单元中的控制计算机)、测绘相机、高分辨率相机内部主备份均采用A、B两个独立的RS422驱动(或接收)器，互为热备份。GPS1、GPS2和AOCC、测绘相机、高分辨率相机间采用双点双线的422差分驱动传输方式。

卫星CAN总线网络采用有限多主通信的工作方式，有星务中心计算机和GPS接收机2个主节点，GPS接收机在发出秒脉冲信号后的50ms内能够自主发送高精度整秒对时广播数据，同时将GPS接收机发送整秒对时广播数据的优先级定为最高，可以打断任何其他帧的通信，这样就保证了GPS对时广播数据可以及时的发送，确保整星高精度时间系统功能的实现，同时在发送完成GPS高精度对时广播数据后，被打断的其他数据帧可以继续发送，也不会影响到总线网络的正常通信。

利用CAN总线通信控制器的仲裁机制，当总线处于空闲状态下时，如果同时有两个通信节点发送数据，则根据其标识场中优先级顺序抢占总线控制权，即PRI编码越低的帧其优先级越高，而优先级低的帧将在优先级高的帧发送完毕后重新发送。这样即保证了优先级高的数据及时得到发送，又保证了优先级低的数据帧不会丢失，实现了总线的优先级管理机制。

小卫星的中心控制单元属于控制分系统，中心控制单元中的控制计算机(AOCC)采用专用的接口电路接收GPS接收机发来的GPS秒脉冲信号，控制计算机使用CPU的外部中断来响应该信号，产生GPS秒脉冲中断，控制分系统在响应GPS秒脉冲中断后，根据指令在允许的情况下，使用GPS秒脉冲信号作为星敏感器的内部数据同步信号，并根据从CAN总线接收到的该秒脉冲对应的高精度整秒对时广播数据生成姿态数据的时标，该时标与GPS标准时间的同步精度优于0.1ms。

图2为测绘相机和高分辨率相机高精度时间系统的硬件框图，测绘相机和高分辨率相机内部设有秒时间计数器、微秒时间计数器，由DSP对其进行控制。在测绘相机和高分辨相机初始加电时，DSP使用默认时标(默认值为0)工作，当DSP接收到整秒对时广播数据时，首先判断该整秒对时广播是否与GPS秒脉冲匹配(即成对出现)，如果匹配，则连续三次接收高精度整秒对时广播数据，根据三次整秒对时广播数据的两两差值是否为1来判断接收的整秒对时广播数据是否正确，若为1，则代表正确，否则为错误；如果正确，则采用第三次接收到整秒数据刷新秒计数器，之后在每个GPS秒脉冲信号的下降沿将微秒计数器清零，将秒计数器加1，完成高精度时标对时，从而达到小卫星上设备的高精度时间同步。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种小卫星高精度时间同步方法，其特征在于步骤如下：

(1)在小卫星上安装2台互为备份的GPS接收机，在同一时间仅有一台GPS接收机工作，每台GPS接收机均可输出2路相同的GPS秒脉冲信号；

小卫星上的中心控制单元、测绘相机和高分辨率相机同时接收GPS接收机输出的2路GPS秒脉冲信号作为计时基准；

(2)在GPS接收机输出秒脉冲信号50ms内，将所述GPS接收机作为小卫星上CAN总线的主节点且由GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据，同时将GPS接收机发送所述秒脉冲信号对应的整秒对时广播数据定为最高优先级；所述小卫星上CAN总线采用有限多主通信工作方式；

(3)小卫星上的中心控制单元根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生小卫星姿态数据对应的时标；测绘相机和高分辨率相机根据接收到的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒对时广播数据，产生图像数据对应的时标，以实现时间同步。

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