CN102937819A - 一种星载计算机时间标签输出系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载计算机时间标签输出系统，用于产生为卫星提供星上时间和外部输入锁存的的时间标签，包括：定时基准计数器、星上时间计数器、n个星时锁存器以及接口模块。采用本发明实现了星载控制计算机时间标签的输出。

Description

一种星载计算机时间标签输出系统

技术领域

本发明涉及一种星载计算机时间标签输出系统，适用于对星上时间有较高精度要求的卫星平台。

背景技术

我国的星载控制计算机一般采用软件计算本地星时和数据管理单元校时相结合的方案完成本地星上时间计算。对于本地星时，星载控制计算机通常采用定时器或者软件进行计算。对于数据管理单元的校时，星载控制计算机通常采用硬件中断的方式接收数管的高精度时钟产生的校时信号，进而对计算出的本地星上时间进行校正。

校正的过程为：首先，通过硬件中断接收数管发出的T1时刻的标记信号；然后，通过数据总线接收数管发出的T1时刻基准在数管的精确时间；最后，根据上述T1的时刻标记和总线时间信息进行计算，校正本地产生的星时。

计算机的时刻标记采用硬件中断的方法获得，对总线信息的读取采用软件计算获得，因此，如果星载控制计算机在校时过程中被更高级中断打断转而处理高级中断操作，就可能会导致校时出现百微秒量级的偏差。

但是，传统的星载控制计算机的星时计算精度仅有百微秒量级，才有上述方法已不能满足高分辨率平台对控制计算机星上时间的高精度要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种星载计算机时间标签输出系统，实现了星载控制计算机时间标签的输出。

本发明的技术解决方案是：

一种星载计算机时间标签输出系统，用于产生为卫星提供星上时间和外部输入锁存的的时间标签。包括：定时基准计数器、星上时间计数器、n个星时锁存器以及接口模块。

其中，所述定时基准计数器根据输入时钟产生星时当量，并将星时当量输出到星上时间计数器；所述星上时间计数器对输入的星时当量进行脉冲计数，产生当前星时值并输出分别到n个星时锁存器；所述的n个星时锁存器分别与输入的n个输入锁存信号相连，当某个应用输入锁存信号有效时，与该有效锁存信号相连的星时锁存器将当前星时值和锁存信号有效时对应的精确本地星时进行存储；所述接口模块为星载计算机的处理器提供了用于访问锁存器的地址总线和控制总线，星载计算机的处理器可利用地址和控制总线实现对n个星时锁存器的寻址并读取锁存器中存储的当前星时值。

所述定时基准计数器可通过接口模块接收所述星载计算机的处理器对星时当量的设置。

与所述的n个星时锁存器分别相连的n个输入锁存信号分别对应于n个外部应用可以为GPS秒脉冲校时、OBDH中断校时、外部敏感器同步或外部执行机构同步等)，当外部应用输入出现有效信号时，输入锁存信号有效。

所述输入时钟由宇航级晶振提供。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本方法采用独立的硬件完成星载计算机的时间计算，并可根据本地星时对多路外部输入信号(如高精度校时信号、同步信号或者星上控制周期等)完成高精度的时间标签标记。采用此系统产生时间标签不受处理器软件和中断的影响，从理论上计算，使系统时间精度由之前的百微秒量级提高到微秒量级，解决了微秒级高精度星时功能的实现问题，提高了星载计算机的时间系统的精度。

具体表现如下：

(1)该星载控制计算机高精度星上时间标签采用独立硬件实现星时计算和校准，无需处理器参与计时，化简了处理器操作，避免了采用处理器软件参与计时被中断打断的风险，提高了星上时钟精度。

(2)本发明能针对多路外部输入信号完成时间标签的标记，处理器可以通过获得时间标签计算获得校时和同步信息。外部输入的锁存信号内容可根据不同型号任务进行灵活配置，对锁存时间的计算方法可根据不同任务的需求采用软件进行适应性设计，具有一定的灵活适用性。

(3)本发明的计时当量可根据宇航任务的需求进行配置，满足不同型号的时标精度需求。

附图说明

图1为星时标签设计原理图；

图2为校时时序关系图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

本星载控制计算机星上时间标签采用独立硬件进行星上时间生成，并对外部输入校时信号进行时间锁存，提供给星载计算机处理器，满足其计算获得当前星上时间的准确信息。例如GPS秒脉冲代表整星星上准确时间，与星载计算机本地星时存在误差，本系统可锁存GPS秒脉冲对应星时，通过秒脉冲星时和本地时间差对本地星时进行校正。

如图1，本系统包括定时基准计数器、星上时间计数器、n个星时锁存器以及接口模块，其中，定时基准计数器接收的外部输入时钟采用宇航级晶振的晶振时钟作为计算基础。通过N1位宽度的定时基准计数器对晶振时钟进行分频，获得星时当量。其中，对晶振时钟的分频进度可以通过星载计算机的处理器利用接口模块对定时基准计数器进行设置，调整定时基准计数器的宽度N1，从而实现对输入星时当量的调整。

星上时间计数器采用N2位宽度的计数器实现，接收由定时基准计数器输出的星时当量，并对星时当量进行计数，其产生的N2位数据t就是星载计算机当前星上时间，N1和N2在设计具体系统时根据星上需求由硬件确定。如图1所示，星上时间按照T0+0，T0+1...T0+n计算本地星时。

n个星时锁存器同时接收由星上时间计数器产生的当前星上时间，星时锁存器以外接的输入锁存信号有效为触发信号。当输入锁存信号有效时，则对应的星时锁存器将当前星时以及锁存信号有效时对应的精确本地星时进行锁存，如图2所示。设输入锁存信号1(例如GPS秒脉冲)到来时间对应星上时间为T0+t1；输入锁存信号2(例如控制周期)到来时间对应星上时间为T0+t2；输入锁存信号3(例如敏感器和执行机构同步信号)到来时间对应星上时间为T0+t3。输入锁存信号n到来时间对应星上时间为T0+tn，则星时锁存器1-n分别锁存各输入锁存信号到来的本地星上时间为T0+t1，T0+t2...T0+tn。与n个星时锁存器相连的输入锁存信号可以根据需要进行设置。根据整星时间设计，在收到输入锁存信号1(GPS秒脉冲)之后的一段时间，星载计算机可以通过数据总线接收数管系统发来的输入锁存信号1对应的整星精确时间信息T1。星载计算机将根据整星时间计算本地和整星的偏差，为T1-(T0+t1)；之后星载计算机进行模式运算时会将偏差加入计算，即完成校时，并可精确推断出本地控制周期对应的整星的精确时间为T1+t2-t1、本地对敏感器和执行机构的同步信号对应的整星精确时间为T1+t3-t1。

接口模块实现对通过数据总线、地址总线和控制总线和处理器进行通信。根据处理器地址和控制信号进行译码、对星时当量进行配置、根据处理器地址选通将对应星时锁存器中存储的当前星时输出和当前星上时间进行多路选择并输出给处理器。

星载控制计算机的时间精度主要取决于控制周期精度和对敏感器执行机构的控制时间精度。由上文可知，本时间标签不受软件中断影响，误差主要在于晶振从数管时间标记到来时至控制周期/敏感器执行机构同步信号之间的漂移。设晶振的稳定度为Rppm(R通常为15)，则误差取决于max(t3-t1，t2-t1)(通常小于1s)，为max(t3-t1，t2-t1)^＊R，校时误差为微秒量级。

因此综上，采用本发明所述系统可以使星载计算机处理器获得本地当前星时t和各路输入锁存信号到来时对应的精确本地星时T0+t1，T0+t2...T0+tn。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种星载计算机时间标签输出系统，用于产生为卫星提供星上时间和外部输入锁存的的时间标签，其特征包括：定时基准计数器、星上时间计数器、n个星时锁存器以及接口模块，

其中，所述定时基准计数器根据输入时钟产生星时当量，并将星时当量输出到星上时间计数器；所述星上时间计数器对输入的星时当量进行脉冲计数，产生当前星时值并输出分别到n个星时锁存器；所述的n个星时锁存器分别与输入的n个输入锁存信号相连，当某个应用输入锁存信号有效时，与该有效锁存信号相连的星时锁存器将当前星时值和锁存信号有效时对应的精确本地星时进行存储；所述接口模块为星载计算机的处理器提供了用于访问锁存器的地址总线和控制总线，星载计算机的处理器可利用地址和控制总线实现对n个星时锁存器的寻址并读取锁存器中存储的当前星时值。

2.如权利要求1所述的一种星载计算机时间标签输出系统，其特征在于：所述定时基准计数器可通过接口模块接收所述星载计算机的处理器对星时当量的设置。

3.如权利要求1所述的一种星载计算机时间标签输出系统，其特征在于：与所述的n个星时锁存器分别相连的n个输入锁存信号分别对应于n个外部应用可以为GPS秒脉冲校时、OBDH中断校时、外部敏感器同步或外部执行机构同步等)，当外部应用输入出现有效信号时，输入锁存信号有效。

4.如权利要求1所述的一种星载计算机时间标签输出系统，其特征在于：所述输入时钟由宇航级晶振提供。

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