CN105549375A - 高精度星载时间传递系统 - Google Patents

高精度星载时间传递系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105549375A
CN105549375A CN201610064806.6A CN201610064806A CN105549375A CN 105549375 A CN105549375 A CN 105549375A CN 201610064806 A CN201610064806 A CN 201610064806A CN 105549375 A CN105549375 A CN 105549375A
Authority
CN
China
Prior art keywords
star
controller
clock
camera
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610064806.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105549375B (zh
Inventor
余达
刘金国
郭疆
王冶
张贵祥
王国良
张艳鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201610064806.6A priority Critical patent/CN105549375B/zh
Publication of CN105549375A publication Critical patent/CN105549375A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105549375B publication Critical patent/CN105549375B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R20/00—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal
    • G04R20/02—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being sent by a satellite, e.g. GPS

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

高精度星载时间传递系统，涉及一种星载时间系统，解决现有星载测绘相机和星敏器采用定位系统秒脉冲和晶体振荡器守时，存在时间同步精度差，导致不能满足高目标定位要求等问题。本发明将长期与短期稳定度的时间基准源有机结合，构建精度优于0.1μs的基于精简white？rabbit协议的高精度星务时间传递系统。倍频时钟产生过程为，原子钟经定位系统输出的秒脉冲驯化后，输出的正弦时钟经转换为方波后再进行去抖倍频；同时保证倍频的时钟与产生的GPS秒脉冲的跳变沿为确定状态。本系统的所有信号以倍频时钟为基准，避免以往异步系统出现的采样不确定性，同时对时间信息的往返接收来测量传输路径的延时和校正温度等因素引起的延时变化。

Description

高精度星载时间传递系统
技术领域
本发明是一种星载时间系统，特别是涉及一种高精度星载时间传递系统。
背景技术
现今星载测绘相机和星敏感器采用定位系统(GPS或北斗)秒脉冲和晶体振荡器守时，最终根据相机图像的时间戳获得卫星在对应摄像时刻的姿态参数，时间同步精度在100μs左右，不能满足高目标定位精度的要求。
以往小卫星星务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，各时间系统用户间的同步精度在5ms左右；为应用于测绘、国土勘察等领域，采用GPS秒脉冲作为同步信号，有效载荷的时间同步精度优于0.1ms，也不满足高目标定位精度的要求。
设计时钟和定时系统的难点是保证时钟长期、短期的稳定度和准确度、降低和控制通道的时钟偏差,并且能够自动地对各个通道的传输延迟进行补偿,以消除环境等不可控因素带来的影响。如石英晶体振荡器的日漂移率为±5×10-11/日，原子钟的月漂移率为±5×10-11/月。GPS接收器提供的脉冲的长期稳定性好,但是短期稳定度比较差，原子钟具有短期稳定度好而长期稳定度差的特点。因此,使两者取长补短,提高系统时钟短期、长期的准确度和稳定度。因此利用秒脉冲信号对原子时钟进行不间断地驯服,原子时钟就会始终保持较高准确度。
发明内容
本发明为解决现有星载测绘相机和星敏器采用定位系统秒脉冲和晶体振荡器守时，存在时间同步精度差，导致不能满足高目标定位要求等问题，提供一种高精度星载时间传递系统。
高精度星载时间传递系统，包括星载平台、星敏感器单元和成像单元；
星载平台包括定位系统、星务控制器、原子钟、带通放大器、比较器、锁相环；星敏感器单元包括星控制器和星传感器；成像单元包括相机控制器和相机传感器；
所述定位系统产生的时标和秒脉冲送入星务控制器，星务控制器将送入的秒脉冲驯化原子钟，所述原子钟产生原子钟秒脉冲和驯化的原子钟低幅正弦时钟；所述原子钟秒脉冲送入星务控制器；
所述原子钟低幅正弦时钟经带通放大器带通放大，并经比较器转换为方波后通过锁相环去抖和倍频，产生整个系统同步基准的倍频时钟经时钟分配器输出至星敏感器单元和成像单元，同时，采用所述倍频时钟去采样星务控制器内的原子钟秒脉冲，输出同步原子钟秒脉冲；
所述星务控制器将星务控制器输出的时标、同步原子钟秒脉冲和时钟分配器输出的倍频时钟送入星敏感器单元和成像单元，同时所述星务控制器通过接收星敏感器单元和成像单元返回的时标信号，测量星务控制器、星敏感器单元或星务控制器和成像单元三者之间时间基准的传输延迟，并进行补偿；所述相机控制器在摄像时刻向星控制器发送摄像开始信号，星控制器通过接收摄像开始信号，记录对应摄像时刻的姿态信息，通过测量星控制器和相机控制器之间的延时变化；计算星控制器与星传感器、相机控制器与相机传感器之间的延时，实现精确的时间传递；
所述的带通放大器的电阻值V电源为带通放大器的供电电源的输出电压，Imax为带通放大器的最大工作电流，VH为带通放大器输入和输出正弦信号的波峰对应的最大电压值；比较器的电阻值Imax1为比较器的最大工作电流，VH1为比较器输入正弦信号的波峰对应的电压值和输出矩形波信号高电平中的最大值；带通放大器在中心频率的放大倍数大于等于4；
通过相机控制器和星控制器双向的时钟和时标传输测量，实现补偿温漂引起的延时变化；
设定经地面测量，tsk为星控制器和相机控制器间的延时，ts为星控制器和星传感器间的延时，tk为相机控制器和相机传感器间的延时；当温度变化时，星控制器和相机控制器间的延时变为tsk1，则星控制器和星传感器间的延时变为相机控制器和相机传感器间的延时变为
若在t时刻星控制器接收到相机控制器发出的摄像开始信号，测量获得星控制器和相机控制器间的延时tsk2，则星控制器根据星传感器获得的在时刻对应的姿态信息为相机在该帧实际摄像时的姿态。
本发明的有益效果：本发明将长期与短期稳定度的时间基准源有机结合，构建精度优于0.1μs的基于精简whiterabbit协议的高精度星务时间基准传递系统；采用定位系统秒脉冲驯化原子钟，驯化原子钟经转换为方波后进行去抖倍频，同时保证倍频的时钟与GPS秒脉冲的跳变沿为确定状态；整个系统以倍频的时钟为基准，避免以往异步系统出现的采样不确定性；同时，对时间信息的往返接收来测量传输路径的延时和校正温度等因素引起的延时变化。
1、本发明采用原子钟作为系统时钟，可降低时钟的漂移，提高长期稳定度；同时将倍频输出的时钟作为整体系统时钟，避免异步系统引起的时钟偏差；
2、本发明采用定位系统(GPS或北斗)秒脉冲驯化原子钟后输出，新产生的采用定位系统(GPS或北斗)秒脉冲和时钟在每次上电时保持为固定的相位关系，可避免时钟和采用定位系统(GPS或北斗)秒脉冲异步时最大误差为一个时钟周期。
3、本发明通过时标信息的双向传输，可实时检测各部分的时延变化并进行补偿。
附图说明
图1为本发明所述的高精度星载时间传递系统的结构框图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，高精度星载时间传递系统，包括星载平台、星敏感器单元和成像单元，所述星载平台主要包括定位系统、星务控制器、原子钟、带通放大器、比较器、锁相环；星敏感器单元主要包括星控制器和星传感器；成像单元主要包括相机控制器和相机传感器。定位系统产生的时标和秒脉冲送入星务控制器，星务控制器将送入的秒脉冲驯化原子钟，产生新的原子钟秒脉冲和驯化的原子钟低幅正弦时钟；
低幅正弦时钟经带通放大器带通放大，然后经比较器转换为方波，最后通过锁相环去抖和倍频，产生整个系统同步基准的倍频时钟经时钟分配器输出；同时采用倍频时钟去采样原子钟秒脉冲，产生同步原子钟秒脉冲，保证输出的同步原子钟秒脉冲与倍频时钟的跳变沿在每次上电都保持恒定的相位关系。星控制器将时标、同步原子钟秒脉冲和倍频时钟分别送入星敏感器单元和成像单元，同时通过接收星敏感器单元和成像单元返回的时标信号，测量时间基准的传输延迟，进行补偿。
相机控制器在摄像时刻向星控制器发送摄像开始信号，星控制器通过接收摄像开始信号，记录对应摄像时刻在姿态信息。通过测量星控制器和相机控制器之间的延时变化，按照事先测定的系数可估算出星控制器与星传感器，相机控制器与相机传感器之间的延时，可测定各传输路径的延时和外界因素引起的变化，进行精确的时间传递。
本实施方式中所述的带通放大器的供电电源端采用一阶RC滤波电路，要求其电阻值V电源为供电电源的输出电压，Imax为带通放大器的最大工作电流,VH为带通放大器输入和输出正弦信号的波峰对应的最大电压值。比较器的供电电源端采用一阶RC滤波电路，要求其电阻值Imax1为比较器的最大工作电流,VH1为比较器输入正弦信号的波峰对应的电压值和输出矩形波信号高电平中的最大值；带通放大器在中心频率的放大倍数大于等于4。
本实施方式中通过相机控制器和星控制器双向的时钟和时标传输测量，可补偿温漂等引起的延时变化。设定经地面测量，tsk为星控制器和相机控制器间的延时，ts为星控制器和星传感器间的延时，tk为相机控制器和相机传感器间的延时；当温度变化，星控制器和相机控制器间的延时变为tsk1，则星控制器和星传感器间的延时变为相机控制器和相机传感器间的延时变为
若在t时刻星控制器接收到相机控制器发出的开始摄像的信号，测量得到星控制器和相机控制器间的延时tsk2，则星控制器根据星传感器获得的在时刻对应的姿态信息为相机在该帧实际摄像时的姿态。
本实施方式采用定位系统(GPS或北斗)秒脉冲驯化原子钟，输出星敏感器单元和成像单元的信号包括驯化的倍频时钟、同步原子钟秒脉冲信号和时标信息；
本实施方式中驯化的倍频时钟产生步骤为：从原子钟输出的经秒脉冲驯化的低幅正弦时钟信号经带通放大器放大同时进行带通滤波，然后经高速比较器将正弦波转换为方波，再通过锁相环进行去抖和倍频；倍频输出的时钟作为整个系统的同步时钟，同时用倍频输出的时钟去采样原子钟输出的原子钟秒脉冲，保证且其跳变沿与最终输出的原子钟秒脉冲跳变沿在每次上电都为恒定的相位关系。
本实施方式中所述的定位系统采用GPS或北斗定位系统；所述的星务控制器、星控制器和相机控制器均采用FPGA；所述的原子钟采用铷原子钟；所述的星传感器和相机传感器为CMOS图像传感器。

Claims (2)

1.高精度星载时间传递系统，包括星载平台、星敏感器单元和成像单元；
星载平台包括定位系统、星务控制器、原子钟、带通放大器、比较器、锁相环；星敏感器单元包括星控制器和星传感器；成像单元包括相机控制器和相机传感器；其特征是；
所述定位系统产生的时标和秒脉冲送入星务控制器，星务控制器将送入的秒脉冲驯化原子钟，所述原子钟产生原子钟秒脉冲和驯化的原子钟低幅正弦时钟；所述原子钟秒脉冲送入星务控制器；
所述原子钟低幅正弦时钟经带通放大器带通放大，并经比较器转换为方波后通过锁相环去抖和倍频，产生整个系统同步基准的倍频时钟经时钟分配器输出至星敏感器单元和成像单元，同时，采用所述倍频时钟去采样星务控制器内的原子钟秒脉冲，输出同步原子钟秒脉冲；
所述星务控制器将星务控制器输出的时标、同步原子钟秒脉冲和时钟分配器输出的倍频时钟送入星敏感器单元和成像单元，同时所述星务控制器通过接收星敏感器单元和成像单元返回的时标信号，测量星务控制器、星敏感器单元或星务控制器和成像单元三者之间时间基准的传输延迟，并进行补偿；所述相机控制器在摄像时刻向星控制器发送摄像开始信号，星控制器通过接收摄像开始信号，记录对应摄像时刻的姿态信息，通过测量星控制器和相机控制器之间的延时变化；计算星控制器与星传感器、相机控制器与相机传感器之间的延时，实现精确的时间传递；
所述的带通放大器的电阻值V电源为带通放大器的供电电源的输出电压，Imax为带通放大器的最大工作电流，VH为带通放大器输入和输出正弦信号的波峰对应的最大电压值；比较器的电阻值Imax1为比较器的最大工作电流，VH1为比较器输入正弦信号的波峰对应的电压值和输出矩形波信号高电平中的最大值；带通放大器在中心频率的放大倍数大于等于4；
通过相机控制器和星控制器双向的时钟和时标传输测量，实现补偿温漂引起的延时变化；
设定经地面测量，tsk为星控制器和相机控制器间的延时，ts为星控制器和星传感器间的延时，tk为相机控制器和相机传感器间的延时；当温度变化时，星控制器和相机控制器间的延时变为tsk1，则星控制器和星传感器间的延时变为相机控制器和相机传感器间的延时变为
若在t时刻星控制器接收到相机控制器发出的摄像开始信号，测量获得星控制器和相机控制器间的延时tsk2，则星控制器根据星传感器获得的在时刻对应的姿态信息为相机在该帧实际摄像时的姿态。
2.根据权利要求1所述的高精度星载时间传递系统，其特征在于，所述的带通放大器的供电电源端采用一阶RC滤波电路，所述比较器的供电电源端采用一阶RC滤波电路。
CN201610064806.6A 2016-01-29 2016-01-29 高精度星载时间传递系统 Expired - Fee Related CN105549375B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610064806.6A CN105549375B (zh) 2016-01-29 2016-01-29 高精度星载时间传递系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610064806.6A CN105549375B (zh) 2016-01-29 2016-01-29 高精度星载时间传递系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105549375A true CN105549375A (zh) 2016-05-04
CN105549375B CN105549375B (zh) 2017-12-26

Family

ID=55828627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610064806.6A Expired - Fee Related CN105549375B (zh) 2016-01-29 2016-01-29 高精度星载时间传递系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105549375B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923876A (zh) * 2018-06-27 2018-11-30 北京艾瑞思机器人技术有限公司 时间同步方法、装置及系统
CN109506656A (zh) * 2018-11-28 2019-03-22 上海航天控制技术研究所 一种高精度在轨姿态信息下传还原方法
CN109634093A (zh) * 2019-01-16 2019-04-16 和芯星通科技(北京)有限公司 一种基于gnss接收机的授时方法及gnss接收机
CN110632843A (zh) * 2019-09-27 2019-12-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 遥感相机高精度对时信息生成系统
CN110955139A (zh) * 2018-09-27 2020-04-03 斯沃奇集团研究和开发有限公司 包括与平均频率控制设备关联的机械振荡器的钟表组件
CN114056352A (zh) * 2021-12-24 2022-02-18 上海海积信息科技股份有限公司 一种自动驾驶控制装置及车辆

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102590825A (zh) * 2012-02-17 2012-07-18 北京空间飞行器总体设计部 一种导航卫星主备卫星钟的无缝切换方法
CN103346852A (zh) * 2013-05-29 2013-10-09 江汉大学 一种提供基准时钟信号的装置
US20140203963A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Seiko Epson Corporation Timing signal generating device, electronic apparatus, moving object, method of generating timing signals, and method of controlling satellite signal receiver
US20150003211A1 (en) * 2013-06-26 2015-01-01 Seiko Clock Inc. Radio clock
CN204168278U (zh) * 2014-08-20 2015-02-18 北京无线电计量测试研究所 一种用于cpt原子钟的正交锁相放大系统
CN104459735A (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 中国科学院国家授时中心 北斗星基高精度差分服务接收装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102590825A (zh) * 2012-02-17 2012-07-18 北京空间飞行器总体设计部 一种导航卫星主备卫星钟的无缝切换方法
US20140203963A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Seiko Epson Corporation Timing signal generating device, electronic apparatus, moving object, method of generating timing signals, and method of controlling satellite signal receiver
CN103346852A (zh) * 2013-05-29 2013-10-09 江汉大学 一种提供基准时钟信号的装置
US20150003211A1 (en) * 2013-06-26 2015-01-01 Seiko Clock Inc. Radio clock
CN204168278U (zh) * 2014-08-20 2015-02-18 北京无线电计量测试研究所 一种用于cpt原子钟的正交锁相放大系统
CN104459735A (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 中国科学院国家授时中心 北斗星基高精度差分服务接收装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923876A (zh) * 2018-06-27 2018-11-30 北京艾瑞思机器人技术有限公司 时间同步方法、装置及系统
CN110955139A (zh) * 2018-09-27 2020-04-03 斯沃奇集团研究和开发有限公司 包括与平均频率控制设备关联的机械振荡器的钟表组件
CN110955139B (zh) * 2018-09-27 2021-10-01 斯沃奇集团研究和开发有限公司 包括与平均频率控制设备关联的机械振荡器的钟表组件
CN109506656A (zh) * 2018-11-28 2019-03-22 上海航天控制技术研究所 一种高精度在轨姿态信息下传还原方法
CN109634093A (zh) * 2019-01-16 2019-04-16 和芯星通科技(北京)有限公司 一种基于gnss接收机的授时方法及gnss接收机
CN110632843A (zh) * 2019-09-27 2019-12-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 遥感相机高精度对时信息生成系统
CN110632843B (zh) * 2019-09-27 2020-09-08 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 遥感相机高精度对时信息生成系统
CN114056352A (zh) * 2021-12-24 2022-02-18 上海海积信息科技股份有限公司 一种自动驾驶控制装置及车辆

Also Published As

Publication number Publication date
CN105549375B (zh) 2017-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105549375A (zh) 高精度星载时间传递系统
CN107655475B (zh) 同步脉冲信号获取方法、导航数据同步处理方法及系统
CN110133999B (zh) 一种基于星云激光点云数采平台的时间同步方法及系统
CN102474410B (zh) 高精度同步方法和系统
EP2331984B1 (en) Method and apparatus for a global navigation satellite system receiver coupled to a host computer system
CN104917582B (zh) 高精度时钟分发和相位自动补偿系统及其相位调节方法
CN100461721C (zh) 一种测试远程帧时延的系统及方法及装置
US20020135509A1 (en) Self-calibrating electronic distance measurement instrument
CN102830611B (zh) 一种时间源
Kebkal et al. Underwater acoustic modems with integrated atomic clocks for one-way travel-time underwater vehicle positioning
CN112543078B (zh) 一种基于卫星共视的网络时间服务器校准方法与装置
CN101741401A (zh) 一种无线接收设备的授时系统及授时方法
CN104184535A (zh) 时钟同步方法和时钟同步装置
CN107679260B (zh) 一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法
JP2014171014A (ja) 移動体無線基地局装置、同期制御方法および同期制御プログラム
CN103269262A (zh) 一种时间同步装置的守时方法
US11611946B2 (en) Sampling synchronization through GPS signals
CN109150352A (zh) 一种基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法
Li et al. Highly accurate evaluation of GPS synchronization for TDOA localization
CN100438449C (zh) 网络时延测量方法及系统
CN210742507U (zh) 一种基于全球导航卫星系统的标准时间频率源装置
CN201266923Y (zh) Gps组合时间频率仪
CN114063505A (zh) 一种同步控制方法、装置、设备、同步系统及存储介质
RU172628U1 (ru) Сервер синхронизации времени
TWI274175B (en) High precision frequency synchronizing system using GPS signal

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171226

Termination date: 20220129