CN105659876B - 一种无gps系统卫星的校时方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种卫星校时方法，具体涉及一种无GPS系统卫星的校时方法。其特点在于：利用地面测试设备采集到的GPS时间，由计算机自动完成星地时间比对并实现卫星的GPS校时，避免了人工干预容易出错并且费时的不足，提高了校时的可靠性和高效性。在进行校时之前，先对不同遥测模式的星地时差进行精确的测定，能有效提高校时的精确性和可靠性，同时GPS时间信息为微秒级，能满足卫星毫秒级校时的需要，提高了校时的精度。<pb pnum="1" />

Description

一种无GPS系统卫星的校时方法

技术领域

本发明涉及一种卫星校时方法，具体涉及一种无GPS系统卫星的校时方法。

背景技术

在卫星进行综合测试期间，往往会进行频繁的GPS校时工作。嫦娥一号作为一颗月球卫星，其特点决定了卫星系统本身无GPS分系统，因此不能像普通地球卫星一样通过自身携带的GPS系统为卫星进行校时。以往对于此类无GPS系统的卫星而言，需测试人员根据收到的卫星时间和地面得到的GPS时间手工计算出时间差值，或直接得到差值，根据差值计算出需要修正的时间，最后形成数据注入文件，提供给总控发送到卫星进行GPS校时。采用这种方式的缺点是整个过程均需人工干预，容易出错，并且费时。此外，以往在对时差进行修正时，仅使用了一个估算的时间延时，即星地时差，得到的时差精度较差。

由于嫦娥一号卫星的遥测模式复杂，以上缺点在校时过程中更加突出。具体表现如下，该卫星遥测的特点是具有两种码速率和两种编码方式组合的共4种遥测模式，任意时刻的下行遥测为4种中的1种，并且在测试中会根据需要不断切换遥测模式，在生成GPS校时数据注入文件时还需根据不同的遥测模式考虑扣除不同遥测模式下的系统总延时时间，即星地时差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度、高可靠、自动化的无GPS系统卫星的校时方法。

实现本发明目的的技术方案：

一种无GPS系统卫星的校时方法，包括以下步骤：

(1)分别测定不同遥测模式下的星地时差；

(2)遥测前端获取当前时刻的卫星时间信息和高分辨率GPS时间信息，并将其打包发送至主测试计算机；

(3)主测试计算机根据收到的GPS时间信息与卫星时间信息进行计算，得到时间差值t1；

(4)主测试计算机判断该时刻卫星的遥测模式，从时间差值t1中扣除该时刻遥测模式对应的星地时差，得到最终时间差值t2；

(5)主测试计算机根据时间差值t2自动生成带有GPS时间信息的校时数据注入指令；

(6)主测试计算机将校时数据注入指令发送给遥控前端，遥控前端经上行信道发送给卫星；

(7)卫星接收到校时数据注入指令后，按数据内容，将卫星时间调整为GPS时间。

步骤(1)中星地时差是采用下述方法测定的：首先将数管设备输出的遥测信号同步脉冲引入逻辑分析仪，将该信号引入点定义为第一测试点，该点信号为星上EB90结束时输出的一串负脉冲，同时将数管设备输出的遥测信号通过遥测视频电缆接至遥测前端设备的遥测解调卡，GPS信号也接入遥测解调卡，将遥测解调卡的帧同步输出接入逻辑分析仪，遥测解调卡解调到EB90结束时输出一个正脉冲，将该信号引出点定义为第二测试点，在逻辑分析仪上测定第一测试点信号负脉冲的第一个下降沿和第二测试点信号输出正脉冲的上升沿之间的时差，即为星地时差。

如上所述的一种无GPS系统卫星的校时方法，步骤(1)中分别测定编码高码率、编码低码率、非编码高码率以及非编码低码率四种遥测模式的星地时差。

如上所述的一种无GPS系统卫星的校时方法，步骤(2)中获取的高分辨率GPS时间信息为微秒级。

如上所述的一种无GPS系统卫星的校时方法，微秒级GPS时间信息是通过接收GPS时间信息后，提取出间隔为1秒的脉冲信号并利用该信号间隔1秒对高分辨率时标获取系统的一个计数器进行清零，计数器每秒修正一次，从而得到一个精度达微秒级的高分辨率的时标数据。

本发明的效果在于：利用地面测试设备采集到的GPS时间，由计算机自动完成星地时间比对并实现卫星的GPS校时，避免了人工干预容易出错并且费时的不足，提高了校时的可靠性和高效性。在进行校时之前，先对不同遥测模式的星地时差进行精确的测定，能有效提高校时的精确性和可靠性，同时GPS时间信息为微秒级，能满足卫星毫秒级校时的需要，提高了校时的精度。

附图说明

图1为校时系统的组成及工作原理示意图；

图2为GPS授时部分的原理图；

图3为基准脉冲与数据帧的逻辑关系；

图4测定星地时差的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明所述的一种无GPS系统卫星的校时方法作进一步描述。

如图1所示，校时系统包括主测试计算机、遥测前端设备、遥控前端设备、卫星。其中，遥测前端设备中的GPS校时功能模块负责完成校时相关的任务。GPS校时功能模块由GPS授时功能部分及遥测解调功能两部分组成。如图2所示，GPS授时的功能是：接收GPS时间信息，提取出间隔为1s的脉冲信号并利用该信号间隔1s对高分辨率时标获取系统的一个计数器进行清零，计数器每秒修正一次，从而得到一个精度达微秒级的高分辨率的时标数据，同时经串口输出与1s脉冲信号前沿对应的国际标准时间代码。遥测解调功能是：解调遥测信号并且每解调一帧遥测都要产生一个帧同步时间基准脉冲，基准脉冲与数据帧的逻辑关系如图3所示，该脉冲的前沿和同步头(EB90)的后沿的间隔优于5微秒。遥测解调功能部分产生的帧同步时间基准脉冲用来锁存GPS授时功能部分的时分秒信息以及高分辨率的时标数据，将GPS授时功能部分的时分秒信息以及高分辨率的时标数据共同做为GPS时间信息，并取出GPS授时功能部分的时间信息与解调好的数据帧一起打包发送给主测试计算机。主测试计算机接收到打包的数据帧后，可以按照命令自动完成下列工作：先自动判断卫星遥测模式，然后根据不同的遥测模式扣除系统的总延时时间，即星地时差，生成相应的校时信息注入数据，通过遥控前端上行信道发送给卫星，卫星接收到注入数据后，按数据内容，调整卫星时间为GPS时间，完成卫星的校时。整个系统的校时误差小于0.5ms。

具体实现方式如下：

(1)分别测定卫星不同遥测模式下的星地时差。

卫星系统的星地时差即总延时时间，其测定采用星地设备联试的方式获得，该星地时差由星上缓存时延、地面缓存时延、地面设备解调时延、地面设备卷积译码时延4部分组成。星上不同的遥测模式对应有不同的星地时差，嫦娥一号的4种遥测模式共有4个不同的星地时差，因此在测试开始前首先应对这4个星地时差进行测定。可在试验室进行星地固定时延的测定，测定时使用的设备为实际装星的数管设备(CTU)和遥测前端设备以及逻辑分析仪，星地时差测定原理图如图4所示，将CTU输出的遥测信号同步脉冲引入逻辑分析仪，该信号引出点定义为测试点1，该点信号为星上EB90结束时输出的一串负脉冲，同时将CTU输出的遥测信号通过遥测视频电缆接至遥测前端设备的遥测解调卡，GPS信号也接入遥测解调卡。将遥测解调卡的帧同步输出接入逻辑分析仪，遥测解调卡解调到EB90结束时输出一个正脉冲，该信号引出点定义为测试点2。在逻辑分析仪上测定测试点1信号负脉冲的第一个下降沿和测试点2信号输出正脉冲的上升沿之间的时差。

下表给出了一组模拟测试的结果，改变遥测模式，通过逻辑分析仪分别读取4种不同遥测模式下数管设备的脉冲与遥测解调卡时间锁定脉冲前沿之间的时间差，即得到4种遥测模式下的4个星地时延即星地时差。

(2)遥测前端获取当前时刻的卫星时间信息和GPS时间信息，遥测前端的GPS校时功能模块每解调一帧遥测后都提取高分辨率的GPS时间信息并将高分辨率GPS时间信息与该时刻遥测帧进行打包，同时通过网络将打包信息源源不断地传送给主测试计算机。

(3)主测试计算机接收到校时指令后，从遥测前端发送来的打包数据中找到该时刻的遥测帧，取出该遥测帧中的GPS时间(2007年1月16的17：22：49：366)与卫星时间信息(2007年1月16日的17：12：47：266)进行计算得到差值t1(602100ms)。

(4)主测试计算机同时判断卫星遥测模式为编码高码率模式，然后从t1(602100ms)中扣除系统的总延时时间105.2ms，得到最终的差值t2(601995ms)，

(5)主测试计算机根据时间差值t2(601995ms)自动生成带有GPS时间信息的校时数据注入指令；

(6)主测试计算机将校时数据注入指令发送给遥控前端，遥控前端经上行信道发送给卫星；

(7)卫星接收到校时数据注入指令后，按数据内容，调整卫星时间为GPS时间2007年1月16的17：22：49：366，完成本次卫星的GPS校时。

本发明的方法简便易行，对无GPS系统卫星的校时高效、精确，节省了人力，提高了测试效率，并通过试验和整星验证。

Claims (4)

1.一种无GPS系统卫星的校时方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)分别测定不同遥测模式下的星地时差；

(2)遥测前端获取当前时刻的卫星时间信息和高分辨率GPS时间信息，并将其打包发送至主测试计算机；

(3)主测试计算机根据收到的GPS时间信息与卫星时间信息进行计算，得到时间差值t1；

(4)主测试计算机判断该时刻卫星的遥测模式，从时间差值t1中扣除该时刻遥测模式对应的星地时差，得到最终时间差值t2；

(5)主测试计算机根据时间差值t2自动生成带有GPS时间信息的校时数据注入指令；

(6)主测试计算机将校时数据注入指令发送给遥控前端，遥控前端经上行信道发送给卫星；

(7)卫星接收到校时数据注入指令后，按数据内容，将卫星时间调整为GPS时间，

步骤(1)中星地时差是采用下述方法测定的：首先将数管设备输出的遥测信号同步脉冲引入逻辑分析仪，将该信号引入点定义为第一测试点，该点信号为星上EB90结束时输出的一串负脉冲，同时将数管设备输出的遥测信号通过遥测视频电缆接至遥测前端设备的遥测解调卡，GPS信号也接入遥测解调卡，将遥测解调卡的帧同步输出接入逻辑分析仪，遥测解调卡解调到EB90结束时输出一个正脉冲，将该信号引出点定义为第二测试点，在逻辑分析仪上测定第一测试点信号负脉冲的第一个下降沿和第二测试点信号输出正脉冲的上升沿之间的时差，即为星地时差。

2.按照权利要求1所述的一种无GPS系统卫星的校时方法，其特征在于：步骤(1)中分别测定编码高码率、编码低码率、非编码高码率以及非编码低码率四种遥测模式的星地时差。

3.按照权利要求1或2所述的一种无GPS系统卫星的校时方法，其特征在于：步骤(2)中获取的高分辨率GPS时间信息为微秒级。

4.按照权利要求3所述的一种无GPS系统卫星的校时方法，其特征在于：所述的微秒级GPS时间信息是通过接收GPS时间信息后，提取出间隔为1秒的脉冲信号并利用该信号间隔1秒对高分辨率时标获取系统的一个计数器进行清零，计数器每秒修正一次，从而得到一个精度达微秒级的高分辨率的时标数据。