CN107643529B - 一种高轨遥感卫星独立时统方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高轨遥感卫星独立时统方法，包括时钟源、计时设备、遥测设备、CPU、地面测控、GNSS接收机，所述时钟源提供两个频率源，采用微秒级和秒级分别计时，针对星上不同时钟需求提供可配置的周期脉冲，与时钟码字配合完成计时任务；支持星上自主校时和地面校时以及通过CPU校时和地面不通过CPU直接校时。本发明方法实现对卫星时统实时的稳定可靠控制，保证校时通道的安全性。解决了星务时统提供计时服务不够灵活、精度不高的问题，解决了因CPU故障导致整星时统无法维护的问题，从而实现卫星时钟高精度、高可靠性工作。

Description

一种高轨遥感卫星独立时统方法

技术领域

本发明涉及一种高轨遥感卫星独立时统方法。

背景技术

卫星时统是卫星在轨运行期间姿态控制、平台维护、遥感业务等多方面任务的重要参数，对时统方案的可靠性、安全性和灵活性提出很高要求。

目前卫星时钟系统存在的几个问题：

1)与CPU系统深度耦合，CPU定时器也是时钟系统中的重要一环，如果CPU故障或者CPU定时器故障，都将导致时钟系统无法正常工作；

2)多采用一个独立的高稳晶体振荡器，但高稳晶体振荡器存在停振失效模式，一旦故障将导致时钟系统必须依赖CPU定时器工作，受CPU系统影响加大；

3)不支持配置产生多种周期脉冲，无法适应不同的外部计时任务；

4)对时钟系统校时必须依赖CPU软件完成，若CPU故障或CPU软件运行异常都将无法实现校时维护工作。

因此，卫星时钟系统需要一种与CPU系统耦合度低的，高可靠性、高安全性、灵活可配置的设计方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种灵活可配置的高精度、高可靠性高轨遥感卫星独立时统方法，能够不依赖CPU系统独立工作，本发明方法实现对卫星时统实时的稳定可靠控制，保证校时通道的安全性。解决了星务时统提供计时服务不够灵活、精度不高的问题，解决了因CPU故障导致整星时统无法维护的问题，从而实现卫星时钟高精度、高可靠性工作。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高轨遥感卫星独立时统方法，包括时钟源、计时设备、遥测设备、CPU、地面测控、GNSS接收机，所述时钟源提供两个频率源，采用微秒级和秒级分别计时，针对星上不同时钟需求提供可配置的周期脉冲，与时钟码字配合完成计时任务；支持星上自主校时和地面校时以及通过CPU校时和地面不通过CPU直接校时。

所述时钟源包括高稳晶体振荡器和常规晶体振荡器两个可切换时钟源，主用高稳晶体振荡器，故障时切换为使用常规晶体振荡器。

所述计时设备中，晶振选择对高稳晶体振荡器输入和常规晶体振荡器输入进行二选一选择，将选好的时钟频率送给分频电路进行降频操作，然后送给计时器，得到星务时钟给遥测设备和CPU，遥测设备获取星务时钟下传地面，误差校正接收地面和CPU数据，对计数器进行校时。

所述计时器包括20位二进制微秒计时器和32位二进制秒计时器两级，分别完成微秒级和秒级计时，并可输出整秒脉冲和秒内可配置周期脉冲，满足星内不同的计时任务。

20位二进制微秒计时器产生20bit微秒级计数，当计满1s，则向32位二进制秒计时器进位，产生32bit秒级计数；同时送出整秒脉冲，用于外部秒对齐；也能按要求产生秒内的可配置周期脉冲，用于外部时钟应用；微秒和秒两级计数结果送给计时器单元拼接成52bit星务时钟给遥测设备和CPU；误差校正既能接收CPU发送的校时数据，也能接收地面直接发送的校时数据，对微秒计时器和秒计时器分别进行微秒级和秒级校时，从而避免因CPU故障导致的整星时统无法维护。

所述遥测设备中，卫星遥测时钟获取当前最新52bit星务时钟，送给遥测组帧电路下传地面。

所述CPU将获取的当前最新52bit星务时钟送给卫星广播，时差解析接收地面遥控注数校时和星载GNSS校时，解析后将校时数据送计时设备误差校正。

所述星务时钟通过星内总线进行广播，GNSS接收机作为总线RT接收，与导航计算GNSS时钟进行比较，获得GNSS校时数据送给CPU时差解析。

所述地面测控中，地面站测量控制将遥测帧中的星务时间提取出来，与地面时间比较做差，获得星地时差，通过遥控注数给CPU，由CPU完成校时，或者直接发送校时指令给计时设备误差校正完成校时。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种灵活可配置的高精度、高可靠性高轨遥感卫星独立时统方法，本时统方法可独立于CPU系统工作，提供两个频率源，采用微秒级和秒级分别计时，从而增加系统可靠性；针对星上不同时钟需求提供灵活可配置的周期脉冲，与时钟码字配合完成各类高精度计时任务；支持星上自主校时、地面校时两种方案，并且支持通过CPU校时和地面不通过CPU直接校时，实现对卫星时统实时的稳定可靠控制，保证校时通道的安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明高轨遥感卫星独立时统方法一实施例流程图；

图2为目前卫星时统方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明所提供的灵活可配置的高精度、高可靠性高轨遥感卫星独立时统方法，时统产生完全独立与CPU系统，并提供两个晶体振荡器可切换，计时器也分为微秒级和秒级两个。能够输出整秒脉冲和秒内可配置周期脉冲，满足星内不同的计时任务。校时支持地面直接校时和通过CPU校时两种，通过CPU校时又包括地面控制以及使用高轨GNSS 自主控制两种。

图1为本发明方法一实施例的流程图，包括：

时钟源1：

高稳晶体振荡器1-1，高稳定时钟源；常规晶体振荡器1-2，普通时钟源。高稳晶体振荡器的精度为1×10^-7，稳定度为1×10^-8/天。

计时设备2：

晶振选择2-1对高稳晶振输入和常规晶振输入进行二选一选择，将选好的时钟频率送给分频电路2-2进行降频操作，然后送给20位二进制微秒计时器2-3，产生 20bit微秒级计数，单位1.22us，当计满1s，则向32位二进制秒计时器2-4进位，产生32bit秒级计数；同时送出整秒脉冲，可用于外部秒对齐；另外也可按要求产生秒内的可配置周期脉冲(比如100ms、250ms等)，用于外部时钟应用。微秒和秒两级计数结果送给计时器单元2-5拼接成52bit星务时钟给遥测设备和CPU。误差校正2-6接收地面和CPU校时数据，对微秒计时器和秒计时器分别进行微秒级和秒级校时。

遥测设备3：

卫星遥测时钟3-1获取当前最新52bit星务时钟，送给遥测组帧电路3-2下传地面。

CPU 4：

CPU获取4-1将当前最新52bit星务时钟送给卫星广播4-2。时差解析4-3接收地面遥控注数校时和星载GNSS校时，解析后将校时数据送计时设备误差校正2-6。

星内总线广播和各RT：

星务时钟通过星内总线进行广播，GNSS接收机作为总线RT接收，与导航计算 GNSS时钟进行比较，获得GNSS校时数据送给CPU时差解析4-3。

地面测控：

地面站测量控制将遥测帧中的星务时间提取出来，与地面时间比较做差，获得星地时差，通过遥控注数给CPU，由CPU完成校时，或者直接发送校时指令给计时设备误差校(2-)完成校时。

本发明方法独立于CPU系统，完全由单独的计时设备完成时钟产生，也可不需要CPU 实现时统维护。

时钟源1包括高稳晶体振荡器1-1和常规晶体振荡器1-2两个时钟源，主用高稳晶振，出现问题时可发令切换为使用常规晶振。

计时器包括20位二进制微秒计时器2-3和32位二进制秒计时器2-4两级，分别完成微秒级和秒级计时，并可输出整秒脉冲和秒内可配置周期脉冲，满足星内不同的计时任务。

计时设备误差校正2-6可接收CPU发送的校时数据，也可接收地面直接发送的校时数据，从而避免因CPU故障导致的整星时统无法维护。

使用GNSS返回的时差数据可以进行自动校时，为卫星在轨自主管理提供保障。

图2为目前卫星时统方法，星载计算机使用CPU晶振设计一个16位的计时器，计时器初值根据软件控制周期设置，计时器溢出后产生中断，CPU软件去读取高稳晶振产生的时钟计数值，然后减去上次读取的计数值，作为本次计时的间隔量，若判断间隔量正常，则把该值加到当前软件时钟作为系统时钟；若判断间隔量不正常，则认为高稳晶振故障，自动采用低稳计时器的溢出周期作为计时间隔量，则把该值加到当前软件时钟作为系统时钟。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种高轨遥感卫星独立时统方法，其特征在于，包括时钟源、计时设备、遥测设备、CPU、地面测控、GNSS接收机，所述时钟源提供两个频率源，采用微秒级和秒级分别计时，针对星上不同时钟需求提供可配置的周期脉冲，与时钟码字配合完成计时任务；支持星上自主校时和地面校时以及地面通过CPU校时和地面不通过CPU直接校时；

所述时钟源包括高稳晶体振荡器和常规晶体振荡器两个可切换时钟源，常用高稳晶体振荡器，故障时切换为常规晶体振荡器；

所述计时设备中，晶振选择模块对高稳晶体振荡器输入和常规晶体振荡器输入进行二选一，将选好的时钟频率送给分频电路进行降频操作，然后送给计时器，得到星务时钟给遥测设备和CPU，遥测设备获取星务时钟下传地面，误差校正模块接收地面和CPU数据，对计时器进行校时；

所述计时器包括20位二进制微秒计时器和32位二进制秒计时器两级，分别完成微秒级和秒级计时，并输出整秒脉冲和秒内可配置周期脉冲，满足星内不同的计时任务；

20位二进制微秒计时器产生20bit微秒级计数，当计满1s，则向32位二进制秒计时器进位，产生32bit秒级计数；同时送出整秒脉冲，用于外部秒对齐；也能按要求产生秒内的可配置周期脉冲，用于外部时钟应用；微秒和秒两级计数结果送给计时器单元拼接成52bit星务时钟给遥测设备和CPU；误差校正模块既能接收CPU发送的校时数据，也能接收地面直接发送的校时数据，对微秒计时器和秒计时器分别进行微秒级和秒级校时，从而避免因CPU故障导致的整星时统无法维护。

2.根据权利要求1所述的高轨遥感卫星独立时统方法，其特征在于，所述遥测设备中，卫星遥测时钟获取当前最新52bit星务时钟，送给遥测组帧电路下传地面。

3.根据权利要求1所述的高轨遥感卫星独立时统方法，其特征在于，所述CPU将获取的当前最新52bit星务时钟送给卫星广播，时差解析模块接收地面遥控注数校时和星载GNSS校时，解析后将校时数据送计时设备中的误差校正模块。

4.根据权利要求3所述的高轨遥感卫星独立时统方法，其特征在于，所述星务时钟通过星内总线进行广播，GNSS接收机接收星务时钟，与导航计算GNSS时钟进行比较，获得GNSS校时数据送给CPU时差解析模块。

5.根据权利要求4所述的高轨遥感卫星独立时统方法，其特征在于，所述地面测控中，地面站测量控制模块将遥测帧中的星务时间提取出来，与地面时间比较作差，获得星地时差，通过遥控注数给CPU，由CPU完成校时，或者直接发送校时指令给计时设备中的误差校正模块完成校时。

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