CN107679260B - 一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法 - Google Patents

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Abstract

一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，依据静止轨道遥感卫星星上时间同步原理，对授时精度和守时精度的构成及影响因素进行研究，分析秒脉冲精度误差、秒脉冲信号传输时延误差，以及控制计算机、姿态测量设备(星敏感器或陀螺)、相机等各环节的校时误差，建立一套星上时统精度的确定方法，解决了现有技术不能精准确定星上时间同步精度的问题，可用于静止轨道遥感卫星星上时间同步系统的设计、精度分析、建模及验证工作。

Description

一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法
技术领域
本发明涉及一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，可用于静止轨道遥感卫星星上时间同步系统的设计、精度分析、建模及验证工作。
背景技术
静止轨道遥感卫星为确保卫星成像时的图像质量，需要相机和姿态测量设备工作在统一的时间基准下，使卫星成像数据与控制测量数据具有相同时基，为地面图像处理提供高度同步的辅助数据和图像数据，保证卫星图像数据的高精度。
由于运行于地球静止轨道，处于GPS卫星的向下覆盖区之外，静止轨道遥感卫星利用接收GPS信号产生秒脉冲进行硬件校时的方式实现难度大、代价高。因此静止轨道遥感卫星一般采用星上时钟源生成高稳定时钟信号替代GPS信号，由星务计算机变换出秒脉冲进行硬件校时。
为实现卫星精密时间同步，由星务计算机输出精确的整秒脉冲信号，该整秒脉冲和整秒时刻信息每秒钟发送一次，秒脉冲信号经过授时单元的放大和分路处理后，作为触发信号通过RS422总线接口发送给控制计算机和相机等时统用户，同时将秒脉冲信号所对应的整秒时刻信息通过1553B总线向用户广播，各时统用户以收到的秒脉冲信号作为全系统授时起点，并采用内部时钟作为时间计数信号，完成星上时间同步功能。静止轨道遥感卫星星上时间同步系统组成如附图1所示。
一般遥感卫星为了获取高分辨率，运行于地球中低轨道，处于GPS卫星星座的有效覆盖区，在进行星上时间同步时可以比较容易地利用GPS信号产生硬件秒脉冲，不会依赖于星上自主高精度时钟完成时统功能；静止轨道通信及导航卫星为用户提供稳定的通信转发通道或导航信号，一般为固定指向，不具备在轨频繁小角度机动成像模式，与遥感卫星对侦察目标的高目标定位精度要求不同，没有专门针对相机和姿态测量设备间的高精度时统需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，解决了现有技术不能精准确定静止轨道遥感卫星星上时间同步精度的问题，可用于静止轨道遥感卫星星上时间同步系统的设计、精度分析、建模及验证工作。
本发明的技术方案是：一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，包括如下步骤：
1)获取秒脉冲精度误差E1、秒脉冲信号传输时延误差E2、控制计算机校时误差E3、星敏感器数据时标生成误差E4、陀螺数据时标生成误差E5和相机校时误差E6；
2)根据秒脉冲精度误差E1、秒脉冲信号传输时延误差E2，计算获得授时误差EA；
3)根据控制计算机校时误差E3、星敏感器数据时标生成误差E4、陀螺数据时标生成误差E5和相机校时误差E6，计算获得守时误差EB；
4)根据授时误差EA和守时误差EB，计算得到静止轨道遥感卫星星上时统精度ETotal＝EA+EB。
所述计算获得授时误差EA的具体方法为：
EA＝E1+E2；
所述计算获得守时误差EB的具体方法为：
EB＝MAX{E3+MAX[E4，E5]，E6}；
其中，MAX表示求取最大值函数，MAX{x，y，z}的返回值为x、y、z中的最大值。
所述秒脉冲精度误差E1通过比对星务计算机输出的秒脉冲和其在总线广播的整秒时刻之间的时差获得。
所述秒脉冲信号传输时延误差E2的获取方法为：在星务计算机的秒脉冲输出端及各时统用户的秒脉冲输入端之间串入示波器，整星加电，分别测量各路秒脉冲信号的传输时延，连续统计一段时间，得出E2的稳定值。
所述控制计算机校时误差E3由控制计算机内部各环节误差之和组成，包括接口芯片传递时延误差、ASIC星时锁存处理时延误差、晶振在寿命周期内老化导致的时间偏差。
所述星敏感器数据时标生成误差E4通过获取星敏感器同步信号发送时的绝对星时及星敏感器数据中的相对时间，再将二者相加得到；
所述陀螺数据时标生成误差E5通过测量陀螺处理数据的固有耗时获得；
所述相机校时误差E6获取方法：通过获取板内走线延时、板间传输延时、器件跳变沿延时参数，将三者相加得到E6。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明星上时统精度确定方法依据静止轨道遥感卫星星上时间同步原理，对授时精度和守时精度的构成及影响因素进行研究，分析秒脉冲精度误差、秒脉冲信号传输时延误差，以及控制计算机、姿态测量设备(星敏感器或陀螺)、相机等各环节的校时误差，建立一套星上时统精度的确定方法。解决了静止轨道遥感卫星由于无法利用GPS信号，易导致星上时间同步精度不满足地面图像处理要求，而传统的确定方法无法针对该类卫星利用自身高精度时钟源产生硬件秒脉冲的特点开展时统精度预算的问题。所述时统精度确定方法利用了静轨遥感卫星工作特点，实现简单，针对在轨时统精度在地面的验证工作具有很好的使用价值。
附图说明
图1为本发明方法中静止轨道遥感卫星星上时间同步系统组成
图2为本发明方法中静止轨道遥感卫星星上时间同步流程
图3为本发明静止轨道遥感卫星星上时统误差分解示意图
具体实施方式
静止轨道遥感卫星星上时间同步流程为：星务计算机利用星载高精度时钟源输出的正弦波信号，每秒产生一次秒脉冲信号，同时锁定该秒脉冲对应的整秒时刻，并通过1553B总线广播该整秒时刻信息，作为所有时统用户工作的起点；授时单元选择秒脉冲信号作为输入，放大、分路和输出各路秒脉冲信号给各时统用户(相机、姿态测量设备)，后者根据收到的秒脉冲信号作为时标信号，并采用各自内部时钟进行计数，最终结合整秒时刻信息计算得到数据采样时对应的绝对时刻。具体流程如附图2所示。
本发明克服现有技术的不足，提供了一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，依据静止轨道遥感卫星星上时间同步原理，对授时精度和守时精度的构成及影响因素进行研究，分析秒脉冲精度误差、秒脉冲信号传输时延误差，以及控制计算机、姿态测量设备(星敏感器或陀螺)、相机等各环节的校时误差，建立一套星上时统精度的确定方法，建模情况详见附图3。
本发明方法具体包括如下步骤：
(1)将静止轨道遥感卫星星上时统精度ETotal划分为授时误差EA和守时误差EB。
ETotal＝EA+EB； (1)
(2)授时环节误差EA由秒脉冲自身精度E1和秒脉冲在传输线上的传输时延E2组成。前者表示硬件秒脉冲信号和对应的星上整秒时刻之间的时间差，后者包括授时单元的授时模块对秒脉冲信号的时延值以及信号传输路径中所有电缆的传输时延。
EA＝E1+E2； (2)
E1通过比对星务计算机输出的秒脉冲和其在总线广播的整秒时刻之间的时差获得；E2获取方法：在星务计算机的秒脉冲输出端及各时统用户(如控制计算机、相机)的秒脉冲输入端之间串入示波器，整星加电，分别测量各路秒脉冲信号的传输时延，连续统计一段时间，得出E2的稳定值。
(3)在守时误差EB环节：控制计算机在秒脉冲上升沿锁存对应的当前星时计数器数值，并通过1553B总线接收秒脉冲对应的整秒时刻信息，在最近的控制周期根据秒脉冲校时有效标志进行秒脉冲高精度校时；相机利用本地时钟进行计数，该计数器宽度满足相机整个工作期间不溢出，分别在秒脉冲的上升沿以及帧同步的上升沿将此时的计数器数值进行锁存，作为本地成像时刻数据。
上述环节存在控制计算机校时误差E3、星敏感器数据时标生成误差E4、陀螺数据时标生成误差E5及相机内部秒脉冲传输和处理时延E6。
根据时统原理，守时误差EB由各时统用户的最大值决定。因此：
EB＝MAX{E3+MAX[E4，E5]，E6}； (3)
其中，“MAX”为求取最大值函数，MAX{x，y，z}的返回值为x、y、z中的最大值。
E3由控制计算机内部各环节误差之和组成，包括接口芯片(80F32)传递时延误差、ASIC星时锁存处理时延误差、晶振在寿命周期内老化导致的时间偏差；E4通过获取星敏感器同步信号发送时的绝对星时及星敏感器数据中的相对时间，再将二者相加得到；由于陀螺为全被动工作方式，控制计算机向陀螺发送同步信号即采集到陀螺数据，E5通过测量陀螺处理数据的固有耗时获得；E6获取方法：通过获取板内走线延时、板间传输延时、器件跳变沿延时参数(包括上升沿、下降沿)，将三者相加得到E6。
(4)根据获取得到的秒脉冲精度误差E1、秒脉冲信号传输时延误差E2、控制计算机校时误差E3、星敏感器数据时标生成误差E4、陀螺数据时标生成误差E5和相机校时误差E6，进而根据公式(1)(2)(3)计算得到静止轨道遥感卫星星上时统精度ETotal。
实施示例
本部分以某静止轨道遥感卫星为例，根据时钟源频率参数、星务计算机、授时单元、相机、控制计算机、星敏感器、陀螺的参数及接口配置，利用本发明提出的方法计算星上时统精度。表1为时统精度计算结果。
表1实施例中时统精度确定结果
Figure BDA0001374516710000061
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 (7)

1.一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于包括如下步骤：
1)获取秒脉冲精度误差E1、秒脉冲信号传输时延误差E2、控制计算机校时误差E3、星敏感器数据时标生成误差E4、陀螺数据时标生成误差E5和相机校时误差E6；
2)根据秒脉冲精度误差E1、秒脉冲信号传输时延误差E2，计算获得授时误差EA；
3)根据控制计算机校时误差E3、星敏感器数据时标生成误差E4、陀螺数据时标生成误差E5和相机校时误差E6，计算获得守时误差EB；
4)根据授时误差EA和守时误差EB，计算得到静止轨道遥感卫星星上时统精度ETotal＝EA+EB；
所述计算获得授时误差EA的具体方法为：
EA＝E1+E2；
所述计算获得守时误差EB的具体方法为：
EB＝MAX{E3+MAX[E4，E5]，E6}；
其中，MAX表示求取最大值函数，MAX{x，y，z}的返回值为x、y、z中的最大值。
2.根据权利要求1所述的一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于：所述秒脉冲精度误差E1通过比对星务计算机输出的秒脉冲和其在总线广播的整秒时刻之间的时差获得。
3.根据权利要求1所述的一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于：所述秒脉冲信号传输时延误差E2的获取方法为：在星务计算机的秒脉冲输出端及各时统用户的秒脉冲输入端之间串入示波器，整星加电，分别测量各路秒脉冲信号的传输时延，连续统计一段时间，得出E2的稳定值。
4.根据权利要求1所述的一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于：所述控制计算机校时误差E3由控制计算机内部各环节误差之和组成，包括接口芯片传递时延误差、ASIC星时锁存处理时延误差、晶振在寿命周期内老化导致的时间偏差。
5.根据权利要求1所述的一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于：所述星敏感器数据时标生成误差E4通过获取星敏感器同步信号发送时的绝对星时及星敏感器数据中的相对时间，再将二者相加得到。
6.根据权利要求1所述的一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于：所述陀螺数据时标生成误差E5通过测量陀螺处理数据的固有耗时获得。
7.根据权利要求1所述的一种静止轨道遥感卫星星上时统精度确定方法，其特征在于：所述相机校时误差E6获取方法：通过获取板内走线延时、板间传输延时、器件跳变沿延时参数，将三者相加得到E6。
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