CN108540207B - 一种卫星载荷分布式时间同步方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星载荷分布式时间同步方法及系统，该系统包括基准频率产生与保持单元、中央处理单元和分布式节点，分布式节点数量可根据需要进行扩展。该方法包括基准频率的产生与保持、中央处理单元的处理和分布式节点的处理三个部分。中央处理单元的处理包括根据接收到的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；接收各分布式节点回传的内容，通过比对各分布式节点回传内容，确定是否有异常节点或中央处理单元是否异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整。

Description

一种卫星载荷分布式时间同步方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种卫星载荷分布式时间同步方法及系统。
背景技术
目前，时间同步方法的研究主要为实现远距离的时间同步，主要包括卫星与地面站之间、多地面站之间以及各类车载、机载设备之间等。相关方法主要是通过双向无线测距、高速光纤传输等方式实现，从而保证远距离设备之间的时间同步。此类方法主要是用于测量并采用后端数字处理进行补偿抵消，从而实现各站时间同步，其存在实时性差、同步精度引入的误差源较多，不能对异常自主监测和调整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种卫星载荷分布式时间同步方法及系统，可实现系统内各分布式节点与中央处理单元之间的精确时间同步；当中央处理单元出现故障时，各分布式节点不受故障影响，可自行按照之前已同步的时间继续维持；当中央处理单元故障恢复时，可自动根据各分布式节点的时间自行恢复到当前各分布式节点维持的时间；中央处理单元自动监测各分布式节点的时间维持结果，可根据其他分布式节点维持的时间信息对故障节点进行自动同步；分布式节点有新增或退出时，不影响其他节点工作。
本发明提供的一种卫星载荷分布式时间同步方法，其特征在于，包括：
产生基准频率并对基准频率进行调整和保持；
根据保持后的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；
将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；
各分布式节点接收送入的基准历元、同步时钟和基准时间，用同步时钟提取基准历元，恢复本地历元，在本地历元的基础上进行计数，产生和维持本地时间，将本地历元和本地时间进行回传；
比对各分布式节点回传的本地历元和本地时间及基准历元和基准时间，判断是否有异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整。
进一步，当有节点接入时，自动将其时间进行同步；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
进一步，基准历元或基准时间起始值可根据外部指令进行调整。
进一步，各分布式节点在运行过程中可通过接收的同步指令强制进行同步。
本发明的另一方面提供的一种卫星载荷分布式时间同步系统，包括：
基准频率产生与保持单元，用于产生基准频率并对基准频率进行调整和保持，并将保持后的基准频率送入中央处理单元；
中央处理单元，用于根据接收到的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；接收各分布式节点回传的内容，通过比对各分布式节点回传内容，确定是否有异常节点或中央处理单元是否异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整。
分布式节点，用于接收中央处理单元送入的基准历元、同步时钟和基准时间，用同步时钟提取基准历元，恢复本地历元，在本地历元的基础上进行计数，产生和维持本地时间，将本地历元和本地时间回传到中央处理单元。
进一步，中央处理单元还用于对各分布式节点的接入和退出进行管理，当有节点接入时，中央处理单元自动将其时间同步到中央处理单元；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
进一步，基准历元或基准时间起始值可根据外部指令进行调整。
进一步，各分布式节点在运行过程中可通过接收中央处理单元的同步指令强制与中央处理单元同步。
本发明的另一方面提供的一种中央处理单元，用于实现卫星载荷的分布式时间同步，其特征在于，该中央处理单元根据接收到的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；接收各分布式节点回传的内容，通过比对各分布式节点回传内容，确定是否有异常节点或中央处理单元是否异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整。
进一步，中央处理单元还用于对各分布式节点的接入和退出进行管理，当有节点接入时，中央处理单元自动将其时间同步到中央处理单元；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果是：
(1)各分布式节点可以灵活的接入和退出，接入过程中可自动完成中央处理单元和其他节点间的高精度时间同步；
(2)各分布式节点完成首次时间同步后，可自行维持本地时间，本地时间维持的正确性受中央处理单元的严格监控，当出现维持错误的情况下，中央处理单元将自动对其进行调整确保正确性。
(3)中央处理单元通过接收各分布式节点的历元、时间信息，并对多节点的数据进行联合分析，对系统各分布式节点时间维持正确性进行判断，确保不出现错误判断的情况。
(4)中央处理单元出现故障后，系统时间可自动维持，中央处理单元恢复后，可自动恢复时间，并接管系统控制权。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的原理框图；
图2为与本发明的具体实施例一致的原理框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
为实现上述目的，本发明提出了一种卫星载荷分布式同步方法和系统，原理框图如图1所示。该系统包括基准频率产生与保持单元、中央处理单元和分布式节点，分布式节点数量可根据需要进行扩展。该方法包括基准频率的产生与保持、中央处理单元的处理和分布式节点的处理三个部分。
1、基准频率的产生与保持
基准频率产生与保持单元产生基准频率。在一些实施例中，基准频率可由氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟、晶体振荡器等产生，为系统提供公共10MHz频率或其他基准频率。
基准频率保持可根据系统需要在产生的基准频率上进行调整和保持，以适应本系统和其他系统之间频率同步需要。基准频率完成产生与保持后送入中央处理单元。
2、中央处理单元的处理
中央处理单元根据基准频率产生与保持单元送入的基准频率，完成基准历元和同步时钟的产生；在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间，基准时间可以采用秒、10秒、分、时等系统可以接受的时间单位。
在一些实施例中，中央处理单元的历元可根据外部指令进行调整，用以实现与其他系统的历元同步，调整步进可为1个同步时钟周期，本地历元调整过程中，保证同步时钟上升沿与历元上升沿对齐。中央处理单元的时间起始值可根据外部指令进行调整，用以实现与其他系统的时间信息同步。中央处理单元的历元、同步时钟和时间调整后，对应输出的基准历元、同步时钟和基准时间进行同步调整。
中央处理单元提供基准历元、同步时钟和基准时间接口，并将三者分发到各分布式节点。
中央处理单元接收各分布式节点回传的内容，通过比对各分布式节点回传内容，确定是否有异常节点或中央处理单元是否异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整。
在一些实施例中，中央处理单元对各分布式节点的接入和退出进行管理，当有节点接入时，中央处理单元自动将其时间同步到中央处理单元；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
3、分布式节点的处理
各分布式节点接收送入的基准历元、同步时钟和基准时间，用同步时钟提取基准历元，恢复本地历元，在本地历元的基础上进行计数，产生和维持本地时间，将本地历元和本地时间回传到中央处理单元。
在一些实施例中，各分布式节点还接收中央处理单元同步指令，在运行过程中，可通过同步指令强制与中央处理单元同步。
在一个具体实施例中，如图2所示。系统包括铷原子钟、基准频率处理单元、中央处理单元、上行接收设备、下行信号产生设备和信号监测设备。
铷原子钟产生10MHz基准频率，基准频率处理单元在10MHz基础上处理维持得到系统需要的10.23MHz基准频率。中央处理单元接收10.23MHz基准频率，并产生1PPS、同步时钟，并通过1PPS技术获得基准时间。上行接收设备、下行信号产生设备和信号监测设备通过接收中央处理单元的1PPS、同步时钟和基准时间，保持与中央处理单元时间一致，并将本地1PPS和时间传递给中央处理单元用于实现系统内部时间状态的监测与错误修正。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种卫星载荷分布式时间同步方法，其特征在于，包括：
产生基准频率并对基准频率进行调整和保持；
根据保持后的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；
将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；
各分布式节点接收送入的基准历元、同步时钟和基准时间，用同步时钟提取基准历元，恢复本地历元，在本地历元的基础上进行计数，产生和维持本地时间，将本地历元和本地时间进行回传；
比对各分布式节点回传的本地历元和本地时间及基准历元和基准时间，判断是否有异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整；
当有节点接入时，自动将其时间进行同步；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
2.根据权利要求1所述的一种卫星载荷分布式时间同步方法，其特征在于，基准历元或基准时间起始值可根据外部指令进行调整。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种卫星载荷分布式时间同步方法，其特征在于，各分布式节点在运行过程中可通过接收的同步指令强制进行同步。
4.一种卫星载荷分布式时间同步系统，其特征在于，包括：
基准频率产生与保持单元，用于产生基准频率并对基准频率进行调整和保持，并将保持后的基准频率送入中央处理单元；
中央处理单元，用于根据接收到的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；接收各分布式节点回传的内容，通过比对各分布式节点回传内容，确定是否有异常节点或中央处理单元是否异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整；
分布式节点，用于接收中央处理单元送入的基准历元、同步时钟和基准时间，用同步时钟提取基准历元，恢复本地历元，在本地历元的基础上进行计数，产生和维持本地时间，将本地历元和本地时间回传到中央处理单元。
5.根据权利要求4所述的一种卫星载荷分布式时间同步系统，其特征在于，中央处理单元还用于对各分布式节点的接入和退出进行管理，当有节点接入时，中央处理单元自动将其时间同步到中央处理单元；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
6.根据权利要求4所述的一种卫星载荷分布式时间同步系统，其特征在于，基准历元或基准时间起始值可根据外部指令进行调整。
7.根据权利要求4-6任一项所述的一种卫星载荷分布式时间同步系统，其特征在于，各分布式节点在运行过程中可通过接收中央处理单元的同步指令强制与中央处理单元同步。
8.一种中央处理单元，用于实现卫星载荷的分布式时间同步，其特征在于，该中央处理单元根据接收到的基准频率产生基准历元和同步时钟，并在基准历元的基础上计数，产生和维持基准时间；将基准历元、同步时钟和基准时间分发到各分布式节点；接收各分布式节点回传的内容，通过比对各分布式节点回传内容，确定是否有异常节点或中央处理单元是否异常，如有异常则根据各分布式节点回传的内容进行联合分析，得出正确结果，并对异常部分进行自动调整。
9.根据权利要求8所述的一种中央处理单元，其特征在于，中央处理单元还用于对各分布式节点的接入和退出进行管理，当有节点接入时，中央处理单元自动将其时间同步到中央处理单元；当有节点退出时，相应节点回传的内容不参与系统内部联合分析。
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