CN110187631B - 一种控制系统的时间对齐方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种控制系统的时间对齐方法及系统，时统输出设备用于同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；卫星接收机根据预定时间间隔向飞行器计算机和惯组发送对时信息，飞行器计算机和惯组均根据授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；根据飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，飞行器上卫星相对计时时间相差，对飞行器计算机的计时时间、惯组的计时时间进行选择性修正，以保证系统时间的有效性和准确性，属于飞行器控制系统。

Description

一种控制系统的时间对齐方法及系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统的时间对齐方法及系统，属于飞行器控制系统。

背景技术

随着航天飞行器高机动性要求不断提升，对控制精度及控制品质也提出了更高的要求，因此控制系统必须保持高精度时间对齐。此外为了更精准的获取每个控制动作对飞行器姿态、环境的影响，对飞行试验结果完成更精确的分析，要求飞行器上各关键设备间时间精度更高。另外，飞行器计算机、卫星接收机、惯组中均包括DSP，且DSP中飞行器5ms计时中断优先级要高于时统中断，如果在时统中断到达时DSP软件在做计算处理，也只能在DSP完成计算处理工作后响应时统中断，如此会带来各设备响应时统中断的不确定性，影响控制系统的时间精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种控制系统的时间对齐方法及系统，所述时统输出设备用于同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；所述卫星接收机根据预定时间间隔向所述飞行器计算机和惯组发送对时信息，所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；根据所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差，对飞行器计算机的计时时间、惯组的计时时间进行选择性修正，以保证系统时间的有效性和准确性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种控制系统的时间对齐系统，包括时统输出设备、飞行器计算机、卫星接收机、惯组；

所述时统输出设备用于同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；所述输出时统信号时刻为0时刻；

所述卫星接收机根据预定时间间隔向所述飞行器计算机和惯组发送对时信息，所述对时信息包括卫星对时脉冲时沿、卫星授时信息、授时信息有效性信息；所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；

当所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差均小于等于0.5ms时，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正，所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于0.5ms且小于等于10ms时，则相应的将所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间；所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于10ms时，则在飞行器计算机、卫星接收机、惯组中选出某一设备，该设备的计时时间与其他两个设备的计时时间相差均超过10ms；如果该选出设备不为卫星接收机，则该选出设备的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间，同时飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，使卫星接收机每1s发送对时信息；如果该选出设备为卫星接收机，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正。

上述控制系统的时间对齐系统，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组收到所述时统输出设备输出的时统信号后均先进行光耦采样，然后均对光耦采样结果进行2ms信号判宽，剔除时统输出设备输出的干扰信号及假信号。

上述控制系统的时间对齐系统，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内用于接收时统信号的光耦为同一型号且光耦性能参数相同。

上述控制系统的时间对齐系统，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组均采用FPGA对光耦采样结果进行2ms信号判宽。

上述控制系统的时间对齐系统，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内均包括DSP，所有DSP中均设有飞行器5ms计时中断，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组中任一设备的FPGA判断所述时统输出设备输出的时统信号有效后，将相应设备的DSP中飞行器5ms计时中断的计时器清零，同时将相应设备的计时时间清零。

上述控制系统的时间对齐系统，所述预定时间间隔大于等于50s且小于等于200s。

上述控制系统的时间对齐系统，所述卫星对时脉冲时沿为卫星对时脉冲上升沿或卫星对时脉冲下降沿。

上述控制系统的时间对齐系统，所述授时信息有效性信息为定位状态。

一种控制系统的时间对齐方法，包括如下步骤：

S1、在0时刻，时统输出设备同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；

S2、在预定时间间隔时刻，卫星接收机向飞行器计算机和惯组发送对时信息，所述对时信息包括卫星对时脉冲时沿、卫星授时信息、授时信息有效性信息；所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；

当所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差均小于等于0.5ms时，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正，所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于0.5ms且小于等于10ms时，则相应的将所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间；所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于10ms时，则在飞行器计算机、卫星接收机、惯组中选出某一设备，该设备的计时时间与其他两个设备的计时时间相差均超过10ms；如果该选出设备不为卫星接收机，则该选出设备的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间，同时飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，使卫星接收机每1s发送对时信息；如果该选出设备为卫星接收机，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正。

上述控制系统的时间对齐方法，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组收到所述时统输出设备输出的时统信号后均采用FPGA进行光耦采样，然后均对光耦采样结果进行2ms信号判宽，剔除时统输出设备输出的干扰信号及假信号；

所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内均包括DSP，所有DSP中均设有飞行器5ms计时中断，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组中任一设备的FPGA判断所述时统输出设备输出的时统信号有效后，将相应设备的DSP中飞行器5ms计时中断的计时器清零，同时将相应设备的计时时间清零。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明通过归一化飞行器上各计时设备对时统信号软硬件的处理方法，在避免计时系统误触发的同时也提高了系统的时间零点对齐精度；

(2)本发明提出的对时方法，解决了飞行器上计时精度完全依赖于计时设备晶振稳定度的问题，通过该方法提高了飞行器上计时设备的计时精度，且该方法在不大于1个计时设备计时数据出现较大偏差时具有纠错能力，提供了一套具有容错机制的时间修正方法。

附图说明

图1为实施例3控制系统计时设备间时间信息传输关系图；

图2为实施例3控制系统时统信号硬件处理过程示意图；

图3为实施例3中DSP时统处理过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

实施例1：

一种控制系统的时间对齐系统，包括时统输出设备、飞行器计算机、卫星接收机、惯组；

所述时统输出设备用于同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；所述输出时统信号时刻为0时刻；所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组收到所述时统输出设备输出的时统信号后均先进行光耦采样，然后均采用FPGA对光耦采样结果进行2ms信号判宽，剔除时统输出设备输出的干扰信号及假信号。所述光耦为同一型号且光耦性能参数相同。

所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内均包括DSP，所有DSP中均设有飞行器5ms计时中断，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组中任一设备的FPGA判断所述时统输出设备输出的时统信号有效后，将相应设备的DSP中飞行器5ms计时中断的计时器清零，同时将相应设备的计时时间清零。

所述卫星接收机根据预定时间间隔向所述飞行器计算机和惯组发送对时信息，预定时间间隔大于等于50s且小于等于200s。所述对时信息包括卫星对时脉冲时沿、卫星授时信息、授时信息有效性信息；所述卫星对时脉冲时沿为卫星对时脉冲上升沿或卫星对时脉冲下降沿；所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，所述授时信息有效性信息为定位状态(如果定位状态正常，则判断卫星授时信息有效)，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；

当所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差均小于等于0.5ms时，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正，所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于0.5ms且小于等于10ms时，则相应的将所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间；所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于10ms时，则在飞行器计算机、卫星接收机、惯组中选出某一设备，该设备的计时时间与其他两个设备的计时时间相差均超过10ms；如果该选出设备不为卫星接收机，则该选出设备的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间，同时飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，使卫星接收机每1s发送对时信息；如果该选出设备为卫星接收机，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正。

实施例2：

一种控制系统的时间对齐方法，包括如下步骤：

S1、在0时刻，时统输出设备同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组收到所述时统输出设备输出的时统信号后均先进行光耦采样，然后均采用FPGA对光耦采样结果进行2ms信号判宽，剔除时统输出设备输出的干扰信号及假信号；所述光耦为同一型号且光耦性能参数相同；所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内均包括DSP，所有DSP中均设有飞行器5ms计时中断，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组中任一设备的FPGA判断所述时统输出设备输出的时统信号有效后，将相应设备的DSP中飞行器5ms计时中断的计时器清零，同时将相应设备的计时时间清零。

S2、在预定时间间隔时刻，卫星接收机向飞行器计算机和惯组发送对时信息，所述对时信息包括卫星对时脉冲时沿、卫星授时信息、授时信息有效性信息；所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；

当所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差均小于等于0.5ms时，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正，所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于0.5ms且小于等于10ms时，则相应的将所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间；所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间，与，所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于10ms时，则在飞行器计算机、卫星接收机、惯组中选出某一设备，该设备的计时时间与其他两个设备的计时时间相差均超过10ms；如果该选出设备不为卫星接收机，则该选出设备的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间，同时飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，使卫星接收机每1s发送对时信息；如果该选出设备为卫星接收机，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正。

实施例3：

如图1所示，本发明实施例2对时系统包括时统输出设备(输出飞行器上时统信号)与飞行器上计时设备，飞行器上计时设备包括飞行器计算机(完成飞行控制计算及指令调度)、卫星接收机(接收卫星授时信息)、惯组(敏感飞行状态及姿态信息)。

飞行器上硬件时统对齐过程如图2所示，时统输出设备通过触点并串联输出时统信号，同时分发给飞行器上计时设备。各设备收到时统信号后先进行光耦采样，采样结果通过FPGA进行2ms信号判宽，如此可有效对干扰信号及假信号完成去除，防止时统信号误触发。在判定时统信号确实有效后，触发时统中断。为保证飞行器上各设备对时统信号的处理一致以获取更为精确的计时时间，本实施例要求飞行器上各设备采用同型号，参数一致的光耦电路进行时统信号采集。

飞行器上计时设备内均包括DSP，其时统处理过程如图3所示，由于在DSP中5ms计时中断优先级要高于时统中断，且如果在时统中断到达时DSP软件在做计算处理，也只能在DSP完成计算处理工作后响应时统中断，如此会带来各设备响应时统中断的不确定性，为解决该问题。本实施例要求在FPGA完成时统信号判定有效后，将5ms计时中断的计时器清零，即在时统中断有效后重新进行5ms计时中断计时。同时将设备计时时间“清零”，具体过程如图3所示。

卫星接收机在约定时间(例如0时刻及200s)向飞行器计算机与惯组发送对时信息，该信息包含卫星对时脉冲时沿(可约定上升沿或下降沿为对时时刻)、卫星授时信息及授时信息有效性信息(发送信息时处于定位状态则为有效)。

惯组及飞行器计算机收到卫星授时信息后首先对授时信息有效性进行判断，当卫星接收机发送的授时信息有效时，对该时间与0时刻卫星授时信息进行减运算，得到当前飞行器上卫星相对计时时间。

惯组与飞行器计算机用飞行器上卫星授时计时时间与自身计时时间进行比较：

当卫星授时计时时间与自身计时时间相差小于0.5ms时，不对自身计时时间进行修正，保证计时的延续性。飞行器计算机需要将该时间差值进行记录，惯组需要将该时间差值发送飞行器计算机；

当卫星授时计时时间与自身计时时间相差大于0.5ms但小于10ms时，飞行器计算机及惯组将自身计时时间更改为卫星授时计时时间，进行计时修正，同时飞行器计算机将惯组及自身对时结果进行记录；

当卫星授时计时时间与自身计时时间相差大于10ms时，则判定某一计时信息出现故障，由飞行器计算机对飞行器计算机计时结果、卫星计时结果、惯组计时结果进行计时结果正确性的三判二，即某设备计时结果与其他两个设备计时结果相差均超过10ms，则认定该设备计时系统出现故障，如该故障产品不为卫星接收机，则将故障单机的时间进行修正；且由飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，要求卫星接收机将发送对时信息频率由200s加密至1s进行高频对时；如该故障产品为卫星接收机，则各设备不进行计时修正，继续进行计时。

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 (10)

1.一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，包括时统输出设备、飞行器计算机、卫星接收机、惯组；

所述时统输出设备用于同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；所述输出时统信号时刻为0时刻；

所述卫星接收机根据预定时间间隔向所述飞行器计算机和惯组发送对时信息，所述对时信息包括卫星对时脉冲时沿、卫星授时信息、授时信息有效性信息；所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；

当所述飞行器计算机的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差和惯组的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差均小于等于0.5ms时，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正，所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；其中飞行器计算机的计时时间差为飞行器计算机的计时时间与飞行器上卫星相对计时时间的时间差，惯组的计时时间差为惯组的计时时间与飞行器上卫星相对计时时间的时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差或惯组的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于0.5ms且小于等于10ms时，则相应的将所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间；所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差或惯组的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于10ms时，则在飞行器计算机、卫星接收机、惯组中选出某一设备，该设备的计时时间与其他两个设备的计时时间相差均超过10ms；如果该选出设备不为卫星接收机，则该选出设备的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间，同时飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，使卫星接收机每1s发送对时信息；如果该选出设备为卫星接收机，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正。

2.根据权利要求1所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组收到所述时统输出设备输出的时统信号后均先进行光耦采样，然后均对光耦采样结果进行2ms信号判宽，剔除时统输出设备输出的干扰信号及假信号。

3.根据权利要求2所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内用于接收时统信号的光耦为同一型号且光耦性能参数相同。

4.根据权利要求2所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组均采用FPGA对光耦采样结果进行2ms信号判宽。

5.根据权利要求4所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内均包括DSP，所有DSP中均设有飞行器5ms计时中断，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组中任一设备的FPGA判断所述时统输出设备输出的时统信号有效后，将相应设备的DSP中飞行器5ms计时中断的计时器清零，同时将相应设备的计时时间清零。

6.根据权利要求1所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述预定时间间隔大于等于50s且小于等于200s。

7.根据权利要求1所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述卫星对时脉冲时沿为卫星对时脉冲上升沿或卫星对时脉冲下降沿。

8.根据权利要求1所述的一种控制系统的时间对齐系统，其特征在于，所述授时信息有效性信息为定位状态。

9.一种控制系统的时间对齐方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在0时刻，时统输出设备同时向飞行器计算机、卫星接收机、惯组输出时统信号；

S2、在预定时间间隔时刻，卫星接收机向飞行器计算机和惯组发送对时信息，所述对时信息包括卫星对时脉冲时沿、卫星授时信息、授时信息有效性信息；所述飞行器计算机和惯组均根据所述授时信息有效性信息判断卫星授时信息是否有效，如果卫星授时信息有效，所述飞行器计算机和惯组均根据当前时刻卫星授时信息和0时刻卫星授时信息计算飞行器上卫星相对计时时间；

当所述飞行器计算机的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差和惯组的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差均小于等于0.5ms时，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正，所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；其中飞行器计算机的计时时间差为飞行器计算机的计时时间与飞行器上卫星相对计时时间的时间差，惯组的计时时间差为惯组的计时时间与飞行器上卫星相对计时时间的时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差或惯组的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于0.5ms且小于等于10ms时，则相应的将所述飞行器计算机的计时时间或惯组的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间；所述飞行器计算机同时记录飞行器计算机的计时时间差和惯组的计时时间差；

当所述飞行器计算机的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差或惯组的计时时间与所述飞行器上卫星相对计时时间相差大于10ms时，则在飞行器计算机、卫星接收机、惯组中选出某一设备，该设备的计时时间与其他两个设备的计时时间相差均超过10ms；如果该选出设备不为卫星接收机，则该选出设备的计时时间修正为飞行器上卫星相对计时时间，同时飞行器计算机向卫星接收机发送对时控制指令，使卫星接收机每1s发送对时信息；如果该选出设备为卫星接收机，所述飞行器计算机的计时时间和惯组的计时时间均不修正。

10.根据权利要求9所述的一种控制系统的时间对齐方法，其特征在于，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组收到所述时统输出设备输出的时统信号后均采用FPGA进行光耦采样，然后均对光耦采样结果进行2ms信号判宽，剔除时统输出设备输出的干扰信号及假信号；

所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组内均包括DSP，所有DSP中均设有飞行器5ms计时中断，所述飞行器计算机、卫星接收机、惯组中任一设备的FPGA判断所述时统输出设备输出的时统信号有效后，将相应设备的DSP中飞行器5ms计时中断的计时器清零，同时将相应设备的计时时间清零。

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