CN111308512A - 一种导航卫星时频完好性自主监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种导航卫星时频完好性自主监测系统及方法，包括高稳晶振，主钟10MHz鉴相模块，备钟10MHz鉴相模块，10.23MHz鉴相模块，以及健康判决及处理单元。通过主钟10MHz鉴相模块及备钟10MHz鉴相模块根据高稳晶振生成的信号，进行主钟及备钟产生的10MHz信号进行监测，通过10.23MHz鉴相模块根据备钟产生的10MHz信号，对基频处理机产生的10.23MHz信号进行监测，最终通过健康判决及处理单元根据所述主钟10MHz鉴相模块，所述备钟10MHz鉴相模块以及所述10.23MHz鉴相模块的监测结果，进行故障定位。
Description
技术领域
本发明涉及导航卫星技术领域，特别涉及一种导航卫星时频完好性自主监测系统及方法。
背景技术
导航卫星是一种用于提供无线导航信号和导航信息的人造卫星，其为用户提供导航、定位及授时服务。导航卫星系统的定位精度高，服务范围广，可提供全天时、全天候、连续的导航定位服务，已成为时空定位领域的国家重大基础设施，是大国地位和战略利益重要支撑。
载荷分系统是导航卫星提供导航服务的主载荷，其接收地面运控上注的导航信息，并将导航信息调制到下行导航信号发送至地面，供地面用户进行定位解算，该过程中所需的时频基准及信号由时频子系统提供。一旦时频子系统出现故障，将直接影响导航卫星的可用性及连续性。因此，必须对导航卫星的时频完好性进行监测，以保证基导航卫星的高可靠性及高连续性。
传统的对时频完好性的判断通常基于地面的遥测进行，但是受限于遥测通道容量遥测数据有限，很多故障无法直接确定故障单机，而且判断故障所需时间长，这就使得故障恢复时间长，进而影响导航卫星的可用性及连续性。目前也有部分研究提供了一些卫星自主完好性的监测方案，但这些方案无法实现全系统监测和系统内的单机级定位。
发明内容
针对导航卫星高可用性、高连续性的要求，本发明提供一种导航卫星时频完好性自主监测系统及方法，以实现时频子系统的故障逐级定位。
本发明提供一种导航卫星时频完好性自主监测系统，包括：
时频监测单元，用于监测时频完好性，包括：
高稳晶振，用于给主备钟10MHz鉴相模块及备钟10MHz鉴相模块产生基准信号；
主钟10MHz鉴相模块，用于根据所述基准信号，对所述主钟产生的10MHz信号进行监测；
备钟10MHz鉴相模块，用于根据所述基准信号，对所述备钟产生的10MHz信号进行监测；以及
10.23MHz鉴相模块，用于根据备钟产生的10MHz信号，对基频处理机产生的10.23MHz信号进行监测；以及
健康判决及处理单元，用于进行故障定位。
本发明还提供的一种导航卫星时频完好性自主监测方法，包括：
监测时频信号，包括：
监测主钟产生的10MHz信号是否超过监测门限；
监测备钟产生的10MHz信号是否超过监测门限；以及
监测基频处理机产生的10.23MHz信号是否超过监测门限；以及
根据所述时频信号的监测结果，进行故障定位。
进一步地，所述主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号以高稳晶振产生的基准信号为参考，采用鉴相技术进行监测。
进一步地，所述基频处理机产生的10.23MHz信号以备钟产生的10MHz信号为参考，采用鉴相技术进行监测。
进一步地，所述出故障的单元的判断包括：
若主钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均超过监测门限，同时，备钟产生的10MHz信号正常，则表明主钟出现异常；
若备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均超过监测门限，同时，主钟产生的10MHz信号正常，则表明备钟出现异常；
若基频处理机产生的10.23MHz信号超过监测门限，同时，主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号均正常，则表明基频处理机出现异常；
若主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号均超过监测门限，同时，基频处理机产生的10.23MHz信号正常，则表明高稳晶振异常；以及
若主钟产生的10MHz信号、备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均正常，则表明时频子系统的主钟、备钟、基频处理机和高稳晶振均正常，此时，若卫星的上注接收子系统、信息处理子系统均工作异常，则表明频率合成器输出的频率有异常。
本发明还提供一种导航卫星，所述导航卫星具有所述导航卫星时频完好性自主监测系统。
本发明提供的一种导航卫星时频完好性自主监测系统及方法，应用于导航卫星上，对导航卫星时频子系统的完好性进行自主监测，可以实现全系统自主监测、故障逐级定位。本发明提供的系统及方法克服了传统的基于地面遥测的故障定位难、处理时间长的问题，具有自主告警、告警时延小等优点。同时，相对于传统的卫星时频完好性监测，本发明提供的系统及方法可实现时频子系统的全系统监测，不留单点和死角，其通过冗余对比的方法，实现了单机级的定位以及时频子系统内部的故障逐级定位，方便后续的故障恢复，减少了故障恢复时间和对用户的影响，并且可以排除监测单元自身故障所引入的虚警，提高了系统可靠性。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出本发明一个实施例的一种导航卫星时频完好性自主监测系统的结构示意图；
图2示出本发明一个实施例的一种导航卫星的结构示意图；
图3示出本发明一个实施例的一种导航卫星时频完好性自主监测方法流程示意图；以及
图4示出本发明一个实施例的一种导航卫星时频完好性自主监测方法的故障定位示意图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明公开了一种导航卫星时频完好性自主监测系统及方法，以及安装有所述系统的导航卫星，实现了导航卫星时频子系统的全系统自主监测以及故障逐级定位。下面结合实施例附图，进一步地描述该系统及方法。
图1示出本发明一个实施例的一种导航卫星时频完好性自主监测系统的结构示意图。如图1所示，一种导航卫星时频完好性自主监测系统，包括时频监测单元231以及健康判决与处理单元232：
所述时频监测单元231用于监测时频子系统产生的信号，所述时频监测单元231包括高稳晶振101，主钟10MHz鉴相模块102，晶振备钟10MHz鉴相模块103以及10.32MHz鉴相模块104：
所述高稳晶振101用于产生所述主钟10MHz鉴相模块102以及备钟10MHz鉴相模块103所需的10MHz基准信号；
所述主钟10MHz鉴相模块102接收主钟产生的10MHz信号以及所述基准信号，并以所述基准信号为参考，通过鉴相技术对所述主钟产生的10MHz信号进行监测；
所述备钟10MHz鉴相模块103接收备钟产生的10MHz信号以及所述基准信号，并以所述基准信号为参考，通过鉴相技术对所述备钟产生的10MHz信号进行监测；以及
所述10.23MHz鉴相模块104接收备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号，并以所述备钟产生的10MHz信号为参考，通过鉴相技术对所述基频处理机产生的10.23MHz信号进行监测；以及
所述健康判决及处理单元232用于基于所述主钟10MHz鉴相模块102，所述备钟10MHz鉴相模块103以及所述10.23MHz鉴相模块104的监测结果，对时频子系统的故障进行定位。
图2示出本发明一个实施例的一种导航卫星的结构示意图。如图2所示，所述导航卫星包括卫星平台201，载荷分系统202以及自主健康管理器203，其中：
所述载荷分系统202包括：
时频子系统221，包括：
主钟2211，用于产生10MHz时频信号；
备钟2212，用于产生10MHz时频信号，所述导航卫星运行时，主备钟同时开机，所述备钟2212进行热备份，当所述主钟2211工作异常时，将时频系统快速无缝切换到所述备钟2212；
基频处理机2213，以所述主钟2211产生的10MHz信号为基准产生10.23MHz时频信号，并将所述10.23MHz信号及所述主钟2211产生的10MHz信号进行放大，并输出给频率合成器2214；以及
频率合成器2214，用于以基频处理机2213输出的10.23MHz和10MHz时频信号为基准信号进行频率合成，得到上注接收处理机2221、信息处理机2231、完好性监测接收机2232以及自主健康管理器203等单机所需的频率；
上注接收子系统222，包括上注接收处理机2221及上注接收机天线2222；
信息处理子系统223，包括信息处理机2231以及完好性监测接收机2232；以及
大功率子系统224，包括三工合路器2241、RNSS天线阵2242、主份发射链路2243以及备份发射链路2244，所述三工合路器2241通过所述主份发射链路2243或者所述备份发射链路2244接收所述信息处理机2231发出的射频信号，并对所述射频信号进行处理后发送给所述RNSS天线阵2242；以及
所述自主健康管理器203用于接收所述载荷分系统202的各子系统的射频信号与数据，并对所述导航卫星的健康状态进行自主监测及处理。所述自主健康管理器203包括时频监测单元231，综合监测单元233以及健康判决和处理单元232。
图3示出本发明一个实施例的一种导航卫星时频完好性自主监测方法流程示意图。如图3所示，一种导航卫星时频完好性自主监测方法，包括：
步骤301，监测时频信号，包括：
监测主钟产生的10MHz信号是否超过监测门限，在本发明的一个实施例中，所述主钟产生的10MHz信号的监测，是通过主钟10MHz鉴相模块，以高稳晶振产生的基准信号为参考，采用鉴相技术实现的；
监测备钟产生的10MHz信号是否超过监测门限，在本发明的一个实施例中，所述备钟产生的10MHz信号的监测，是通过备钟10MHz鉴相模块，以高稳晶振产生的基准信号为参考，采用鉴相技术实现的；以及
监测基频处理机产生的10.23MHz信号是否超过监测门限，在本发明的一个实施例中，所述基频处理机产生的10.23MHz信号的监测，是通过10.23MHz鉴相模块，以备钟产生的10MHz信号为参考，采用鉴相技术实现的；以及
步骤302，故障定位，健康判决与处理单元根据所述时频信号的监测结果，确定时频子系统中发生故障的单元。图4示出本发明一个实施例的一种导航卫星时频完好性自主监测方法的故障定位示意图。如图4所示，所述故障定位包括：
若主钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均超过监测门限，同时，备钟产生的10MHz信号正常，则表明主钟出现异常；
若备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均超过监测门限，同时，主钟产生的10MHz信号正常，则表明备钟出现异常；
若基频处理机产生的10.23MHz信号超过监测门限，同时，主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号均正常，则表明基频处理机出现异常；
若主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号均超过监测门限，同时，基频处理机产生的10.23MHz信号正常，则表明高稳晶振出现异常；以及
若主钟产生的10MHz信号、备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均正常，则表明时频子系统的主钟、备钟、基频处理机和高稳晶振均正常，此时，若卫星的上注接收子系统、信息处理子系统均工作异常，则表明频率合成器异常。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
Claims (6)
1.一种导航卫星时频完好性自主监测系统，其特征在于，包括：
高稳晶振，其被配置为产生主钟10MHz鉴相模块及备钟10MHz鉴相模块所需的10MHz基准信号；
主钟10MHz鉴相模块，其被配置为根据所述10MHz基准信号，对主钟产生的10MHz信号进行监测；
备钟10MHz鉴相模块，其被配置为根据所述10MHz基准信号，对备钟产生的10MHz信号进行监测；
10.23MHz鉴相模块，其被配置为根据备钟产生的10MHz信号，对基频处理机产生的10.23MHz信号进行监测；以及
健康判决及处理单元，其被配置为根据所述主钟10MHz鉴相模块、所述备钟10MHz鉴相模块以及所述10.23MHz鉴相模块的监测结果，进行故障定位。
2.一种导航卫星，包括卫星平台，载荷分系统以及自主健康管理器，其特征在于，所述自主健康管理器包括如权利要求1所述的时频完好性自主监测系统。
3.一种用于运行根据权利要求1所述的系统的方法，其特征在于，包括步骤：
监测时频信号，包括：
由主钟10MHz鉴相模块监测主钟产生的10MHz信号是否超过监测门限；
由备钟10MHz鉴相模块监测备钟产生的10MHz信号是否超过监测门限；以及
由10.23MHz鉴相模块监测基频处理机产生的10.23MHz信号是否超过监测门限；以及
由健康判决及处理单元根据所述时频信号的监测结果，判断出故障的单元，包括：
若主钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均超过监测门限，同时，备钟产生的10MHz信号正常，则表明主钟出现异常；
若备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均超过监测门限，同时，主钟产生的10MHz信号正常，则表明备钟出现异常；
若基频处理机产生的10.23MHz信号超过监测门限，同时，主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号均正常，则表明基频处理机出现异常；
若主钟产生的10MHz信号以及备钟产生的10MHz信号均超过监测门限，同时，基频处理机产生的10.23MHz信号正常，则表明高稳晶振异常；以及
若主钟产生的10MHz信号、备钟产生的10MHz信号以及基频处理机产生的10.23MHz信号均正常，则表明时频子系统的主钟、备钟、基频处理机和高稳晶振均正常，此时，若卫星的上注接收子系统、信息处理子系统均工作异常，则表明频率合成器输出的频率有异常。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主钟产生的10MHz信号的监测，是通过主钟10MHz鉴相模块以高稳晶振产生的基准信号为参考采用鉴相技术实现的。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述备钟产生的10MHz信号的监测，是通过备钟10MHz鉴相模块以高稳晶振产生的基准信号为参考采用鉴相技术实现的。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基频处理机产生的10.23MHz信号的监测，是通过10.23MHz鉴相模块以备钟产生的10MHz信号为参考采用鉴相技术实现的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20211214 |