CN111625327B - 一种自动化星上时间管理系统 - Google Patents

Abstract

一种自动化星上时间管理系统，属于星上时间管理领域。解决了传统的星上时间管理系统对CPU的依赖程度高，导致其会出现较大的守时误差，致使可靠性和精度自动化程度低的问题。本发明包括四种运行模式，分别为通用时间管理模式、指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式和导航自主校时模块，在前三种管理模式中还可同时进行地面授时和地面集中校时操作；四种运行模间可进行相应切换。本发明主要用于对星上时间进行校准。

Description

一种自动化星上时间管理系统

技术领域

本发明属于星上时间管理领域。

背景技术

星上时间管理系统是各种卫星的重要组成部分，其可以完成星上时间的产生、维护和发布等任务。星上时间作为程控命令执行、姿轨控系统控制以及载荷系统运行的必要元素，其精确度和可靠性关系到卫星的执行任务的效率和成败，因此，星上时间管理系统的精度和可靠性都非常重要。

目前一类常用的传统星上时间管理系统使用外部RTC(Real Time Clock)芯片和CPU实现，RTC外部芯片负责生产秒中断而CPU负责秒计数，星时由CPU中的秒计数值和RTC芯片中的毫秒和微秒计数器生成，该种设计方式一方面由于CPU顺序处理存在计数误差另一方面容易产生星时读取错误，其可靠性和精度都有待进一步提高。另一种常用的传统星上时间管理系统使用CPU和FPGA实现，该种设计方式在FPGA中实现部分校时模块，例如地面校时和集中校时等，其它校时模式仍由CPU完成。该种设计方式一方面仍存在较大的校时误差，另一方面其校时过程仍依赖CPU导致其自动化程度不高。例如其均匀校时过程首先需要地面接收遥测数据读取时间管理系统误差，根据误差地面计算出配置校正参数后，通过遥控通道上传至时间管理系统，时间管理系统接收到指令后根据配置参数对星上时间进行校正。因此，可以看出该类时间管理系统虽然采用FPGA实现了时间管理系统的部分功能，节省了部分CPU资源，但是其自动化程度仍然不高。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决传统的星上时间管理系统对CPU的依赖程度高，导致其会出现较大的守时误差，致使可靠性和精度及自动化程度低的问题，本发明提供了一种自动化星上时间管理系统。

一种自动化星上时间管理系统，星上时间管理系统是基于FPGA实现的，星上时间管理系统的功能包括四种运行模式和两类操作模式；其中，

四种运行模式别为通用时间管理模式、指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式和导航自主校时模式，且四种运行模式之间可相互切换；

两类操作模式分别为地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式；

通用时间管理模式的应用情况包括：整星上电后，星上时间管理系统首先进入通用时间管理模式，在该通用时间管理模式下，星上时间管理系统的时间源由星载计算机的温补晶振产生，实现星上时间管理系统的自守时；

指令均匀校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据地面均匀校时指令的内容，以固定的时间间隔调整星上时间管理系统的时间；

秒脉冲均匀校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统以外部输入的秒脉冲信号为计时信号，测量星载计算机的温补晶振的实际频率，进而计算出均匀校时参数，从而实现对星上时间管理系统的均匀校时；所述外部输入的秒脉冲信号为导航接收机的硬件秒脉冲信号；

导航自主校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统以外部输入的秒脉冲信号为计时信号，且以整秒为单位来调整星上时间管理系统当前毫秒时间；

地面授时指令操作模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据接收的地面授时指令，对星上时间管理系统中的所有时间量级进行更新；

地面集中校时指令操作模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据接收的地面集中校时指令，对星上时间管理系统中的相应时间量级行更新。

优选的是，在通用时间管理模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式，还可通过相应的外部指令切换至指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式或导航自主校时模式。

优选的是，在指令均匀校时模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式、地面集中校时指令操作模式，还可通过相应的外部指令切换至通用时间管理模式、秒脉冲均匀校时模式或导航自主校时模式。

优选的是，在秒脉冲均匀校时模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式，还可以通过外部指令切换至通用时间管理模式、指令均匀校时模式和导航自主校时模式。

优选的是，在导航自主校时模式下，星上时间管理系统只可通过相应的外部指令切换至通用时间管理模式、指令均匀校时模式或秒脉冲均匀校时模式。

优选的是，FPGA包括配置管理模块、秒脉冲检错模块、计时模块、自主校时模块和EBI接口模块；其中，计时模块包括秒计数器、毫秒计数器、微秒计数器和纳秒计数器；

当星上时间管理系统运行在导航自主校时模式下时，导航自主校时模式的工作过程包括：

配置管理模块通过EBI接口模块接收导航自主校时指令，并根据接收的导航自主校时指令，获取外部输入的秒脉冲信号，并将该秒脉冲信号发送至秒脉冲检错模块，秒脉冲检错模块对接收的秒脉冲信号进行校验；

当秒脉冲信号校验成功时，秒脉冲检错模块向配置管理模块发送校验成功指令，配置管理模块根据接收到的校验成功指令，向自主校时模块发送自主校时控制指令，自主校时模块根据接收的自主校时控制指令读取计时模块中毫秒计数器里的时间信息，自主校时模块根据读取的时间信息和接收的自主校时控制指令，向计时模块发送控制指令，计时模块根据接收的控制信号进行计时；

秒脉冲检错模块还向计时模块发送秒脉冲信号，计时模块以接收的秒脉冲信号作为计时信号开始计时；

当秒脉冲信号校验失败时，秒脉冲冲检错模块向配置管理模块发送校验失败指令，配置管理模块根据接收到的校验失败指令，生成相应的中断信号发送至CPU。

优选的是，星上时间管理系统还包括指令均匀校时模块；

当星上时间管理系统运行在指令均匀校时模式下时，指令均匀校时模式的工作过程包括：

配置管理模块通过EBI接口模块接收地面均匀校时指令，并根据接收的地面均匀校时指令向指令均匀校时模块发送指令信号，指令均匀校时模块根据接收的指令信号读取计时模块中相应计数器里的时间信息，并以固定的时间间隔向计时模块发送相应的控制信号，计时模块根据接收的控制信号进行计时。

优选的是，星上时间管理系统还包括均匀校时参数计算模块；

当星上时间管理系统运行在秒脉冲均匀校时模式下时，秒脉冲均匀校时模式的工作过程包括：

配置管理模块通过EBI接口模块接收秒脉冲均匀校时指令，并根据接收的秒脉冲均匀校时指令，获取外部输入的秒脉冲信号，并将该秒脉冲信号发送至均匀校时参数计算模块，均匀校时参数计算模块以接收的秒脉冲信号作为计时信号，测量星载计算机温补晶振的实际频率，进而获得星载计算机温补晶振的实际误差，并将获得的星载计算机温补晶振的实际误差发送至指令均匀校时模块；

同时，配置管理模块还根据接收的秒脉冲均匀校时指令，给指令均匀校时模块发送指令信号，指令均匀校时模块根据接收的指令信号读取计时模块中相应计数器里的时间信息；

指令均匀校时模块根据接收的星载计算机温补晶振的实际误差和读取到的计时模块中相应计数器里的时间信息获得相应的均匀校时参数，并根据相应的均匀校时参数设置相应的误差纠偏指令至计时模块，计时模块根据接收的误差纠偏指令进行纠偏后继续计时。

优选的是，星上时间管理系统还包括地面授时模块；

所述地面授时指令操作模式的工作过程包括：配置管理模块通过EBI接口模块接收地面授时指令，并将接收到的地面授时指令向地面授时模块发出地面授时控制指令，地面授时模块根据接收到的地面授时控制指令对计时模块中所有计数器进行授时。

优选的是，星上时间管理系统还包括地面集中校时模块；

所述地面集中校时指令操作模式的工作过程包括：配置管理模块通过EBI接口模块接收地面集中校时指令，并将接收到的地面集中校时指令向地面集中校时模块发出地面集中校时控制指令，地面集中校时模块根据接收到的地面集中校时控制指令对计时模块中的相应计数器进行校时。

优选的是，星上时间管理系统还包括寄存器校验模块；

寄存器校验模块，用于接收配置管理模块发出的寄存器检验使能信号；还用于实时读取计时模块中秒计数器里的时间信息，并生成校验码，该生成的校验码与寄存器校验模块内部预设的校验码匹配，当匹配结果不同时，寄存器校验模块向配置管理模块发送错误标志信号，配置管理模块根据接收的错误标志信号向CPU发送相应中断信号。

本发明的优点：时间管理系统采用FPGA实现，FPGA内部实现了时间管理系统的所有守时及校时功能，整个守校时过程只需CPU配置相应参数，实现了时间管理系统的高度自动化操作，有效的降低了传统时间管理系统中存在的校时误差，避免了由于校时误差导致的了时间管理系统可靠性和精度低的问题。

本发明所述一种自动化星上时间管理系统设置有四种运行模式，分别为通用时间管理模式、指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式和导航自主校时模块，在前三种管理模式中还可同时进行地面授时和地面集中校时操作；设置的多种运行模式，可以在各种工况下保证该时间管理系统的精度，使该时间管理系统可以满足不同型号任务的要求。

本发明提出一种基于CPU+FPGA星载计算机架构的星上时间管理系统，该系统采用FPGA实现时间管理系统的守时和自动化校时功能，CPU仅仅完成时间管理系统的通信和配置功能，本发明消除了传统星上时间管理系统对CPU的依赖，本发明消除了传统的星上时间管理系统对CPU的依赖程度高，出现的较大守时误差，本发明实现了高精度、高可靠性和高自动化的星上时间管理。所述的CPU为星载计算机的CPU。

本发明所述一种自动化星上时间管理系统内部采用了冗余、校验和实时监测等多种设计方式，提高了星上时间管理系统在恶劣空间环境下的可靠性。

本发明星上时间管理系统实现了高精度、高可靠和高自动化的守时校时，适用于多种卫星平台时间管理的需求，此系统可推动了星上时间管理系统的进一步发展。

附图说明

图1是本发明所述一种自动化星上时间管理系统在各模式下的状态转换图；

图2是本发明所述一种自动化星上时间管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种自动化星上时间管理系统，星上时间管理系统是基于FPGA实现的，星上时间管理系统的功能包括四种运行模式和两类操作模式；其中，

四种运行模式别为通用时间管理模式、指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式和导航自主校时模式，且四种运行模式之间可相互切换；

两类操作模式分别为地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式；

通用时间管理模式的应用情况包括：整星上电后，星上时间管理系统首先进入通用时间管理模式，在该通用时间管理模式下，星上时间管理系统的时间源由星载计算机的温补晶振产生，实现星上时间管理系统的自守时；

指令均匀校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据地面均匀校时指令的内容，以固定的时间间隔调整星上时间管理系统的时间；

秒脉冲均匀校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统以外部输入的秒脉冲信号为计时信号，测量星载计算机的温补晶振的实际频率，进而计算出均匀校时参数，从而实现对星上时间管理系统的均匀校时；所述外部输入的秒脉冲信号为导航接收机的硬件秒脉冲信号；

导航自主校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统以外部输入的秒脉冲信号为计时信号，且以整秒为单位来调整星上时间管理系统当前毫秒时间；

地面授时指令操作模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据接收的地面授时指令，对星上时间管理系统中的所有时间量级进行更新；

地面集中校时指令操作模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据接收的地面集中校时指令，对星上时间管理系统中的相应时间量级行更新。

本实施方式中提出一种基于CPU+FPGA星载计算机架构的星上时间管理系统，该星上时间管理系统采用FPGA实现了时间管理系统的守时和自动化校时功能，消除了传统的星上时间管理系统对CPU的依赖程度高，出现的较大守时误差，本发明实现了高精度、高可靠性和高自动化的星上时间管理。

本实施方式中所述一种自动化星上时间管理系统设置了多种运行模式，可以在各种工况下保证该时间管理系统的精度，使该时间管理系统可以满足不同型号任务的要求。

本实施方式中所述的星上时间管理系统主要包括如下功能：自守时、基于导航接收机的自主校时、地面指令的均匀校时、输入秒脉冲的均匀校时、地面授时和集中校时等功能。

星上时间管理系统设置有四种运行模式，分别为通用时间管理模式、指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式和导航自主校时模块，在前三种管理模式中还可同时进行地面授时和地面集中校时操作。

具体应用时，在星上自守时精度满足整星平台和载荷要求时，时间管理系统处于通用时间管理模式下，但因为星上时间源本身存在的固有误差，在时间管理系统运行一段时间后会存在一定的累积误差，这时需要使时间管理系统进入均匀校时模式周期性的调整星上时间，此时可根据卫星任务情况配置其进入指令均匀校时模式或秒脉冲均匀校时模式。

当星上时间源失效或需要更高精度星上时间时，可配置时间管理系统进入导航自主校时模式，以高精度的导航接收机的硬件秒脉冲信号(即：外部输入的秒脉冲信号)完成星上时间维护。

具体应用时，星上时间管理系统还可设置定时检测机制，CPU通过定时任务读取时间管理系统的实时状态，当星上时间管理系统出现不可恢复的错误时，可引导FPGA进行局部刷新。

进一步的，具体参见图1，在通用时间管理模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式，还可通过相应的外部指令切换至指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式或导航自主校时模式。

本优选实施方式中，多种运行模式的相互切换，可以在各种工况下保证该时间管理系统的精度，使该时间管理系统可以满足不同型号任务的要求。

更进一步的，具体参见图1和图2，在通用时间管理模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面授时指令时，星上时间管理系统可在通用时间管理模式下同时执行地面授时指令操作模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在通用时间管理模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面集中校时指令时，星上时间管理系统可在通用时间管理模式下同时执行地面集中校时指令操作模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在通用时间管理模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面均匀校时指令时，星上时间管理系统由通用时间管理模式切换至指令均匀校时模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在通用时间管理模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的秒脉冲均匀校时指令时，星上时间管理系统由通用时间管理模式切换至秒脉冲均匀校时模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在通用时间管理模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的导航自主校时指令时，星上时间管理系统由通用时间管理模式切换至导航自主校时模式。

更进一步的，具体参见图1，在指令均匀校时模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式、地面集中校时指令操作模式，还可通过相应的外部指令切换至通用时间管理模式、秒脉冲均匀校时模式或导航自主校时模式。

本优选实施方式中，多种运行模式的相互切换，可以在各种工况下保证该时间管理系统的精度，使该时间管理系统可以满足不同型号任务的要求。

更进一步的，具体参见图1和图2，在指令均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面授时指令时，星上时间管理系统可在指令均匀校时模式下同时执行地面授时指令操作模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在指令均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面集中校时指令时，星上时间管理系统可在在指令均匀校时模式下同时执行地面集中校时指令操作模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在指令均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的通用模式切换指令时，星上时间管理系统由指令均匀校时模式切换至通用时间管理模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在指令均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的秒脉冲均匀校时指令时，星上时间管理系统由指令均匀校时模式切换至秒脉冲均匀校时模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在指令均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的导航自主校时指令时，星上时间管理系统由指令均匀校时模式切换至导航自主校时模式。

更进一步的，具体参见图1，在秒脉冲均匀校时模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式，还可以通过外部指令切换至通用时间管理模式、指令均匀校时模式和导航自主校时模式。

本优选实施方式中，多种运行模式的相互切换，可以在各种工况下保证该时间管理系统的精度，使该时间管理系统可以满足不同型号任务的要求。

更进一步的，具体参见图1和图2，在秒脉冲均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面授时指令时，星上时间管理系统可在秒脉冲均匀校时模式下同时执行地面授时指令操作模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在秒脉冲均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面集中校时指令时，星上时间管理系统可在在秒脉冲均匀校时模式下同时执行地面集中校时指令操作模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在秒脉冲均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的通用模式切换指令时，星上时间管理系统由秒脉冲均匀校时模式切换至通用时间管理模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在秒脉冲均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面均匀校时指令时，星上时间管理系统由秒脉冲均匀校时模式切换至指令均匀校时模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在秒脉冲均匀校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的导航自主校时指令时，星上时间管理系统由秒脉冲均匀校时模式切换至导航自主校时模式。

更进一步的，具体参见图1，在导航自主校时模式下，星上时间管理系统只可通过相应的外部指令切换至通用时间管理模式、指令均匀校时模式或秒脉冲均匀校时模式。

本优选实施方式中，多种运行模式的相互切换，可以在各种工况下保证该时间管理系统的精度，使该时间管理系统可以满足不同型号任务的要求。

更进一步的，具体参见图1和图2，在导航自主校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的通用模式切换指令时，星上时间管理系统由导航自主校时模式切换至通用时间管理模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在导航自主校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的地面均匀校时指令时，星上时间管理系统由导航自主校时模式切换至指令均匀校时模式；

更进一步的，具体参见图1和图2，在导航自主校时模式下，当星上时间管理系统接收到CPU发出的秒脉冲均匀校时指令时，星上时间管理系统由导航自主校时模式切换至秒脉冲均匀校时模式。

更进一步的，具体参见图2，FPGA包括配置管理模块1、秒脉冲检错模块2、计时模块3、自主校时模块4和EBI接口模块5；其中，计时模块3包括秒计数器、毫秒计数器、微秒计数器和纳秒计数器；

当星上时间管理系统运行在导航自主校时模式下时，导航自主校时模式的工作过程包括：

配置管理模块1通过EBI接口模块5接收导航自主校时指令，并根据接收的导航自主校时指令，获取外部输入的秒脉冲信号，并将该秒脉冲信号发送至秒脉冲检错模块2，秒脉冲检错模块2对接收的秒脉冲信号进行校验；

当秒脉冲信号校验成功时，秒脉冲检错模块2向配置管理模块1发送校验成功指令，配置管理模块1根据接收到的校验成功指令，向自主校时模块4发送自主校时控制指令，自主校时模块4根据接收的自主校时控制指令读取计时模块3中毫秒计数器里的时间信息，自主校时模块4根据读取的时间信息和接收的自主校时控制指令，向计时模块3发送控制指令，计时模块3根据接收的控制信号进行计时；

秒脉冲检错模块2还向计时模块3发送秒脉冲信号，计时模块3以接收的秒脉冲信号作为计时信号开始计时；

当秒脉冲信号校验失败时，秒脉冲冲检错模块2向配置管理模块1发送校验失败指令，配置管理模块1根据接收到的校验失败指令，生成相应的中断信号发送至CPU。

本优选实施方式中，具体应用时，在星上时间管理系统运行在导航自主校时模式下，自主校时模块4根据接收的自主校时控制指令读取计时模块3中毫秒计数器里的时间信息，还对计时模块3中的秒、微秒及纳秒计数器进行清零。

具体应用时，计时模块3还可进行三模冗余设计，使星上时间管理系统在具有一定容错能力。

设置的秒冲检错模块2用于检查输入秒脉冲的正确性，以保证导航自主校时的可靠性。

更进一步的，具体参见图2，星上时间管理系统还包括指令均匀校时模块6；

当星上时间管理系统运行在指令均匀校时模式下时，指令均匀校时模式的工作过程包括：

配置管理模块1通过EBI接口模块5接收地面均匀校时指令，并根据接收的地面均匀校时指令向指令均匀校时模块6发送指令信号，指令均匀校时模块6根据接收的指令信号读取计时模块3中相应计数器里的时间信息，并以固定的时间间隔向计时模块3发送相应的控制信号，计时模块3根据接收的控制信号进行计时。

更进一步的，具体参见图2，星上时间管理系统还包括均匀校时参数计算模块7；

当星上时间管理系统运行在秒脉冲均匀校时模式下时，秒脉冲均匀校时模式的工作过程包括：

配置管理模块1通过EBI接口模块5接收秒脉冲均匀校时指令，并根据接收的秒脉冲均匀校时指令，获取外部输入的秒脉冲信号，并将该秒脉冲信号发送至均匀校时参数计算模块7，均匀校时参数计算模块7以接收的秒脉冲信号作为计时信号，测量星载计算机温补晶振的实际频率，进而获得星载计算机温补晶振的实际误差，并将获得的星载计算机温补晶振的实际误差发送至指令均匀校时模块6；

同时，配置管理模块1还根据接收的秒脉冲均匀校时指令，给指令均匀校时模块6发送指令信号，指令均匀校时模块6根据接收的指令信号读取计时模块3中相应计数器里的时间信息；

指令均匀校时模块6根据接收的星载计算机温补晶振的实际误差和读取到的计时模块3中相应计数器里的时间信息获得相应的均匀校时参数，并根据相应的均匀校时参数设置相应的误差纠偏指令至计时模块3，计时模块3根据接收的误差纠偏指令进行纠偏后继续计时。

更进一步的，具体参见图2，星上时间管理系统还包括地面授时模块8；

所述地面授时指令操作模式的工作过程包括：配置管理模块1通过EBI接口模块5接收地面授时指令，并将接收到的地面授时指令向地面授时模块8发出地面授时控制指令，地面授时模块8根据接收到的地面授时控制指令对计时模块3中所有计数器进行授时。

更进一步的，具体参见图2，星上时间管理系统还包括地面集中校时模块9；

所述地面集中校时指令操作模式的工作过程包括：配置管理模块1通过EBI接口模块5接收地面集中校时指令，并将接收到的地面集中校时指令向地面集中校时模块9发出地面集中校时控制指令，地面集中校时模块9根据接收到的地面集中校时控制指令对计时模块3中的相应计数器进行校时。

更进一步的，具体参见图2，星上时间管理系统还包括寄存器校验模块10；

寄存器校验模块10，用于接收配置管理模块1发出的寄存器检验使能信号；还用于实时读取计时模块3中秒计数器里的时间信息，并生成校验码，该生成的校验码与寄存器校验模块10内部预设的校验码匹配，当匹配结果不同时，寄存器校验模块10向配置管理模块1发送错误标志信号，配置管理模块1根据接收的错误标志信号向CPU发送相应中断信号。

本优选实施方式中，设置了寄存器校验模块10，用于检测计时模块3秒计数器可能发生的位翻转。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (11)

1.一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，星上时间管理系统是基于FPGA实现的，星上时间管理系统的功能包括四种运行模式和两类操作模式；其中，

四种运行模式别为通用时间管理模式、指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式和导航自主校时模式，且四种运行模式之间可相互切换；

两类操作模式分别为地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式；

通用时间管理模式的应用情况包括：整星上电后，星上时间管理系统首先进入通用时间管理模式，在该通用时间管理模式下，星上时间管理系统的时间源由星载计算机的温补晶振产生，实现星上时间管理系统的自守时；

指令均匀校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据地面均匀校时指令的内容，以固定的时间间隔调整星上时间管理系统的时间；

秒脉冲均匀校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统以外部输入的秒脉冲信号为计时信号，测量星载计算机的温补晶振的实际频率，进而计算出均匀校时参数，从而实现对星上时间管理系统的均匀校时；所述外部输入的秒脉冲信号为导航接收机的硬件秒脉冲信号；

导航自主校时模式的应用情况包括：星上时间管理系统以外部输入的秒脉冲信号为计时信号，且以整秒为单位来调整星上时间管理系统当前毫秒时间；

地面授时指令操作模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据接收的地面授时指令，对星上时间管理系统中的所有时间量级进行更新；

地面集中校时指令操作模式的应用情况包括：星上时间管理系统根据接收的地面集中校时指令，对星上时间管理系统中的相应时间量级行更新。

2.根据权利要求1所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，在通用时间管理模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式，还可通过相应的外部指令切换至指令均匀校时模式、秒脉冲均匀校时模式或导航自主校时模式。

3.根据权利要求1所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，在指令均匀校时模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式、地面集中校时指令操作模式，还可通过相应的外部指令切换至通用时间管理模式、秒脉冲均匀校时模式或导航自主校时模式。

4.根据权利要求1所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，在秒脉冲均匀校时模式下，星上时间管理系统可执行地面授时指令操作模式和地面集中校时指令操作模式，还可以通过外部指令切换至通用时间管理模式、指令均匀校时模式和导航自主校时模式。

5.根据权利要求1所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，在导航自主校时模式下，星上时间管理系统只可通过相应的外部指令切换至通用时间管理模式、指令均匀校时模式或秒脉冲均匀校时模式。

6.根据权利要求1所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，FPGA包括配置管理模块(1)、秒脉冲检错模块(2)、计时模块(3)、自主校时模块(4)和EBI接口模块(5)；其中，计时模块(3)包括秒计数器、毫秒计数器、微秒计数器和纳秒计数器；

当星上时间管理系统运行在导航自主校时模式下时，导航自主校时模式的工作过程包括：

配置管理模块(1)通过EBI接口模块(5)接收导航自主校时指令，并根据接收的导航自主校时指令，获取外部输入的秒脉冲信号，并将该秒脉冲信号发送至秒脉冲检错模块(2)，秒脉冲检错模块(2)对接收的秒脉冲信号进行校验；

当秒脉冲信号校验成功时，秒脉冲检错模块(2)向配置管理模块(1)发送校验成功指令，配置管理模块(1)根据接收到的校验成功指令，向自主校时模块(4)发送自主校时控制指令，自主校时模块(4)根据接收的自主校时控制指令读取计时模块(3)中毫秒计数器里的时间信息，自主校时模块(4)根据读取的时间信息和接收的自主校时控制指令，向计时模块(3)发送控制指令，计时模块(3)根据接收的控制信号进行计时；

秒脉冲检错模块(2)还向计时模块(3)发送秒脉冲信号，计时模块(3)以接收的秒脉冲信号作为计时信号开始计时；

当秒脉冲信号校验失败时，秒脉冲检错模块(2)向配置管理模块(1)发送校验失败指令，配置管理模块(1)根据接收到的校验失败指令，生成相应的中断信号发送至CPU。

7.根据权利要求6所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，星上时间管理系统还包括指令均匀校时模块(6)；

当星上时间管理系统运行在指令均匀校时模式下时，指令均匀校时模式的工作过程包括：

配置管理模块(1)通过EBI接口模块(5)接收地面均匀校时指令，并根据接收的地面均匀校时指令向指令均匀校时模块(6)发送指令信号，指令均匀校时模块(6)根据接收的指令信号读取计时模块(3)中相应计数器里的时间信息，并以固定的时间间隔向计时模块(3)发送相应的控制信号，计时模块(3)根据接收的控制信号进行计时。

8.根据权利要求7所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，星上时间管理系统还包括均匀校时参数计算模块(7)；

当星上时间管理系统运行在秒脉冲均匀校时模式下时，秒脉冲均匀校时模式的工作过程包括：

配置管理模块(1)通过EBI接口模块(5)接收秒脉冲均匀校时指令，并根据接收的秒脉冲均匀校时指令，获取外部输入的秒脉冲信号，并将该秒脉冲信号发送至均匀校时参数计算模块(7)，均匀校时参数计算模块(7)以接收的秒脉冲信号作为计时信号，测量星载计算机温补晶振的实际频率，进而获得星载计算机温补晶振的实际误差，并将获得的星载计算机温补晶振的实际误差发送至指令均匀校时模块(6)；

同时，配置管理模块(1)还根据接收的秒脉冲均匀校时指令，给指令均匀校时模块(6)发送指令信号，指令均匀校时模块(6)根据接收的指令信号读取计时模块(3)中相应计数器里的时间信息；

指令均匀校时模块(6)根据接收的星载计算机温补晶振的实际误差和读取到的计时模块(3)中相应计数器里的时间信息获得相应的均匀校时参数，并根据相应的均匀校时参数设置相应的误差纠偏指令至计时模块(3)，计时模块(3)根据接收的误差纠偏指令进行纠偏后继续计时。

9.根据权利要求6、7或8所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，星上时间管理系统还包括地面授时模块(8)；

所述地面授时指令操作模式的工作过程包括：配置管理模块(1)通过EBI接口模块(5)接收地面授时指令，并将接收到的地面授时指令向地面授时模块(8)发出地面授时控制指令，地面授时模块(8)根据接收到的地面授时控制指令对计时模块(3)中所有计数器进行授时。

10.根据权利要求6、7或8所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，星上时间管理系统还包括地面集中校时模块(9)；

所述地面集中校时指令操作模式的工作过程包括：配置管理模块(1)通过EBI接口模块(5)接收地面集中校时指令，并将接收到的地面集中校时指令向地面集中校时模块(9)发出地面集中校时控制指令，地面集中校时模块(9)根据接收到的地面集中校时控制指令对计时模块(3)中的相应计数器进行校时。

11.根据权利要求6、7或8所述的一种自动化星上时间管理系统，其特征在于，星上时间管理系统还包括寄存器校验模块(10)；

寄存器校验模块(10)，用于接收配置管理模块(1)发出的寄存器检验使能信号；还用于实时读取计时模块(3)中秒计数器里的时间信息，并生成校验码，该生成的校验码与寄存器校验模块(10)内部预设的校验码匹配，当匹配结果不同时，寄存器校验模块(10)向配置管理模块(1)发送错误标志信号，配置管理模块(1)根据接收的错误标志信号向CPU发送相应中断信号。

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