CN113872717B - 一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，属于航天器数据管理技术领域；航天器时间同步通信系统由星载时间系统、通信链路(例如总线)、通信主控终端，通信远程终端组成。由通信主控终端控制通信系统的具体通信行为，通信远程终端和主控终端的上层用户发出通信请求并提供相关的数据；本发明能够自动发现通信系统与时间系统失序，并自主调整通信帧时隙，在确保数据不丢失的同时，与时间系统完成同步校正。

Description

一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法
技术领域
本发明属于航天器数据管理技术领域，涉及一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法。
背景技术
一方面为了解决多用户通信冲突问题，大幅度提高总线带宽利用率；另一方面标准化了各种服务通信，实现高精度的时间服务，国内许多航天器设计了基于时间同步的航天器通信系统。这种通信系统将通信带宽根据定长时间片划分成为多个通信帧，通过统一调度分配给多个通信用户，满足不同的通信需求，另外通过将各通信帧的传输时刻严格与卫星时间同步，从而实现高精度的时间服务，进一步为卫星定位、时空坐标计算提供支持。
然而，一旦卫星时间因为地面校时命令、自身时间精度调整或其他未知故障导致星上时间系统发生震荡，则可能导致通信系统可能会与星上时间失序，则可能导致整个卫星通信乱序，进而导致卫星功能失效，造成巨大的经济损失。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，能够自动发现通信系统与时间系统失序，并自主调整通信帧时隙，在确保数据不丢失的同时，与时间系统完成同步校正。
本发明解决技术的方案是：
一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，包括如下步骤：
步骤一、在主控终端中，建立待发送下一通信帧缓存，根据下一通信帧的帧号提前将缓存数据放入该通信帧缓存中；
步骤二、将每个通信帧的帧号组成单独的短消息，在每个通信帧的最开始时刻广播给所有终端，实现每个帧号到达终端的时刻与当前卫星星时间隔delta_t最小；
步骤三、当卫星因为接收到指令或其他原因要调整时间系统时，尤其是发生亚秒级调整时，当前进行中的秒时刻间隔固定不调整，而是通过调整下一秒未到来的秒间隔，即调整当前T0至下一整秒时刻的绝对时间长度L；
步骤四、在整秒时刻T0触发时间同步中断信号，并测量当前T0至下一整秒时刻的绝对时间长度L；
步骤五、根据绝对时间长度L和通信帧的时长T，动态规划下一秒通信帧的数量N；
步骤六、启动第一个通信真帧，将第一个通信真帧的缓存数据放入通信载体，启动帧传输；
步骤七、并对后续T0+m*T时刻建立时间同步信号；m为正整数；
步骤八、在后续每个T0+m*T时刻，准时启动第m号通信帧，实现所有通信帧严格与星上时间保持固定同步，同时根据步骤五规划的当前秒间隔内帧数量N更新下一帧的编号；
步骤九、测量delta_t；
步骤十、计算当前卫星时间t，各终端根据当前卫星时间t更新终端的本地时间，实现与时间系统的同步校正
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤二中，每一次帧号消息传输的流程固定，因此delta_t为固定的，通过测量获得。
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤四中，测量绝对时间长度L时，采用微秒或毫秒计数获得；当时间系统发生了校时或其他原因导致的震荡时，则绝对时间长度L小于1000ms或大于1000ms。
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤五中，通信帧的数量N的计算方法为：
N＝L/T
且通信帧的数量N不超过1000ms/T。
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤五中，通信帧的时长T为固定值，为已知量。
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤六中，所述通信载体为总线。
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤七中，m为通信帧的序号，且m＝2，3，……，N。
在上述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，所述步骤十中，当前卫星时间t的计算方法为：
t＝T0+m*T+delta_t。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明的通信系统在时间间隔发生震荡后，可动态监测时间间隔变化，并调整帧规划，使得所有通信帧与卫星时间保持同步；
(2)本发明当时间发生调整并导致通信帧规划发生变化时而导致后续帧取消传输时，能够确保用户的数据不会发生丢弃，仍然会在后续通信帧传输；
(3)本发明可以充分利用硬件性能，提供在当前硬件条件下理论上最精确的高精度时间广播服务。
附图说明
图1为本发明时间同步通信系统自动监测与恢复流程图；
图2为本发明实施例1553B时间同步通信系统分层结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，属于航天器数据管理技术领域；航天器时间同步通信系统由星载时间系统、通信链路(例如总线)、通信主控终端，通信远程终端组成。由通信主控终端控制通信系统的具体通信行为，通信远程终端和主控终端的上层用户发出通信请求并提供相关的数据；本发明能够自动发现通信系统与时间系统失序，并自主调整通信帧时隙，在确保数据不丢失的同时，与时间系统完成同步校正。
航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一、在主控终端中，建立待发送下一通信帧缓存，根据下一通信帧的帧号提前将缓存数据放入该通信帧缓存中。
步骤二、将每个通信帧的帧号组成单独的短消息，在每个通信帧的最开始时刻广播给所有终端，实现每个帧号到达终端的时刻与当前卫星星时间隔delta_t最小；每一次帧号消息传输的流程固定，因此delta_t为固定的，通过测量获得。
步骤三、当卫星因为接收到指令或其他原因要调整时间系统时，尤其是发生亚秒级调整时，当前进行中的秒时刻间隔固定不调整，而是通过调整下一秒未到来的秒间隔，即调整当前T0至下一整秒时刻的绝对时间长度L；
步骤四、在整秒时刻T0触发时间同步中断信号，并测量当前T0至下一整秒时刻的绝对时间长度L；测量绝对时间长度L时，采用微秒或毫秒计数获得；当时间系统发生了校时或其他原因导致的震荡时，则绝对时间长度L小于1000ms或大于1000ms。
步骤五、根据绝对时间长度L和通信帧的时长T，通信帧的时长T为固定值，为已知量。动态规划下一秒通信帧的数量N；通信帧的数量N的计算方法为：
N＝L/T
且通信帧的数量N不超过1000ms/T。
步骤六、启动第一个通信真帧，将第一个通信真帧的缓存数据放入通信载体，启动帧传输；所述通信载体为总线。
步骤七、并对后续T0+m*T时刻建立时间同步信号；m为正整数；m为通信帧的序号，且m＝2，3，……，N。
步骤八、在后续每个T0+m*T时刻，准时启动第m号通信帧，实现所有通信帧严格与星上时间保持固定同步，同时根据步骤五规划的当前秒间隔内帧数量N更新下一帧的编号。
步骤九、测量delta_t；
步骤十、计算当前卫星时间t，具体计算方法为：
t＝T0+m*T+delta_t。各终端根据当前卫星时间t更新终端的本地时间，实现与时间系统的同步校正。
实施例
在本实施例中，以卫星1553B总线，61580总线BC控制器，星载嵌入式软件为例作为实施方案。如图2所示，具体实施步骤如下：
(1)第一步：在主控计算机中，以1s作为时间周期，分为20个通信帧，编号为0-19，每个通信帧持续50ms，分配1条帧号广播消息和50条1553B输出传输消息缓存。
(2)第二步：通过星上时间系统建立整秒时刻中断、50ms时间中断和通信帧结束中断。
(3)第三步：建立数据汇聚层，根据帧号将用户在下一帧的所有传输请求组织到下一帧号对应的1553B消息队列中。
(4)第四步：在整秒时刻T0触发时间同步中断信号，启动整秒时刻中断处理程序。
a)从星上时间管理系统中获得当前整秒到下一整秒所需的毫秒计数L，如果时间系统发生了校时或其他原因导致的震荡，则该L将小于1000或大于1000；
b)根据L和每个帧的时长T(本案例中T＝50ms)动态规划出下一秒的通信帧数量N＝L/T，N最多不超过20；
c)启动0号帧，先进行帧号消息广播，再将已经准备好的1553B消息写入61580总线控制器，通过61580总线控制器启动帧传输；
d)针对后续T0+m*T时刻启动50ms定时器，记录下一帧帧号为1；
(5)第五步：50ms定时器中断处理程序中，准时启动当前帧，使得所有通信帧严格与星上时间保持固定同步，同时根据第四步第b小步规划的当前秒间隔内帧数量N更新下一帧的编号；
(6)第六步：采用示波器测量通信帧启动到1553B远程终端接收到广播帧号的消息的时间间隔delta_t；
(7)第七步：各远程终端和用户根据接收到的帧号计算当前卫星时间t＝T0+m*T+delta_t。
第八步：星上时间管理系统发生亚秒级时间变化时，不立即执行，而是通过修改下一秒时间间隔的方式，调整两个连续的秒时刻信号间隔，完成亚秒级时间调整。特别的，对于亚秒调整请求，若亚秒部拨快(缩短)时间tx小于500ms，则直接执行；若亚秒部拨快(缩短)时间tx大于或等于500ms，则将秒部加1，亚秒部＝2000ms-tx。如此一来发生任意调整的两个相邻整秒信号间隔t_gap，有500<t_gap<＝1500ms。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在主控终端中，建立待发送下一通信帧缓存，根据下一通信帧的帧号提前将缓存数据放入该通信帧缓存中；
步骤二、将每个通信帧的帧号组成单独的短消息，在每个通信帧的最开始时刻广播给所有终端，实现每个帧号到达终端的时刻与当前卫星星时间隔delta_t最小；
步骤三、当卫星因为接收到指令要调整时间系统时，发生亚秒级调整时，当前进行中的秒时刻间隔固定不调整，而是通过调整下一秒未到来的秒间隔实现调整，即调整当前T0至下一整秒时刻的绝对时间长度L；
步骤四、在整秒时刻T0触发时间同步中断信号，并测量当前T0至下一整秒时刻的绝对时间长度L；
步骤五、根据绝对时间长度L和通信帧的时长T，动态规划下一秒通信帧的数量N；
步骤六、启动第一个通信真帧，将第一个通信真帧的缓存数据放入通信载体，启动帧传输；
步骤七、并对后续T0+m*T时刻建立时间同步信号；m为正整数；m 为通信帧的序号；
步骤八、在后续每个T0+m*T时刻，准时启动第m号通信帧，实现所有通信帧严格与星上时间保持固定同步，同时根据步骤五规划的当前秒间隔内帧数量N 更新下一帧的编号；
步骤九、测量delta_t；
步骤十、计算当前卫星时间t，各终端根据当前卫星时间t更新终端的本地时间，实现与时间系统的同步校正。
2.根据权利要求1所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤二中，每一次帧号消息传输的流程固定，因此delta_t为固定的，通过测量获得。
3.根据权利要求2所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤四中，测量绝对时间长度L时，采用微秒或毫秒计数获得；当时间系统发生了校时导致的震荡时，则绝对时间长度L小于1000ms或大于1000ms。
4.根据权利要求3所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤五中，通信帧的数量N的计算方法为：
N=L/T
且通信帧的数量N不超过1000ms/T。
5.根据权利要求4所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤五中，通信帧的时长T为固定值，为已知量。
6.根据权利要求1所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤六中，所述通信载体为总线。
7.根据权利要求1所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤七中， m=2，3，……，N。
8.根据权利要求1所述的一种航天器时间同步通信系统的失序自动监测与恢复方法，其特征在于：所述步骤十中，当前卫星时间t的计算方法为：
t=T0+m*T+delta_t。
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