CN116068912A - 一种半实物仿真高精度时钟同步系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半实物仿真高精度时钟同步系统及方法。所述系统包括仿真平台、等效替代转台/惯组、卫星导航模拟器、GNSS接收机和箭上计算机；将卫星导航模拟器作为整个时钟同步系统的时间基准，卫星导航模拟器向仿真平台发送时间同步信息，将正弦频标经过电压比较器转换为方波频标，再经由功率放大器对方波频标功率放大后连接至仿真平台的仿真机高精度时钟采集卡，之后仿真机时间推进按照高精度时钟采集卡采集的方波信号进行时间推进，仿真平台按照仿真时间推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出；箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。本发明将半实物仿真系统时间同步机制采用硬件信号形式进行实现，提高系统实时性。
Description
技术领域
本发明涉及运载火箭控制技术领域，尤其涉及一种半实物仿真高精度时钟同步系统及方法。
背景技术
运载火箭控制系统半实物仿真系统中有箭上设备、仿真平台、地面等效器设备等各类设备，进行硬件闭环实时仿真时，需要各类设备使用同一时钟源对仿真进行推进，在各设备间同步过程中需要进行时钟同步信号的转换和处理，用以提高整体的仿真时间对齐精度，保证试验的准确运行。
在半实物仿真试验系统中，有多设备参加时，设置有时间服务器，用于不同设备之间的时间同步。时间同步机制如下：采用外部设备机首先要生成一个网络时间协议查询信息包，通过网络发送到时间服务器；服务器收到后，根据本地时间生成一个网络时间协议的时间信息包发送给外部设备机。两个信息包都带有发送和接收的时间戳，根据这4个时间戳T1、T2、T3、T4来确定外部设备和时间服务器之间的时间偏差和网络时延。
该方案需要单独的时间服务器，需要采用网络通信过程中发送各自设备的接收和发送时间戳。虽然在设备上可以实现通用化，不必采用专用的时间同步处理单元，但是在整个试验系统中存在网络通信延时，通信时间戳信息无法消除设备计时晶振差异引起的钟差。
发明内容
本发明提供了一种半实物仿真高精度时钟同步系统，包括：仿真平台、等效替代转台/惯组、卫星导航模拟器、GNSS接收机和箭上计算机；仿真平台通过光纤连接等效替代转台/惯组和卫星导航模拟器；卫星导航模拟器射频注入GNSS接收机；GNSS接收机通过总线连接箭上计算机；
将卫星导航模拟器作为整个时钟同步系统的时间基准，在卫星导航模拟器向仿真平台发送时间同步信息时，先将正弦频标经过电压比较器，电压比较器将正弦频标转换为方波频标，然后再经由功率放大器对方波频标进行功率放大后连接至仿真平台的仿真机高精度时钟采集卡，之后仿真机时间推进按照高精度时钟采集卡采集的方波信号进行时间推进，仿真平台按照仿真时间推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出；箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。
如上所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其中，仿真平台仿真平台用于实现箭体运动学与动力学方程，进行实时仿真，模拟发动机、气动、风场的数学模型。
如上所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其中，等效替代转台/惯组包括等效替代激光惯组、速率陀螺，模拟输出脉冲采样信号。
如上所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其中，GNSS接收机为等效GNSS模块，模拟输出卫星导航定位信息，GNSS同步脉冲信号下降沿与UTC同步。
如上所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其中，卫星导航模拟器通过10MHZ时钟同步接口向仿真平台输出时间同步信号。
如上所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其中，仿真平台向卫星导航模拟器输出位置、速度信息，并驱动测量模型、执行机构模型、转台、卫星信号发生装置等按照当前周期的位置、速度、姿态信息进行运行输出，形成整个仿真回路的数据流闭环。
如上所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其中，仿真平台通过光纤与等效替代转台/惯组进行时钟同步，等效替代转台/惯组与箭上计算机进行时间频标同步。
本发明还提供一种半实物仿真高精度时钟同步方法，包括：
在半实物仿真系统中，将仿真平台与等效替代转台/惯组通过光纤连接，以及将仿真平台与卫星导航模拟器通过光纤连接；
使用卫星导航模拟器中的高精度时钟源作为整个半实物仿真系统的时间基准；
卫星导航模拟器将时间同步信号通过电压比较器和功率放大器发送给仿真平台，将时间同步信号的正弦频标转换为方波频标；
仿真平台按照按照方波频标推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出；
仿真平台通过光纤与等效替代转台/惯组进行时钟同步，等效替代转台/惯组与箭上计算机进行时间频标同步，箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。
本发明实现的有益效果如下：
1、将半实物仿真系统时间同步机制采用硬件信号形式进行实现，提高系统实时性。取消网络协议的时间同步手段，采用硬件频标信号的同步手段，极大提高了系统实时性，将系统延时从几十毫秒降低到几纳秒。
2、利用电压比较器+功率放大器的模式，极大的提升了频率信号的通用性，可以在不同设备之间扩展使用本发明阐述的时钟同步方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种半实物仿真高精度时钟同步系统示意图；
图2是卫星导航模拟器与仿真平台的信号传输示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种半实物仿真高精度时钟同步方法流程图。
具体实施方式
下面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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供一种半实物仿真高精度时钟同步系统，包括：仿真平台、等效替代转台/惯组、卫星导航模拟器、GNSS接收机和箭上计算机。其中：
仿真平台仿真平台用于实现箭体运动学与动力学方程，进行实时仿真，模拟发动机、气动、风场等数学模型；仿真平台通过光纤连接等效替代转台/惯组和卫星导航模拟器；
等效替代转台/惯组包括等效替代激光惯组、速率陀螺，模拟输出脉冲采样信号。惯组的同步脉冲输出周期为5ms、占空比为50％，RS-422差分电平输出，下降沿有效；
GNSS接收机为等效GNSS模块，模拟输出卫星导航定位信息，GNSS接收机通过总线连接箭上计算机，GNSS同步脉冲信号下降沿与UTC同步，电压5V，宽度≥10μs，输出频率10Hz。
卫星导航模拟器与仿真平台通过光纤连接，并且卫星导航模拟器射频注入GNSS接收机，将卫星导航模拟器作为整个时钟同步系统的时间基准，而非直接采用仿真平台时间系统仿真，卫星导航模拟器通过10MHZ时钟同步接口向仿真平台输出时间同步信号，时间同步信号可以为正弦时间信号。
图2为卫星导航模拟器与仿真平台的信号传输示意图，在卫星导航模拟器向仿真平台发送时间同步信息时，先将正弦频标经过电压比较器，电压比较器将正弦频标转换为方波频标，然后再经由功率放大器对方波频标进行功率放大后连接至仿真平台的仿真机高精度时钟采集卡，之后仿真机时间推进按照高精度时钟采集卡采集的方波信号进行时间推进，仿真平台按照仿真时间推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出，向卫星导航模拟器输出位置、速度信息，并驱动测量模型、执行机构模型、转台、卫星信号发生装置等按照当前周期的位置、速度、姿态信息进行运行输出，形成整个仿真回路的数据流闭环。
仿真平台通过光纤与等效替代转台/惯组进行时钟同步，等效替代转台/惯组与箭上计算机进行时间频标同步，箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。
实施例二
参见图3，本发明实施例二提供一种半实物仿真高精度时钟同步方法，包括：
步骤310、在半实物仿真系统中，将仿真平台与等效替代转台/惯组通过光纤连接，以及将仿真平台与卫星导航模拟器通过光纤连接；
步骤320、使用卫星导航模拟器中的高精度时钟源作为整个半实物仿真系统的时间基准；
步骤330、卫星导航模拟器将时间同步信号通过电压比较器和功率放大器发送给仿真平台，将时间同步信号的正弦频标转换为方波频标；
步骤340、仿真平台按照按照方波频标推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出；
步骤350、仿真平台通过光纤与等效替代转台/惯组进行时钟同步，等效替代转台/惯组与箭上计算机进行时间频标同步，箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，包括：仿真平台、等效替代转台/惯组、卫星导航模拟器、GNSS接收机和箭上计算机；仿真平台通过光纤连接等效替代转台/惯组和卫星导航模拟器；卫星导航模拟器射频注入GNSS接收机；GNSS接收机通过总线连接箭上计算机；
将卫星导航模拟器作为整个时钟同步系统的时间基准，在卫星导航模拟器向仿真平台发送时间同步信息时，先将正弦频标经过电压比较器，电压比较器将正弦频标转换为方波频标，然后再经由功率放大器对方波频标进行功率放大后连接至仿真平台的仿真机高精度时钟采集卡，之后仿真机时间推进按照高精度时钟采集卡采集的方波信号进行时间推进，仿真平台按照仿真时间推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出；箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。
2.如权利要求1所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，仿真平台仿真平台用于实现箭体运动学与动力学方程，进行实时仿真，模拟发动机、气动、风场的数学模型。
3.如权利要求1所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，等效替代转台/惯组包括等效替代激光惯组、速率陀螺，模拟输出脉冲采样信号。
4.如权利要求1所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，GNSS接收机为等效GNSS模块，模拟输出卫星导航定位信息，GNSS同步脉冲信号下降沿与UTC同步。
5.如权利要求1所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，卫星导航模拟器通过10MHZ时钟同步接口向仿真平台输出时间同步信号。
6.如权利要求1所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，仿真平台向卫星导航模拟器输出位置、速度信息，并驱动测量模型、执行机构模型、转台、卫星信号发生装置等按照当前周期的位置、速度、姿态信息进行运行输出，形成整个仿真回路的数据流闭环。
7.如权利要求1所述的一种半实物仿真高精度时钟同步系统，其特征在于，仿真平台通过光纤与等效替代转台/惯组进行时钟同步，等效替代转台/惯组与箭上计算机进行时间频标同步。
8.一种半实物仿真高精度时钟同步方法，其特征在于，包括：
在半实物仿真系统中，将仿真平台与等效替代转台/惯组通过光纤连接，以及将仿真平台与卫星导航模拟器通过光纤连接；
使用卫星导航模拟器中的高精度时钟源作为整个半实物仿真系统的时间基准；
卫星导航模拟器将时间同步信号通过电压比较器和功率放大器发送给仿真平台，将时间同步信号的正弦频标转换为方波频标；
仿真平台按照按照方波频标推进每个周期对火箭运动模型计算及指令输出；
仿真平台通过光纤与等效替代转台/惯组进行时钟同步，等效替代转台/惯组与箭上计算机进行时间频标同步，箭上计算机采用惯组频标中断作为每一周期时间推进。
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| CN116996155A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-11-03 | 灿芯技术(深圳)有限公司 | 4g/5g混合网络与全球卫星导航实验室仿真同步方法及装置 |
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2022
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| CN116996155B (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-12 | 灿芯技术(深圳)有限公司 | 4g/5g混合网络与全球卫星导航实验室仿真同步方法及装置 |
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