CN116155429A - 一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法 - Google Patents

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许银生
唐文国
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刘斌
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Abstract

一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法，为平台各系统相互协作提供统一的高精度时间基准，包括：1)导航接收机(GNSS)广播时间TGPS_1553，秒脉冲信号给分系统；2)分系统锁存当前本地时钟TGPS_aocc，产生多路同源SYNC同步信号给测量单机，锁存对应信号微妙级时钟；3)单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据。本发明采用多级硬件中断，软硬件设计结合的方式，将系统时间精度提高到微妙级，保证多级系统都具有统一的高精度时间基准。本方法能够提高卫星平台时间对准精度，对卫星平台的高精度姿态测量与控制具有现实意义。

Description

一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法
技术领域
本发明涉及一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法，用于为卫星平台各系统相互协作提供统一的高精度时间基准。
背景技术
传统卫星平台采用的时间对准方法主要有软件方法和硬件方法。软件方法实现灵活、成本低，一般采用串行总线(1553B)通讯方法，由总线控制器(BC)建立和启动数据传输任务，远程终端(RT)在BC控制下发送或接收数据，由于总线传输必然存在时间延迟，导致该方法时间对准精度不高，适用于对姿态确定精度和任务时效性要求不高的卫星平台。硬件对准方法在软件对准方法基础上，增加硬件脉冲信号接口，通过硬件信号对齐的方式，提高了对准精度。
现有卫星平台多数采用第二种方法，该方法采用秒脉冲硬件信号传输快且准的方法修正本地时间和卫星平台时间的偏差，达到时间对准的目的，可以满足大多数卫星平台对系统时间精度需求。但对于更高精度姿态测量与控制、敏捷机动卫星平台来说，该方法还存在两个问题，一是该方法能达到的最高时间精度不够，时间精度误差会带入系统融合姿态解算误差；二是该方法只考虑平台分系统间两级时间对准精度，缺少测量系统与平台系统时钟高精度对准设计。没有统一的高精度系统钟，一方面影响需要系统间协作任务时效性，一方面也会影响卫星平台的高精度姿态测量与控制。
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，解决了系统统一的高精度时间对准问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法，采用多级硬件中断，软硬件设计结合的方式，将时间对准精度提高到微妙级，保证多级系统都具有统一的高精度时间基准，从而保证系统间协作任务、路径规划、姿态测量与控制等都具有高精度的时间基准，提高卫星平台的控制精度和稳定度。
具体方法包括：
步骤一：产生卫星平台时间基准。卫星平台由综合电子分系统、姿态轨道控制分系统、测控通信分系统、载荷分系统等十几个分系统组成，该步骤由导航接收机(GNSS)产生并通过1553B总线广播卫星平台时间基准TGPS_1553，同时产生秒脉冲硬件信号发给其它分系统。
步骤二：分系统时间对准。该步骤的特点：
子步骤1：分系统维护一个高稳晶振产生的微妙级本地时钟，恒温高稳晶振精度为0.1ppm(1×10-7)，秒内时间精度指标为0.1μs。首先通过1553B总线接收卫星平台时间TGPS_1553，并读取秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_aocc，修正本地偏差，接着采用软件的方式继续修正微妙级时间偏差，最终得到分系统微妙级时钟。
子步骤2：分系统通过高稳晶振产生计数器分频产生多路同源SYNC同步信号通过RS422硬件链路发给不同的单机(测量系统)，SYNC同步信号下降沿锁存微妙级系统时钟。
步骤三：测量系统级时间对准。测量单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据，记录SYNC同步信号起点与内部曝光时刻(或采样点时刻)偏差，将测量时间和姿态信息一起返回上级系统。上级系统结合系统时间和测量信息，通过高精度姿态融合算法达到平台高精确姿态确定与控制，同时高精度时间误差补差后姿态信息遥测下传作为载荷图像处理辅助数据。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明把时间对准精度提高到微妙级，可以有效避免因为系统时间对准精度不够而引入到系统姿态测量与控制的误差。本方法简单，易于实现，适用于具有高精度时统要求的卫星平台。本方法能够提高卫星平台时间对准精度，对卫星平台的高精度姿态测量与控制具有现实意义。
附图说明
图1为本发明的实施流程图；
图2为GNSS校时流程图。
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。
一种基于多级外部中断卫星平台微秒级时间对准方法，包括如下步骤：
1)该步骤由导航接收机(GNSS)产生并通过1553B总线广播卫星平台时间基准TGPS_1553，同时产生GPS秒脉冲硬件信号发给其它分系统。
2)通过1553B总线接收卫星平台时间TGPS_1553，并读取GPS秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_aocc，通过高稳晶振产生计数器分频产生多路同源SYNC同步信号通过RS422硬件链路发给测量系统。
3)测量单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据，记录SYNC同步信号起点与内部曝光时刻(或采样点时刻)偏差，将测量时间和姿态信息一起返回上级系统。上级系统通过高精度姿态融合算法达到平台高精确姿态确定与控制，同时高精度时间误差补差后姿态信息遥测下传作为载荷图像处理辅助数据。
其中：
进一步的，广播卫星平台时间基准TGPS_1553的同时产生GPS秒脉冲硬件信号，硬件信号传输误差为微妙级。
进一步的，分系统本地时钟采用恒温高稳晶振，精度为0.1ppm(1×10-7)，秒内时间精度指标为0.1μs，读取GPS秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_aocc为微妙级。
进一步的，分系统通过恒温高稳晶振精度产生计数分频产生多路同源SYNC同步信号分发给测量系统，硬件信号传输误差为微妙级。
进一步的，测量系统以同步信号为起点更新数据，确保数据更新与硬件信号对齐。上级系统结合系统时间和测量信息，通过高精度姿态融合算法达到平台高精确姿态确定与控制，同时高精度时间误差补差后姿态信息遥测下传作为载荷图像处理辅助数据。
本发明采用软硬件设计结合的方式，硬件微调毫秒级时钟误差，软件微调微妙级时钟误差，软硬件结合设计节约硬件设计成本，又能确保总的系统时钟误差达到微妙级精度。
实施例：
如图1所示，本发明的实施方式包括三大步骤：1)导航接收机(GNSS)广播时间TGPS_1553，秒脉冲信号给分系统；2)分系统锁存当前本地时钟TGPS_aocc，产生多路同源SYNC同步信号给测量单机，锁存对应信号微妙级时钟；3)单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据。各步骤的具体实施方式如下所述。
步骤1：产生卫星平台基准时间。卫星平台由综合电子分系统、姿态轨道控制分系统、测控通信分系统、载荷分系统等十几个分系统组成，该步骤由导航接收机(GNSS)产生并通过1553B总线广播卫星平台时间TGPS_1553，同时产生秒脉冲信号分发给其它分系统。
步骤2：该步骤的特点在于两个子步骤：
子步骤1：分系统维护一个高稳晶振产生的微妙级本地时钟，恒温高稳晶振精度为0.1ppm(1×10-7)，秒内时间精度指标为0.1μs。首先通过1553B总线接收卫星平台时间TGPS_1553，并读取秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_aocc，修正本地偏差，接着采用软件的方式继续修正微妙级时间偏差，最终得到分系统微妙级时钟。该子步骤具体实施过程如图2，以下作详细说明：
1)判断总线中断数据有效标记，若为有效则读取时间数据TGPS_1553，同时读取秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_1553，累计10次数据标记为有效后，启动GNSS校时。
2)对累计的TGPS_1553与TGPS_aocc的10次数据进行有效性判断。若10次数据均在阈值范围之内且TGPS_1553、TGPS_aocc各自前后拍作差后的差值ΔTGPS_judge(i)均小于阈值范围之内，则认为GPS数据有效。
ΔTGPS_judge(i)计算方法如下：
ΔTGPS_1553(i)＝TGPS_1553(i+1)-TGPS_1553(i)(i＝1,2,…9)
ΔTGPS_aocc(i)＝TGPS_aocc(i+1)-TGPS_aocc(i)(i＝1,2,…9)
ΔTGPS_judge(i)＝|ΔTGPS_1553(i)-ΔTGPS_aocc(i)|(i＝1,2,…9)
计算最近一次TGPS_1553与TGPS_aocc的差值ΔTGPS
ΔTGPS＝TGPS_1553(10)-TGPS_aocc(10)(单位μs)
若ΔTGPS差值不为0，则计算ΔTGPS/100取整码字(即0.1ms的整数)，将其写入时钟校时地址，ΔTGPS/100余数部分(μs部分)写入软校时变量。
最后得到当前系统时间T等于时钟端口获取的分辨率为0.1m系统时间与分辨率为1us软校时时间之和。
子步骤2：分系统产生多路同源SYNC同步信号通过RS422硬件链路分发给不同的测量单机(视系统配置而定)，SYNC同步信号下降沿锁锁存us级系统时钟。
步骤3：测量单机级时间对准。单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据，记录SYNC同步信号起点与内部曝光时刻(或采样点时刻)偏差，将测量时间和姿态信息一起返回上级系统。上级系统结合系统时间和测量信息，通过高精度姿态融合算法达到平台高精确姿态确定与控制，同时高精度时间误差补差后姿态信息遥测下传作为载荷图像处理辅助数据。
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。
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 (10)

1.一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法，其特征在于，包括：
导航接收机广播时间TGPS_1553，并将秒脉冲信号给分系统；
分系统锁存当前本地时钟TGPS_aocc，产生多路同源SYNC同步信号给测量单机，锁存对应信号微妙级时钟；
单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据。
2.根据权利要求1所述的时间对准方法，其特征在于，广播卫星平台时间基准TGPS_1553的同时产生GPS秒脉冲硬件信号，硬件信号传输误差为微妙级。
3.根据权利要求1所述的时间对准方法，其特征在于，分系统通过恒温高稳晶振精度产生计数分频产生多路同源SYNC同步信号分发给测量系统，硬件信号传输误差为微妙级。
4.根据权利要求1所述的时间对准方法，其特征在于，单机记录SYNC同步信号起点与内部曝光时刻偏差，将测量时间和姿态信息一起返回。
5.一种基于多级外部中断的卫星平台微秒级时间对准方法，其特征在于，包括：
导航接收机产生并通过1553B总线广播卫星平台时间基准TGPS_1553，同时产生GPS秒脉冲硬件信号发给其它分系统；
其它分系统通过1553B总线接收卫星平台时间TGPS_1553，并读取GPS秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_aocc，通过高稳晶振产生计数器分频产生多路同源SYNC同步信号通过RS422硬件链路发给测量系统；
测量系统的单机接收SYNC同步信号，以同步信号为起点更新数据，记录SYNC同步信号起点与内部曝光时刻偏差，将测量时间和姿态信息一起返回。
6.根据权利要求5所述的时间对准方法，其特征在于，广播卫星平台时间基准TGPS_1553的同时产生GPS秒脉冲硬件信号，硬件信号传输误差为微妙级。
7.根据权利要求5所述的时间对准方法，其特征在于，其它分系统本地时钟采用恒温高稳晶振，精度为0.1ppm，秒内时间精度指标为0.1μs，读取GPS秒脉冲信号锁存的本地时间TGPS_aocc为微妙级。
8.根据权利要求5所述的时间对准方法，其特征在于，其它分系统通过恒温高稳晶振精度产生计数分频产生多路同源SYNC同步信号分发给测量系统，硬件信号传输误差为微妙级。
9.根据权利要求5所述的时间对准方法，其特征在于，测量系统以同步信号为起点更新数据，确保数据更新与硬件信号对齐。
10.根据权利要求9所述的时间对准方法，其特征在于，测量系统将测量时间和姿态信息一起返回上级系统，上级系统结合系统时间和测量信息，通过高精度姿态融合算法达到平台高精确姿态确定与控制，同时高精度时间误差补差后姿态信息遥测下传作为载荷图像处理辅助数据。
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