一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置的製作方法
2023-06-18 07:29:11 2
專利名稱：一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及衛星電子控制系統，更具體地說，涉及一種簡約多模式的高穩衛星 時鐘裝置。
背景技術：
人造地球衛星是在空間以每秒7.8Km以上的速度飛行，衛星時鐘提供姿態控制 系統中的星敏感器的重要參數、為星上儀器設備運行控制提供軌道坐標、為有效載荷採 集的數據提供星下點定位，氣象和地理測繪的雲圖就是依據衛星鐘打在遙感圖上的時標 確定遙感圖所採集的位置。目前，多數衛星的時鐘系統使用採樣40位mS計數器的計時裝置，這種裝置中 依靠GPS的PPS(秒脈衝)前沿作為時鐘校準的手段，這種裝置存以下問題(1)可靠性問題，星載計算機、衛星鐘的高穩晶體振蕩器、校準邏輯，40位計 時器、GPS的PPS在可靠性上屬於串聯模式，高穩晶體振蕩器存在停振失效模式，而目 前我國星載GPS故障概率很高(平均無故障時間10小時)；(2)計時器讀寫容易出錯問題，對於16位計算機，40位計時鐘的數據需要分三 次讀出，在讀出過程中發生計數器進位，容易讀錯，因此，在軟體上需要進行多次讀和 比較；當對40位計時鐘進行授時時同樣也存在硬體上與計數脈衝需要協調的問題。(3)時延問題，當衛星鐘經過讀出時鐘數據，通過總線廣播時，在1553B線路上 和用戶終端響應上存在mS級的時延。本發明旨在解決以上問題，目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報導，也 尚未收集到國內外類似的資料。
發明內容
為了解決現有技術對衛星時鐘可靠性、高穩定度、時延等問題，本發明的目的 在於提出一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置，利用本發明，可安全方便地實現對衛星 時鐘進行時校授時操作和時鐘高精度使用。為了達到上述發明目的，本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是提供一 種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置，該裝置包括高穩時鐘，包括高穩晶體振蕩器，作為高穩定時鐘的時鐘源；16位二進位mS計數器，用於對 高穩晶體振蕩器計數；星載計算機，包括計算機的CPU定時器(2-1)，用於產生6553.6mS的定時中斷讀取十六位二進 制mS計數器數據，用於衛星系統守時；中斷(2-2)，用於定時通知計算機到十六位計數 器讀出計數值；讀計數器(2-3)，用於提供計算機讀出計時值的接口；正確性分析模塊 (2-4)，用於對讀出的計時值變換成時段值進行有效性合法性分析；計時單元(2-5)，用於時段累加，校時，時鐘引用；衛星時鐘單元(2-6)，用於存放用於遙測和廣播的衛星 時鐘數值，總線廣播(2-7)，接收來自衛星時鐘單元(2-6)的時鐘數據，通過1553B串 行數據總線(5)與應用測量(4)的終端連接，進行時鐘發布和誤差修正；誤差校正模塊 (2-8)，用於對衛星時鐘誤差進行校正，GPS設備(4-1)，用於接收衛星時鐘的廣播，並 測量衛星時鐘的誤差，應用測量(4)的GPS時差數據通過1553B串行數據總線(5)送往 誤差校正模塊(2-8)進行時差校正；地面測控用於通過遙測接收來自衛星時鐘的時標信號，測量星地時差，通過遙控注數， 通過誤差校正模塊和計時單元對衛星時鐘進行修正。1553B串行數據總線用於向星上各個系統廣播標準的星上時鐘。應用測量，包括GPS設備，用於獲取當前標準時鐘數值並且檢測衛星時鐘與標準時鐘的時差， 作為衛星時鐘系統的校正源，地面可以通過遙控指令允許GPS的當前標準時鐘數值向衛 星時鐘系統授時，GPS時差提供自動校準衛星時鐘的數據；各個終端(4-2)，分別用於接 收衛星時鐘，對衛星終端的事件加上事件標籤。本發明一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置，由於採用長度為16位的高穩計時 鍾，在使用中計算機軟體實際採用當前採樣的時鐘值與上次採樣時鐘值相減，不需要進 行清零初始化，對於16位的星載計算機可以一次讀取，避免了在進位過程中讀取可能出 現的錯誤；時差修正和授時操作只對軟體中的計時單元進行。由於通過廣播向GPS發送 衛星鐘，GPS記下接收到廣播時鐘的時刻，通過解算後，向星載計算機返回時差值，計 算機使用時差值可以通過計時單元自動校時，也可以禁止使用GPS自動修正衛星鐘，地 面從遙測返回GPS時差，與地面測控站測量的星地時差比較分析，遙控注入，軟體進行 可調間隔的均勻校時，使衛星鐘數周時間內維持高精度指標。由於GPS基於與載荷同等 的時延條件記下的衛星鐘時刻對星載計算機衛星鐘進行了時差校正，各個用戶終端的傳 輸時延也已經被消除。因此，本發明解決了衛星時鐘可靠性和穩定度差，以及時延等問 題，從而實現衛星時鐘高精度，高穩定度、高可靠的工作。
附圖是本發明簡約多模式衛星時鐘裝置的結構框圖。
具體實施例方式下面結合
本發明的優選實施例。附圖是本發明簡約多模式衛星時鐘裝置的結構框圖，如附圖的實施例所示，該 裝置包括高穩時鐘1，包括高穩晶體振蕩器1-1，作為高穩定時鐘的時鐘源；16位二進位mS計數器1_2， 用於對高穩晶體振蕩器計數；星載計算機2，包括
計算機的CPU定時器(2-1)，用於產生6553.6mS的定時中斷讀取十六位二進 制mS計數器數據，用於衛星系統守時；中斷(2-2)，用於定時通知計算機到十六位計數 器讀出計數值；讀計數器(2-3)，用於提供計算機讀出計時值的接口；正確性分析模塊 (2-4)，用於對讀出的計時值變換成時段值進行有效性合法性分析；計時單元(2-5)，用 於時段累加，校時，時鐘引用；衛星時鐘單元(2-6)，用於存放用於遙測和廣播的衛星 時鐘數值，總線廣播(2-7)，接收來自衛星時鐘單元(2-6)的時鐘數據，通過1553B串 行數據總線(5)與應用測量(4)的終端連接，進行時鐘發布和誤差修正；誤差校正模塊 (2-8)，用於對衛星時鐘誤差進行校正，GPS設備(4-1)，用於接收衛星時鐘的廣播，並 測量衛星時鐘的誤差，應用測量(4)的GPS時差數據通過1553B串行數據總線(5)送往 誤差校正模塊(2-8)進行時差校正；地面測控3 用於通過遙測3-3接收來自衛星時鐘2-6的時標信號，測量星地時差，通過遙控 3-1注數，通過誤差校正模塊2-8和計時單元2-5對衛星時鐘2-6進行修正。1553B串行數據總線 用於向星上各個系統廣播標準的星上時鐘。應用測量4，包括GPS設備4-1，用於獲取當前標準時鐘數值並且檢測衛星時鐘與標準時鐘的時 差，作為衛星時鐘系統的校正源，地面可以通過遙控指令允許GPS的當前標準時鐘數值 向衛星時鐘系統授時，GPS時差提供自動校準衛星時鐘的數據；終端4-2，分別用於接收 衛星時鐘，對衛星終端的事件加上事件標籤。上述16位二進位mS計數器(1-2)，用於對高穩晶體振蕩器計數，計滿溢出，自 動清零，不需要設計清零和初始化邏輯。上述衛星時鐘2-6的守時，按照下列步驟進行(I)CPU定時器2-1在計滿65536 (6553.6mS)後產生自然清零並中斷；(2)在中斷程序中讀取高穩時鐘16位二進位mS計數器的數值；(3)用本次讀取的高穩時鐘值並減去上一次讀取的數值，取得時段數據；(4)時段數據模為65536mS ；(5)時段數據值進行正確性分析，中心值應該為6553mS，誤差不大於正負 2mS,否則數據不可信，放棄不用，使用默認數據6553mS;(6)將處理後的時段值加到計時單元；(7)CPU定時器2-1在中斷清零後，繼續守時，即時的衛星鐘等於計時單元的數 值加上CPU定時器，可以向應用系統廣播，可以用於遙測。上述GPS設備4-1使用GPS返回時差數據可以進行自動校時，也可以通過6PS 從遙測返回時差，進行可調間隔均勻校時。上述CPU定時器2-1在計滿(65536mS)溢出時產生定時中斷，定時器計滿產生 中斷的數值可以設置成不同的數據，但應當小於高穩時鐘計時器的計時範圍。所述的16位二進位mS計數器(1_2)，也可以使用16位以上的計數器。在可靠性設計上，本發明簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置可以形成以下組合的 工作模式
(1)高穩時鐘1與星載計算機定時器2-1加測控均勻的校時模式；(2)高穩時鐘1與星載計算機定時器2-1加GPS自動均勻校時組合模式；(3)星載計算機定時器2-1與測控均勻的校時模式；(4)星載計算機定時器2-1加GPS自動均勻校時組合模式；(5)高穩時鐘1與星載計算機定時器2-1使用GPS時差的測控均勻的校時模式；(6)星載計算機定時器2-1與使用GPS時差的測控均勻的校時模式。下面進一步對本發明的工作原理進行描述。本發明一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置在可靠性設計上採用高穩時鐘1 與CPU晶片內部的定時器資源形成可靠性的並聯模式。使用定時中斷中採集的時段數 據(上一次定時中斷的高穩時鐘值與當前定時中斷高穩時鐘值)作正確性分析，發現高 穩時鐘時段值出現偏離值大於正負2mS時，衛星中自動選擇CPU定時器溢出時段數值 6553.6mS，這些工作是軟體自動實現的，不需要遙控作任何切換。由於簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置中的高穩計時鐘1-2長度為16位，是一個 只讀計數器，在使用中計算機軟體實際採用當前採樣的時鐘值與上次採樣時鐘值相減， 不需要進行清零初始化，對於16位的星載計算機可以一次讀取，避免了在進位過程中讀 取可能出現的錯誤；時差修正和授時操作只對軟體中的計時單元2-5進行。由於簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置，通過廣播向GPS發送衛星鐘，GPS記下 接收到廣播時鐘的時刻，通過解算後，向星載計算機返回時差值，計算機使用時差值可 以通過計時單元2-5自動校時，也可以禁止使用GPS自動修正衛星鐘，地面從遙測返回 GPS時差，與地面測控站(3-2)測量的星地時差比較分析，遙控注入，軟體進行可調間隔 的均勻校時。由於GPS接收設備故障率較高，而衛星時鐘穩定性較高，衛星飛行過程中 GPS在遙測中返回的時差值在很長時間(數天)內不會變化，使用遙測數據中的GPS時 差值對衛星鐘進行均勻校時比較安全，均勻校時注入一次通常可以使衛星鐘數周時間內 維持高精度指標。由於簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置中通過廣播向GPS發送衛星鐘，GPS記 下接收到廣播時鐘的時刻，通過解算後，向星載計算機返回時差值，計算機使用時差值 可以通過計時單元2-5自動校時，其中產生的時延與用戶終端收到的時延是同樣的，因 此，GPS基於在這種(與載荷同等的)時延條件記下的衛星鐘時刻對星載計算機衛星鐘進 行了時差校正，各個用戶終端的傳輸時延也已經被消除了。
權利要求
1.一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置，其特徵在於，該裝置包括高穩時鐘(1)，包括高穩晶體振蕩器(1-1)，作為高穩定時鐘的時鐘源；16位二進位mS計數器(1-2)， 用於對高穩晶體振蕩器計數；星載計算機(2)，包括計算機的CPU定時器(2-1)，用於產生6553.6mS的定時中斷讀取十六位二進位 mS計數器數據，用於衛星系統守時；中斷(2-2)，用於定時通知計算機到十六位計數 器讀出計數值；讀計數器(2-3)，用於提供計算機讀出計時值的接口；正確性分析模塊 (2-4)，用於對讀出的計時值變換成時段值進行有效性合法性分析；計時單元(2-5)，用 於時段累加，校時，時鐘引用；衛星時鐘單元(2-6)，用於存放用於遙測和廣播的衛星 時鐘數值，總線廣播(2-7)，接收來自衛星時鐘單元(2-6)的時鐘數據，通過1553B串 行數據總線(5)與應用測量(4)的終端連接，進行時鐘發布和誤差修正；誤差校正模塊 (2-8)，用於對衛星時鐘誤差進行校正，GPS設備(4-1)，用於接收衛星時鐘的廣播，並 測量衛星時鐘的誤差，應用測量(4)的GPS時差數據通過1553B串行數據總線(5)送往 誤差校正模塊(2-8)進行時差校正；地面測控⑶用於通過遙測(3-3)接收來自衛星時鐘(2-6)的時標信號，測量星地時差，通過遙控 (3-1)注數，通過誤差校正模塊(2-8)和計時單元(2-5)對衛星時鐘(2-6)進行修正；1553B串行數據總線用於向星上各個系統廣播標準的星上時鐘；應用測量⑷，包括GPS設備(4-1)，用於獲取當前標準時鐘數值並且檢測衛星時鐘與標準時鐘的時差， 作為衛星時鐘系統的校正源，地面可以通過遙控指令允許GPS的當前標準時鐘數值向衛 星時鐘系統授時，GPS時差提供自動校準衛星時鐘的數據；各個終端(4-2)，分別用於接 收衛星時鐘，對衛星終端的事件加上事件標籤。
2.如權利要求1所述的衛星時鐘裝置，其特徵在於所述的16位二進位mS計數器 (1-2)，用於對高穩晶體振蕩器計數，計滿溢出，自動清零。
3.如權利要求1或2所述的衛星時鐘裝置，其特徵在於所述的16位二進位mS計 數器(1-2)，也可以使用16位以上的計數器。
4.如權利要求1所述的衛星時鐘裝置，其特徵在於所述的衛星時鐘(2-6)的守時， 按照下列步驟進行(1)CPU定時器(2-1)在計滿6553.6mS後產生自然清零並中斷；(2)在中斷程序中讀取高穩時鐘16位二進位mS計數器的數值；(3)用本次讀取的高穩時鐘值並減去上一次讀取的數值，取得時段數據；(4)時段數據模為65536mS；(5)時段數據值進行正確性分析，中心值為6553mS，誤差不大於正負2mS，否則數 據放棄，使用默認數據6553mS;(6)將處理後的時段值加到計時單元；(7)CPU定時器(2-1)在中斷清零後，繼續守時，即時的衛星鐘等於計時單元的數值加上CPU定時器(2-1)，可以向應用系統廣播，可以用於遙測。
5.如權利要求1所述的衛星時鐘裝置，其特徵在於所述的GPS設備(4-1)使用GPS 返回時差數據可以進行自動校時，也可以通過GPS從遙測返回時差，進行可調間隔均勻 校時。
6.如權利要求1所述的衛星時鐘裝置，其特徵在於所述的CPU定時器(2-1)在計 滿65536mS溢出時產生定時中斷，定時器計滿產生中斷的數值可以設置成不同的數據， 但小於高穩時鐘計時器的計時範圍。
7.如權利要求1所述的衛星時鐘裝置，其特徵在於所述的衛星時鐘裝置可以形成 以下組合的工作模式(1)高穩時鐘(1)與星載計算機定時器(2-1)加測控均勻的校時模式；(2)高穩時鐘(1)與星載計算機定時器(2-1)加GPS自動均勻校時組合模式；(3)星載計算機定時器(2-1)與測控均勻的校時模式；(4)星載計算機定時器(2-1)加GPS自動均勻校時組合模式；(5)高穩時鐘(1)與星載計算機定時器(2-1)使用GPS時差的測控均勻的校時模式；(6)星載計算機定時器(2-1)與使用GPS時差的測控均勻的校時模式。
全文摘要
本發明涉及衛星電子設備控制系統，公開了一種簡約多模式的高穩衛星時鐘裝置，包括高穩時鐘(1)，作為高穩定時鐘的時鐘源；星載計算機(2)，用於產生6553.6mS的定時中斷讀取十六位二進位mS計數器數據；存放時鐘數值；地面測控(3)，用於測量星地時差，通過遙控注數對衛星鐘進行修正；GPS設備(4-1)，用於獲取當前標準時鐘數值並且檢測衛星時鐘與標準時鐘的時差。本發明解決了衛星時鐘可靠性和穩定度差，以及時延等問題，從而實現衛星時鐘高精度，高穩定度、高可靠的工作。
文檔編號G01S5/02GK102012671SQ20091019529
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者朱海園, 朱維, 章生平 申請人:上海衛星工程研究所