專利名稱：一種飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘校時(shí)和冗余修正的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間電子控制方法，尤其涉及一種飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘校時(shí)與冗余修正方法。
背景技術(shù)：
飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘是飛行器必須具備的要素。穩(wěn)定、精準(zhǔn)的飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘是飛行器遙測信息具有參考價(jià)值的前提，是飛行器姿、軌控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、準(zhǔn)確控制的必需條件， 是飛行器星載儀器設(shè)備按計(jì)劃在預(yù)定區(qū)域、預(yù)定時(shí)間實(shí)施某項(xiàng)特定任務(wù)的必要保證。
為了使系統(tǒng)時(shí)鐘滿足一定的精度并穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，必須采取校時(shí)措施。目前飛行器采用的校時(shí)措施有地面授時(shí)，集中校時(shí)，GPS授時(shí)，均勻校時(shí)。地面授時(shí)、集中校時(shí)和 GPS授時(shí)一般在飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘相對精確參考時(shí)鐘偏差量較大時(shí)進(jìn)行，需在可見弧段內(nèi)通過遙控指令、遙控注數(shù)完成，因此不能實(shí)時(shí)精確地對飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行修正。均勻校時(shí)依賴于地面測控系統(tǒng)對于飛行器時(shí)鐘一段時(shí)間內(nèi)的觀察和比較，對飛行器頻標(biāo)受溫度影響引起的短暫變化或其它因素引起的短周期變化無法進(jìn)行判斷并修正。
如果能夠在星載GPS接收機(jī)定位時(shí)，利用GPS接收機(jī)提供的整秒信號，對飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，同時(shí)以均勻校時(shí)作為GPS接收機(jī)非定位時(shí)的補(bǔ)充手段，將大大提高飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定度和精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是充分利用測控資源和星載GPS接收機(jī)，克服僅依賴于地面測控資源或僅依賴于GPS接收機(jī)對飛行器進(jìn)行時(shí)鐘修正的局限性，實(shí)現(xiàn)使系統(tǒng)時(shí)鐘滿足一定的精度并穩(wěn)定可靠地運(yùn)行的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘校時(shí)和冗余修正的方法，其特征在于包括如下步驟
步驟1、入軌后飛行器運(yùn)行初期，GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性待判斷，GPS校時(shí)禁止，僅由地面測控系統(tǒng)對飛行器實(shí)施集中校時(shí)或均勻校時(shí)；
第2步、設(shè)定星地時(shí)差超過5毫秒時(shí)實(shí)施集中校時(shí)，集中校時(shí)后保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為5毫秒，通過均勻校時(shí)保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為1毫秒；
第3步、經(jīng)過對GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性的觀察，判斷其工作正常，性能穩(wěn)定，并通過 GPS接收機(jī)提供的遙測狀態(tài)參數(shù)判斷其定位后，地面向星務(wù)管理計(jì)算機(jī)注入GPS校時(shí)允許標(biāo)志；
第4步、星務(wù)管理計(jì)算機(jī)利用GPS秒中斷信號，比較星務(wù)管理計(jì)算機(jī)與GPS整秒信號誤差；
當(dāng)整秒信號誤差小于士20毫秒時(shí)，星務(wù)系統(tǒng)軟件認(rèn)為該整秒信號誤差有效；
當(dāng)該誤差絕對值大于等于1毫秒時(shí)，若連續(xù)8秒判斷該整秒信號誤差有效時(shí)，取連續(xù)8秒判斷整秒信號誤差的平均值，采用一次修正的方式，將修正平均值后的飛行器系統(tǒng)時(shí)間寫入時(shí)鐘寄存器；
當(dāng)該誤差絕對值小于1毫秒時(shí)，采用撥鐘方式修正即每次撥100微秒，直至將整秒信號誤差修正至100微秒內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用集中校時(shí)、均勻校時(shí)和GPS接收機(jī)秒信號校時(shí)多種校時(shí)措施并舉，優(yōu)勢互補(bǔ)、互為冗余的方法，提高飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定度和精度。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中
圖1星務(wù)管理計(jì)算機(jī)產(chǎn)生時(shí)差值的方式；
圖2GPS秒信號自主校時(shí)過程邏輯圖3時(shí)鐘處理流程。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及的飛行器時(shí)鐘校時(shí)系統(tǒng)主要包括地面測控系統(tǒng)、GPS接收機(jī)、星務(wù)管理計(jì)算機(jī)等部分，其中地面測控系統(tǒng)用于接收、積累飛行器遙測數(shù)據(jù)，對飛行器時(shí)鐘進(jìn)行一段時(shí)間的觀察，并將之與精確參考時(shí)統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較，根據(jù)飛行器集中校時(shí)的門限要求，判斷是否需要對飛行器注入集中校時(shí)量；根據(jù)一段時(shí)間的觀察計(jì)算飛行器均勻校時(shí)量并對飛行器注入均勻校時(shí)量。觀察GPS定位標(biāo)志，若GPS定位正常，注入GPS校時(shí)允許標(biāo)志，開通 GPS校時(shí)。GPS接收機(jī)，用于提供GPS整秒信號。同時(shí)給出GPS定位標(biāo)志，供校時(shí)判斷使用。 圖1為星務(wù)管理計(jì)算機(jī)產(chǎn)生時(shí)差值的方式示意圖。星務(wù)管理計(jì)算機(jī)本機(jī)秒信號與GPS秒信號差值大于等于20毫秒的情況下，星務(wù)管理計(jì)算機(jī)在每次秒信號后20毫秒處更新差值寄存器，給出該差值無效標(biāo)志(超出20毫秒范圍)，并中斷CPU。當(dāng)星務(wù)管理計(jì)算機(jī)本機(jī)秒信號落后于GPS秒信號，差值小于20毫秒時(shí)，星務(wù)管理計(jì)算機(jī)在每次秒信號發(fā)生時(shí)更新差值寄存器，給出該差值為正標(biāo)志，并中斷CPU。當(dāng)星務(wù)管理計(jì)算機(jī)本機(jī)秒信號提前于GPS秒信號，差值小于20毫秒時(shí)，星務(wù)管理計(jì)算機(jī)在每次秒信號發(fā)生時(shí)更新差值寄存器，給出該差值為負(fù)標(biāo)志，并中斷CPU。因此，星務(wù)管理計(jì)算機(jī)通過比對本機(jī)時(shí)間基準(zhǔn)的整秒信號與GPS 的整秒信號，每秒中斷CPU，向軟件提供校時(shí)差值，單位為10us。當(dāng)校時(shí)差值在門限范圍內(nèi) (士20毫秒)時(shí)軟件根據(jù)校時(shí)差值調(diào)整時(shí)間基準(zhǔn)。基于上述系統(tǒng)，采用集中校時(shí)、均勻校時(shí)和GPS接收機(jī)秒信號校時(shí)的精確校時(shí)與冗余修正方法，包括下列校時(shí)控制和計(jì)算過程步驟
步驟1、入軌后飛行器運(yùn)行初期，GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性待判斷，GPS校時(shí)禁止，僅由地面測控系統(tǒng)對飛行器實(shí)施集中校時(shí)或均勻校時(shí)。
第2步、設(shè)定星地時(shí)差超過5毫秒時(shí)實(shí)施集中校時(shí)，集中校時(shí)后保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為5毫秒。通過均勻校時(shí)保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為1毫秒。
第3步、經(jīng)過對GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性的觀察，判斷其工作正常，性能穩(wěn)定，并通過 GPS接收機(jī)提供的遙測狀態(tài)參數(shù)判斷其定位后，地面向星務(wù)管理計(jì)算機(jī)注入GPS校時(shí)允許標(biāo)志ο
第4步、星務(wù)管理計(jì)算機(jī)利用GPS秒中斷信號，比較星務(wù)管理計(jì)算機(jī)與GPS整秒信號誤差。當(dāng)整秒信號誤差小于士20毫秒時(shí)，星務(wù)系統(tǒng)軟件認(rèn)為該整秒信號誤差有效。當(dāng)該誤差絕對值大于等于1毫秒時(shí)，若連續(xù)8秒判斷該整秒信號誤差有效時(shí)，取連續(xù)8秒判斷整秒信號誤差的平均值，采用一次修正的方式，將修正平均值后的飛行器系統(tǒng)時(shí)間寫入時(shí)鐘寄存器。當(dāng)該誤差絕對值小于1毫秒時(shí)，采用撥鐘方式修正即每次撥100微秒，直至將整秒信號誤差修正至100微秒內(nèi)。由于寫入時(shí)鐘寄存器1次將產(chǎn)生幾十微秒時(shí)差，而撥鐘方式的時(shí)差可忽略不計(jì)，故根據(jù)時(shí)差范圍采用不同方式修正，可提高校時(shí)精度。經(jīng)GPS校時(shí)， 飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘與GPS時(shí)間差值穩(wěn)定在0. 1毫秒以內(nèi)。
均勻校時(shí)與GPS校時(shí)共存，互為冗余，優(yōu)勢互補(bǔ)。星務(wù)系統(tǒng)軟件允許地面對飛行器進(jìn)行均勻校時(shí)，均勻校時(shí)與GPS校時(shí)可同時(shí)存在。當(dāng)GPS正常時(shí)，GPS校時(shí)允許，此時(shí)GPS校時(shí)發(fā)揮作用，使星務(wù)管理計(jì)算機(jī)時(shí)間與GPS時(shí)間差值穩(wěn)定在0. 1毫秒以內(nèi)。一旦GPS不正常，GPS校時(shí)禁止，此時(shí)均勻校時(shí)發(fā)揮作用，使星地時(shí)差控制在1毫秒以內(nèi)。
圖2為GPS校時(shí)過程邏輯圖，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)GPS校時(shí)功能
1)當(dāng)星務(wù)軟件判斷有GPS中斷，GPS校時(shí)允許，且GPS時(shí)鐘與系統(tǒng)鐘時(shí)差在20毫秒內(nèi)時(shí)作后續(xù)處理。
2) GPS時(shí)鐘與系統(tǒng)鐘時(shí)差絕對值大于等于1毫秒時(shí)，將連續(xù)8次的時(shí)差平均值通過時(shí)鐘寫入方式校時(shí)。
3) GPS時(shí)鐘與系統(tǒng)鐘時(shí)差絕對值小于1毫秒且大于等于100微秒時(shí)，通過撥鐘方式校時(shí)(避免帶來寫入誤差)。
圖3為時(shí)鐘處理流程邏輯圖，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘維護(hù)功能
1)集中校時(shí)處理；
2)均勻校時(shí)處理；
3) GPS秒信號自主校時(shí)處理。
權(quán)利要求
1. 一種飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘校時(shí)和冗余修正的方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1、入軌后飛行器運(yùn)行初期，GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性待判斷，GPS校時(shí)禁止，僅由地面測控系統(tǒng)對飛行器實(shí)施集中校時(shí)或均勻校時(shí)；第2步、設(shè)定星地時(shí)差超過5毫秒時(shí)實(shí)施集中校時(shí)，集中校時(shí)后保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為5毫秒，通過均勻校時(shí)保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為1毫秒；第3步、經(jīng)過對GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性的觀察，判斷其工作正常，性能穩(wěn)定，并通過GPS 接收機(jī)提供的遙測狀態(tài)參數(shù)判斷其定位后，地面向星務(wù)管理計(jì)算機(jī)注入GPS校時(shí)允許標(biāo)志；第4步、星務(wù)管理計(jì)算機(jī)利用GPS秒中斷信號，比較星務(wù)管理計(jì)算機(jī)與GPS整秒信號誤差；當(dāng)整秒信號誤差小于士20毫秒時(shí)，星務(wù)系統(tǒng)軟件認(rèn)為該整秒信號誤差有效； 當(dāng)該誤差絕對值大于等于1毫秒時(shí)，若連續(xù)8秒判斷該整秒信號誤差有效時(shí)，取連續(xù) 8秒判斷整秒信號誤差的平均值，采用一次修正的方式，將修正平均值后的飛行器系統(tǒng)時(shí)間寫入時(shí)鐘寄存器；當(dāng)該誤差絕對值小于1毫秒時(shí)，采用撥鐘方式修正即每次撥100微秒，直至將整秒信號誤差修正至100微秒內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘校時(shí)和冗余修正的方法，其特征在于包括如下步驟步驟1、入軌后飛行器運(yùn)行初期，GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性待判斷，GPS校時(shí)禁止，僅由地面測控系統(tǒng)對飛行器實(shí)施集中校時(shí)或均勻校時(shí)；第2步、設(shè)定星地時(shí)差超過5毫秒時(shí)實(shí)施集中校時(shí)，集中校時(shí)后保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為5毫秒，通過均勻校時(shí)保證飛行器系統(tǒng)時(shí)鐘的精度為1毫秒；第3步、經(jīng)過對GPS接收機(jī)工作穩(wěn)定性的觀察，判斷其工作正常，性能穩(wěn)定，并通過GPS接收機(jī)提供的遙測狀態(tài)參數(shù)判斷其定位后，地面向星務(wù)管理計(jì)算機(jī)注入GPS校時(shí)允許標(biāo)志；第4步、星務(wù)管理計(jì)算機(jī)利用GPS秒中斷信號，比較星務(wù)管理計(jì)算機(jī)與GPS整秒信號誤差。
文檔編號G04G5/00GK102520606SQ20111036245
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者李巍, 李美光, 陳兆云 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所