本發(fā)明涉及一種高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)時(shí)間同步誤差控制技術(shù)，用于削弱因微量時(shí)間誤差引起的系統(tǒng)控制誤差。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)的不斷進(jìn)步，衛(wèi)星所具備的功能越來越強(qiáng)大，衛(wèi)星平臺(tái)的控制精度和穩(wěn)定度要求越來越高，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，星上單機(jī)的測量精度已經(jīng)無法大幅度提升,因此提升衛(wèi)星平臺(tái)的控制精度需要從單機(jī)測量值的使用方面著手。在目前的研究模式下，經(jīng)過分析研究，發(fā)現(xiàn)各單機(jī)之間的時(shí)統(tǒng)誤差會(huì)在進(jìn)行姿態(tài)解算時(shí)合并放大，對衛(wèi)星平臺(tái)的控制精度帶來影響。

在現(xiàn)有研制模式下，星載軟件在每周期開始時(shí)刻對各單機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在驗(yàn)證無誤后將有效數(shù)據(jù)傳遞至算法模塊。作為測量機(jī)構(gòu)，星敏感器會(huì)將t1時(shí)刻采集到的姿態(tài)信息發(fā)送至星上，同時(shí)陀螺組合會(huì)將t2時(shí)刻采集到的姿態(tài)信息發(fā)送至星上。星上軟件繼續(xù)運(yùn)行，在經(jīng)過模式判斷、模式切換、當(dāng)前狀態(tài)判斷、遙測量發(fā)送、遙控注數(shù)接收等一系列運(yùn)算后，軟件流程走到姿態(tài)確定模塊。姿態(tài)確定模塊需要將周期開始時(shí)刻采集到的星敏感器姿態(tài)信息和陀螺組合測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過濾波算法解算得出當(dāng)前的衛(wèi)星姿態(tài)(t3時(shí)刻)。由于衛(wèi)星姿態(tài)在連續(xù)發(fā)生變化，t1時(shí)刻的星敏感器姿態(tài)信息和t2時(shí)刻的陀螺組合信息會(huì)存在相對誤差，在t3時(shí)刻對兩者進(jìn)行融合濾波時(shí)會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)定差。在高精確度高穩(wěn)定度的控制要求下，必須將這一系統(tǒng)定差減小到一定范圍內(nèi)。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種高品質(zhì)平臺(tái)時(shí)間同步誤差控制技術(shù)，能夠一定程度上消除因時(shí)間誤差引起的系統(tǒng)誤差，進(jìn)而達(dá)到高精度高穩(wěn)定度的衛(wèi)星平臺(tái)控制要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高精度時(shí)間基準(zhǔn)同步技術(shù)，能夠在一定程度上消除因時(shí)間誤差引起的系統(tǒng)誤差，提升衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)控制精度。

基于上述目的，本發(fā)明公開了一種高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)時(shí)間同步誤差的控制方法，該控制方法包含如下步驟：

步驟1，衛(wèi)星平臺(tái)上電，授時(shí)單元處于等待模式，星載計(jì)算機(jī)每周期（該周期為星載軟件控制周期，周期長度為0.5s）與授時(shí)單元進(jìn)行通訊握手，建立并保持工作狀態(tài)，在等待模式下授時(shí)單元不發(fā)送時(shí)間同步脈沖，此時(shí)各單機(jī)的時(shí)鐘切換為單機(jī)自身時(shí)鐘；

步驟2，在衛(wèi)星平臺(tái)狀態(tài)穩(wěn)定，開始進(jìn)行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集后，星載計(jì)算機(jī)向授時(shí)單元發(fā)送授時(shí)指令，授時(shí)單元在收到授時(shí)指令后，開始向各單機(jī)發(fā)送脈沖波（校時(shí)脈沖信號）；各單機(jī)在收到校時(shí)脈沖信號后進(jìn)行濾波處理：低脈沖脈寬小于2us時(shí)，當(dāng)做雜波濾除；低脈沖脈寬達(dá)到2us時(shí)，觸發(fā)中斷，各單機(jī)由單機(jī)時(shí)鐘模式切換為時(shí)鐘同步模式；在時(shí)鐘同步模式下，授時(shí)單元每100ms向各單機(jī)發(fā)送脈沖同步信號，保證各單機(jī)的時(shí)間零位一致；其中，各單機(jī)均設(shè)有一個(gè)時(shí)間模塊，該時(shí)間模塊對接收到的脈沖同步信號進(jìn)行個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)為m；在收到第一條脈沖同步信號后，開始以20us為一個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行個(gè)數(shù)累加為n，在收到下一條脈沖同步信號后將累加個(gè)數(shù)清零，在t時(shí)刻單機(jī)輸出姿態(tài)信息，此時(shí)時(shí)間模塊收到m個(gè)脈沖同步信號，20us時(shí)間單位累加個(gè)數(shù)為n，則t時(shí)刻各單機(jī)的星上時(shí)間為t=0.1*m+0.00002*n，單位為秒；

步驟3，將單機(jī)測量信號發(fā)送至星載計(jì)算機(jī)，該單機(jī)測量信號還包括采集時(shí)刻時(shí)間戳，該采集時(shí)刻時(shí)間戳是指各單機(jī)在測量采集完成時(shí)刻的當(dāng)前單機(jī)時(shí)間。

較佳地，步驟2中，授時(shí)單元以脈沖波的形式向各單機(jī)發(fā)送授時(shí)脈沖，各單機(jī)收到脈沖波的時(shí)間誤差在1us以內(nèi)。

較佳地，步驟2中的脈沖波為脈沖方波，fpga通過監(jiān)測下降沿來判斷是否接收到授時(shí)脈沖，故方波最簡單可靠。

較佳地，步驟2中的授時(shí)指令包括脈沖方向、脈寬長度、占空比及觸發(fā)方式信息。

較佳地，步驟2中，所述的授時(shí)指令為32位無符號整數(shù)，所述的授時(shí)指令為16#aa0a2706#，其中，0~15位16#2706#代表9990個(gè)刻度為0.1ms的時(shí)間長度，16~23位16#0a#代表10個(gè)刻度為0.1ms的時(shí)間長度，24~27位16#a#位代表脈沖發(fā)生方向?yàn)橛烧冐?fù)，28~31位16#a#代表啟動(dòng)脈沖發(fā)送。

較佳地，在集中校時(shí)前，星載計(jì)算機(jī)每周期和授時(shí)單元進(jìn)行通訊握手，以確保授時(shí)單元處于可工作狀態(tài)，在開始集中校時(shí)后，各單機(jī)在20us內(nèi)響應(yīng)授時(shí)命令，單機(jī)由自身時(shí)鐘模式切換到授時(shí)模式。

較佳地，所述的集中校時(shí)是指星載計(jì)算機(jī)根據(jù)其接收的單機(jī)測量信號及來自授時(shí)單元的授時(shí)脈沖信息后，調(diào)整授時(shí)指令，并將調(diào)整后的授時(shí)指令發(fā)送到授時(shí)單元，授時(shí)單元接收該授時(shí)指令后，發(fā)送時(shí)鐘同步脈沖至各單機(jī)。

本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)平臺(tái)時(shí)間同步誤差控制技術(shù)，分別在硬件層面和軟件層面進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)統(tǒng)的控制。

在系統(tǒng)硬件層面，時(shí)鐘同步模塊每100ms向系統(tǒng)各單機(jī)發(fā)送脈沖同步信號，保證各單機(jī)的時(shí)間零位一致。各單機(jī)加裝一個(gè)時(shí)間模塊，該模塊具有兩項(xiàng)功能：第一，對接收到的脈沖同步信號進(jìn)行個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)；第二，在收到第一條脈沖同步信號后，開始以20us為一個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行個(gè)數(shù)累加，在收到下一條脈沖同步信號后將累加個(gè)數(shù)清零。以星敏感器為例，在衛(wèi)星系統(tǒng)加電后，時(shí)鐘同步模塊開始往各單機(jī)發(fā)送脈沖同步信號，星敏感器自帶的時(shí)間模塊以20us為一個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行個(gè)數(shù)累加，在t時(shí)刻星敏感器輸出姿態(tài)信息，此時(shí)時(shí)間模塊收到m個(gè)脈沖同步信號，20us時(shí)間單位累加個(gè)數(shù)為n，則t時(shí)刻星上系統(tǒng)時(shí)間為t=0.1*m+0.00002*n（單位：秒）。

在系統(tǒng)軟件層面，系統(tǒng)采用時(shí)間補(bǔ)償控制技術(shù)進(jìn)行時(shí)差同步，確?？刂茣r(shí)刻敏感器測量數(shù)據(jù)（衛(wèi)星真實(shí)指向狀態(tài)）準(zhǔn)確性。各單機(jī)在輸出測量信息時(shí)增加測量時(shí)刻的星上系統(tǒng)時(shí)間，系統(tǒng)在接收到各單機(jī)測量數(shù)據(jù)后，通過融合算法，結(jié)合相對時(shí)間誤差量完成數(shù)據(jù)濾波，提升數(shù)據(jù)精度。

本發(fā)明通過硬鐘同步（硬鐘同步是指通過硬線傳遞高低電平來實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步指令信號的發(fā)送；其與軟時(shí)鐘同步的區(qū)別在于，軟時(shí)鐘通過軟件內(nèi)部標(biāo)志位的置位與復(fù)位來完成校時(shí)工作，與硬線時(shí)鐘相比較而言，誤差相對較大）的方式將對所有星上單機(jī)進(jìn)行授時(shí)，單機(jī)通過脈沖計(jì)數(shù)來推算當(dāng)前星上時(shí)刻，配合各單機(jī)高精度自計(jì)時(shí)模塊確定信號產(chǎn)生時(shí)刻，在星載計(jì)算機(jī)進(jìn)行單機(jī)數(shù)據(jù)采集時(shí)一并將時(shí)間信號取回，作為姿態(tài)確定依據(jù)。該方法適用于所有衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)，能有效消除因各單機(jī)之間時(shí)間不同步帶來的控制誤差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)時(shí)間同步誤差的控制方法的數(shù)據(jù)流程圖。

圖2為本發(fā)明的一種高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)時(shí)間同步誤差的控制方法的軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，為本發(fā)明的一種高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)時(shí)間同步誤差的控制方法的數(shù)據(jù)流程圖，其中，該高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)包含：星載計(jì)算機(jī)、授時(shí)單元及若干單機(jī)（包含單機(jī)a、單機(jī)b、單機(jī)c、單機(jī)d、單機(jī)e、單機(jī)f等）。星載計(jì)算機(jī)通過向授時(shí)單元發(fā)送授時(shí)指令控制授時(shí)單元發(fā)出的授時(shí)脈沖，該授時(shí)單元發(fā)出的授時(shí)脈沖信號反饋至星載計(jì)算機(jī)，以防止授時(shí)脈沖信號誤觸發(fā)，在星載計(jì)算機(jī)未發(fā)送授時(shí)脈沖啟動(dòng)命令時(shí)，若接收到授時(shí)脈沖，則判定為誤觸發(fā)，由星載計(jì)算機(jī)控制脈沖發(fā)生器停止發(fā)送或進(jìn)行異常報(bào)告；各單機(jī)接收授時(shí)單元同步發(fā)送的授時(shí)脈沖信號，先進(jìn)行濾波處理，該濾波處理是指濾除脈寬小于2us低脈沖雜波，當(dāng)?shù)兔}沖脈寬達(dá)到2us時(shí)，觸發(fā)中斷。在收到中斷信號后，各單機(jī)立即由單機(jī)時(shí)鐘模式切換為時(shí)鐘同步模式。此時(shí)，各單機(jī)的時(shí)間模塊會(huì)計(jì)算各單機(jī)的星上時(shí)間，各單機(jī)將單機(jī)測量信號（其測量的信息及當(dāng)前的星上時(shí)間）發(fā)送至星載計(jì)算機(jī)。星載計(jì)算機(jī)根據(jù)該單機(jī)測量信號及授時(shí)單元反饋的授時(shí)脈沖信息，判斷并決定是否需要進(jìn)行集中校時(shí)。

本發(fā)明的控制方法采用的步驟包含：第一步授時(shí)單元授時(shí)精準(zhǔn)；第二步授時(shí)脈沖信號可調(diào)；第三步單機(jī)響應(yīng)靈敏；第四步時(shí)鐘計(jì)算方法準(zhǔn)確；第五步單機(jī)測量信號包含時(shí)間戳。具體為：

（1）授時(shí)單元授時(shí)精準(zhǔn)

授時(shí)單元以脈沖方波的形式向各單機(jī)發(fā)送授時(shí)指令，各單機(jī)收到脈沖方波的時(shí)間誤差在1us以內(nèi)。

（2）授時(shí)脈沖信號可調(diào)

授時(shí)單元由星載計(jì)算機(jī)控制，需要校時(shí)時(shí)，由星載計(jì)算機(jī)向授時(shí)單元發(fā)送授時(shí)指令，該指令包括脈沖方向、脈寬長度、占空比等信息。授時(shí)單元在收到授時(shí)指令后，開始向各單機(jī)發(fā)送時(shí)鐘同步脈沖。授時(shí)指令為32位無符號整數(shù)，具體指令解析如下：

寫入數(shù)據(jù)為：16#aa0a2706#。

其中0~15位16#2706#表示空閑脈沖長度為9990*0.1ms=0.999s；

其中16~23位16#0a#表示授時(shí)脈沖長度為10*0.1ms=0.001s；

其中24~27位16#a#表示授時(shí)脈沖電平為低，空閑脈沖電平為高；若需要調(diào)整授時(shí)脈沖電平為高，改為16#5#即可；

其中28~31位16#a#表示開始發(fā)送授時(shí)脈沖；若需要停止發(fā)送，改為16#5#即可。

（3）單機(jī)響應(yīng)靈敏

在衛(wèi)星平臺(tái)上電后，若不需要進(jìn)行集中校時(shí)，授時(shí)單元處于等待模式，星載計(jì)算機(jī)每周期與授時(shí)單元進(jìn)行通訊握手，建立并保持工作狀態(tài)，在等待模式下授時(shí)單元不發(fā)送時(shí)間同步脈沖，此時(shí)各單機(jī)的時(shí)鐘為單機(jī)自身時(shí)鐘。在衛(wèi)星平臺(tái)狀態(tài)穩(wěn)定，開始進(jìn)行姿態(tài)數(shù)據(jù)采集后，星載計(jì)算機(jī)向授時(shí)單元發(fā)送授時(shí)指令。授時(shí)單元在收到授時(shí)指令后，開始向外發(fā)送脈沖方波。各單機(jī)在收到校時(shí)脈沖后進(jìn)行濾波處理，低脈沖脈寬小于2us時(shí)，當(dāng)做雜波濾除，低脈沖脈寬達(dá)到2us時(shí)，觸發(fā)中斷。在收到中斷信號后，各單機(jī)立即由單機(jī)時(shí)鐘模式切換為時(shí)鐘同步模式。

（4）時(shí)鐘計(jì)算方法準(zhǔn)確

授時(shí)單元每100ms向系統(tǒng)各單機(jī)發(fā)送脈沖同步信號，保證各單機(jī)的時(shí)間零位一致。各單機(jī)增加一個(gè)時(shí)間模塊，該模塊具有兩項(xiàng)功能：第一，對接收到的脈沖同步信號進(jìn)行個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)；第二，在收到第一條脈沖同步信號后，開始以20us為一個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行個(gè)數(shù)累加，在收到下一條脈沖同步信號后將累加個(gè)數(shù)清零。以單機(jī)a為例，在衛(wèi)星系統(tǒng)加電后，授時(shí)單元開始往各單機(jī)發(fā)送脈沖同步信號，單機(jī)a自帶的時(shí)間模塊以20us為一個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行個(gè)數(shù)累加，在t時(shí)刻單機(jī)a輸出姿態(tài)信息，此時(shí)時(shí)間模塊收到m個(gè)脈沖同步信號，20us時(shí)間單位累加個(gè)數(shù)為n，則t時(shí)刻星上系統(tǒng)時(shí)間為t=0.1*m+0.00002*n（單位：秒）。

（5）單機(jī)測量信號包含時(shí)間戳

單機(jī)測量值包含采集時(shí)刻時(shí)間戳。各單機(jī)在測量采集完成時(shí)刻，取當(dāng)前單機(jī)時(shí)間，作為測量值的一部分發(fā)送至星載計(jì)算機(jī)。

在系統(tǒng)軟件層面，系統(tǒng)采用時(shí)間補(bǔ)償控制技術(shù)進(jìn)行時(shí)差同步，確?？刂茣r(shí)刻敏感器測量數(shù)據(jù)（衛(wèi)星真實(shí)指向狀態(tài)）準(zhǔn)確性。各單機(jī)在輸出測量信息時(shí)增加測量時(shí)刻的星上系統(tǒng)時(shí)間，系統(tǒng)在接收到各單機(jī)測量數(shù)據(jù)后，通過融合算法，結(jié)合相對時(shí)間誤差量完成數(shù)據(jù)濾波，提升數(shù)據(jù)精度。如圖2所示，與單機(jī)a、單機(jī)b信號連接的融合濾波算法模塊僅針對特定單機(jī)使用，作為星載軟件算法的一部分，用于提升精度。與單機(jī)c、單機(jī)d信號連接的同步時(shí)差消除算法也是性在軟件算法的一部分，用于減少誤差。單機(jī)x代表單機(jī)e，單機(jī)f等單機(jī)，其測量信號可直接給出，相對測量要求沒有前面四個(gè)單機(jī)高，不用通過算法處理。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。