卫星舱间无线时间同步方法、系统及卫星 |
|||||||
| 申请号 | CN201910017427.5 | 申请日 | 2019-01-08 | 公开(公告)号 | CN109714125B | 公开(公告)日 | 2021-04-27 |
| 申请人 | 上海卫星工程研究所; | 发明人 | 黄庆龙; 孙立达; 王军旗; 陈晓; 彭攀; 陆希; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种卫星舱间无线时间同步方法、系统及卫星，包括：步骤A：卫星舱段A无线 微波 通信终端接收GPS/北斗秒脉冲 信号 及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，更新卫星舱段A无线微波通信终端的本地时间；步骤B：卫星舱段A无线微波通信终端以无线通信方式，向卫星舱段B无线微波通信终端发送第一时间码信息；步骤C：卫星舱段B无线微波通信终端根据第一时间码信息同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间。本发明解决了卫星舱段A和卫星舱段B在无线状态下高 精度 的时间同步问题，本发明给出了一种合理、易实现的较高精度的无线时间同步方法，具备很高的工程应用价值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种卫星舱间无线时间同步方法，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 卫星舱间无线时间同步方法、系统及卫星技术领域[0001] 本发明涉及卫星时间同步技术领域，具体地，涉及卫星舱间无线时间同步方法、系统及卫星。尤其是一种卫星舱间无线时间同步方法。 背景技术[0002] 时间作为基础物理量，在各领域中都有十分重要的意义。高精度的时间同步技术是实现高精度时间系统的关键,也是建立卫星导航定位系统的重要基础，直接影响系统导航、定位以及授时精度，对卫星性能会产生重要影响。 [0003] 由于复杂任务对高性能平台的需求，采用两舱分离式设计的卫星有更高的精度和稳定度，具备巨大的应用潜力，是未来卫星设计的发展趋势之一。两舱分离式设计中，舱间采用无线通信技术可以有效隔离两舱之间物理影响，对卫星性能的提升具有重要的意义。舱间无线通信技术的攻关研究迫切，对高精度的舱间无线时间同步技术提出了更高的要求。 [0004] 当前的时间同步方法主要是针对卫星与地面之间时间系统同步的研究，分舱式设计的舱间无线时间同步方法研究较少且精度未能完全满足星上对时统同步高精度的要求，可行性和可靠性均有待提升。 [0005] 例如，专利文献CN102882586A(申请号201210390636.2)公开了一种卫星时间同步系统，包括时间发送部分、时间传输部分和时间接收部分。其中，时间发送部分通过对GNSS导航信号进行接收，产生精确的UTC时间，并发出与UTC整秒时刻相对应的秒脉冲。时间传输部分将秒脉冲和与秒脉冲相对应的UTC整秒时刻信息传输至时间接收部分。时间接收部分接收秒脉冲和与秒脉冲相对应的UTC整秒时刻信息，由秒脉冲进行触发，通过本地时钟进行计数，从而获得精确的当前时间。 [0006] 该专利文献未涉及分舱式设计的舱间的无线时间同步。 发明内容[0008] 根据本发明提供的一种卫星舱间无线时间同步方法，包括： [0009] 步骤A：卫星舱段A无线微波通信终端接收GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，更新卫星舱段A无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息；其中，所述GPS/北斗是指：GPS或者北斗卫星导航系统； [0010] 步骤B：卫星舱段A无线微波通信终端以无线通信方式，向卫星舱段B无线微波通信终端发送所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息； [0011] 步骤C：卫星舱段B无线微波通信终端根据所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段B星载计算机发送时间脉冲信号及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0012] 步骤D：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机以一预设频率分别同步卫星舱段A内的单机时间及卫星舱段B内的单机时间。 [0013] 优选地，步骤A包括： [0014] 步骤A1：卫星舱段A的GPS/北斗接收机通过OC门向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息； [0015] 步骤A2：卫星舱段A无线微波通信终端通过OC门接收所述GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口接收所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息；其中，所述GPS/北斗秒脉冲信号的低电平前沿有效； [0016] 步骤A3：卫星舱段A无线微波通信终端根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息，更新卫星舱段A无线微波通信终端本地时间； [0017] 步骤A4：卫星舱段A无线微波通信终端向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述第一时间码信息。 [0018] 优选地，步骤C包括： [0019] 步骤C1：卫星舱段B无线微波通信终端根据接收到的所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，卫星舱段B无线微波通信终端通过通过OC门向卫星舱段B的单机输出时间脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段B的单机输出所述时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0020] 步骤C2：卫星舱段B的单机根据所述时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息同步本地时间； [0021] 步骤C3：卫星舱段B无线微波通信终端向卫星舱段B星载计算机输出时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息。 [0022] 优选地，步骤D包括： [0023] 步骤D1：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔一预设时间段，分别通过串口向卫星舱段A的单机及卫星舱段B的单机发送时间信息广播； [0024] 步骤D2：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔第二预设时间段向单机发送对时脉冲； [0025] 步骤D3：卫星舱段A内需要对时的单机和卫星舱段B内需要对时的单机，根据所述时间信息广播以及对时脉冲同步本地时间。 [0026] 根据本发明提供的一种卫星舱间无线时间同步系统，包括： [0027] GPS/北斗接收机：向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲信号，向卫星舱段A无线微波通信终端输出所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息； [0028] 卫星舱段A无线微波通信终端：接收所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息更新卫星舱段A无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，向卫星舱段B无线微波通信终端发送所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息； [0029] 卫星舱段B无线微波通信终端：根据所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段B星载计算机发送时间脉冲信号及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0030] 卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机以一预设频率分别同步卫星舱段A内的单机时间及卫星舱段B内的单机时间。 [0031] 优选地，GPS/北斗接收机通过OC门向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段A无线微波通信终端输出所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息。 [0032] 优选地，所述卫星舱段A无线微波通信终端通过OC门接收所述GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口接收所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息；其中，所述GPS/北斗秒脉冲信号的低电平前沿有效； [0033] 卫星舱段A无线微波通信终端根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息更新本地时间； [0034] 向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息。 [0035] 优选地，所述卫星舱段B无线微波通信终端根据接收到的所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，通过OC门向卫星舱段B的单机输出时间脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段B的单机输出时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0036] 卫星舱段B的单机根据所述时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息同步本地时间； [0037] 卫星舱段B无线微波通信终端向向卫星舱段B星载计算机输出时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息。 [0038] 优选地，所述卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔第一预设时间段，分别通过串口向卫星舱段A的单机及卫星舱段B的单机发送时间信息广播； [0039] 卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔第二预设时间段向单机发送对时脉冲； [0040] 卫星舱段A内需要对时的单机和卫星舱段B内需要对时的单机，根据所述时间信息广播以及对时脉冲同步本地时间。 [0041] 根据本发明提供的一种卫星，所述卫星包括上述卫星舱间无线时间同步系统。 [0042] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0043] 本发明提供一种卫星舱间无线时间同步方法，解决了卫星卫星舱段A和卫星舱段B之间无线通信需求下的时间同步问题，完成了卫星舱段A和卫星舱段B在无线状态下高精度的时间同步。本发明以卫星舱段A中的GPS/北斗秒脉冲信号为基准，前沿时间不大于50ns，脉冲宽度1ms±100us。通过合理的信号传输设计和优化，两舱间的无线微波通信终端时间同步精度可达200ns，保证了两卫星舱段的无线微波通信终端的本地绝对时间的一致性。本发明对于卫星卫星舱段A和卫星舱段B之间无线通信需求下的时间同步问题，给出了一种合理、易实现的较高精度的无线时间同步方法，具备很高的工程应用价值。附图说明 [0044] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0045] 图1为根据本发明的卫星舱间无线时间同步方法的流程步骤示意图。 [0046] 图2为根据本发明的卫星舱间无线时间同步方法中的步骤A的流程示意图。 [0047] 图3为根据本发明的卫星舱间无线时间同步方法中的步骤C的流程示意图。 [0048] 图4为根据本发明的卫星舱间无线时间同步方法中的步骤D的流程示意图。 [0049] 图5为根据本发明的优选例中的卫星舱间无线时间同步方法的原理示意图。 [0050] 图6为根据本发明的优选例中的GPS/北斗接收机输出的秒脉冲时序图。 [0051] 图7为根据本发明的优选例中的GPS/北斗接收机与卫星舱段A无线微波通信终端时间同步示意图。 [0052] 图8为根据本发明的优选例中的卫星舱段A无线微波通信终端与卫星舱段B无线微波通信终端时间同步示意图。 具体实施方式[0053] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0054] 如图1所示，根据本发明提供的一种卫星舱间无线时间同步方法，包括： [0055] 步骤S101：卫星舱段A无线微波通信终端接收GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，更新卫星舱段A无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息；其中，所述GPS/北斗是指：GPS或者北斗卫星导航系统； [0056] 步骤S102：卫星舱段A无线微波通信终端以无线通信方式，向卫星舱段B无线微波通信终端发送所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息；进一步地，卫星舱段A无线微波通信终端和卫星舱段B无线微波通信终端，根据舱间测量算法保持200ns的时间同步精度，卫星舱段B微波通信终端的本地绝对时间与卫星舱段A的本地绝对时间一致。 [0057] 步骤S103：卫星舱段B无线微波通信终端根据所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段B星载计算机发送时间脉冲信号及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0058] 步骤S104：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机以一预设频率分别同步卫星舱段A内的单机时间及卫星舱段B内的单机时间。 [0059] 具体地，如图2所示，步骤S101包括： [0060] 步骤S201：卫星舱段A的GPS/北斗接收机通过OC门向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息； [0061] 步骤S202：卫星舱段A无线微波通信终端通过OC门接收所述GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口接收所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息；其中，所述GPS/北斗秒脉冲信号的低电平前沿有效； [0062] 步骤S203：卫星舱段A无线微波通信终端根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息，更新卫星舱段A无线微波通信终端本地时间； [0063] 步骤S204：卫星舱段A无线微波通信终端向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述第一时间码信息。 [0064] 具体地，如图3所示，步骤S103包括： [0065] 步骤S301：卫星舱段B无线微波通信终端根据接收到的所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，卫星舱段B无线微波通信终端通过通过OC门向卫星舱段B的单机输出时间脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段B的单机输出所述时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0066] 步骤S302：卫星舱段B的单机根据所述时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息同步本地时间； [0067] 步骤S303：卫星舱段B无线微波通信终端向卫星舱段B星载计算机输出时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息。 [0068] 具体地，如图4所示，步骤S104包括： [0069] 步骤S401：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔一预设时间段，分别通过串口向卫星舱段A的单机及卫星舱段B的单机发送时间信息广播； [0070] 步骤S402：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔第二预设时间段向单机发送对时脉冲； [0071] 步骤S403：卫星舱段A内需要对时的单机和卫星舱段B内需要对时的单机，根据所述时间信息广播以及对时脉冲同步本地时间。 [0072] 如图5所示，本发明提供的卫星舱间无线时间同步系统，可以通过本发明给的卫星舱间无线时间同步方法的步骤流程实现。本领域技术人员可以将所述卫星舱间无线时间同步方法，理解为所述卫星舱间无线时间同步系统的一个优选例。 [0073] 根据本发明提供的一种卫星舱间无线时间同步系统，包括： [0074] GPS/北斗接收机：向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲信号，向卫星舱段A无线微波通信终端输出所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息； [0075] 卫星舱段A无线微波通信终端：接收所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息更新卫星舱段A无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，向卫星舱段B无线微波通信终端发送所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息； [0076] 卫星舱段B无线微波通信终端：根据所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，向卫星舱段B星载计算机发送时间脉冲信号及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0077] 卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机：卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机以一预设频率分别同步卫星舱段A内的单机时间及卫星舱段B内的单机时间。 [0078] 具体地，GPS/北斗接收机通过OC门向卫星舱段A无线微波通信终端输出GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段A无线微波通信终端输出所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息。 [0079] 具体地，所述卫星舱段A无线微波通信终端通过OC门接收所述GPS/北斗秒脉冲信号，通过异步RS422接口接收所述GPS/北斗秒脉冲对应的第一时间码信息；其中，所述GPS/北斗秒脉冲信号的低电平前沿有效； [0080] 卫星舱段A无线微波通信终端根据所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息更新本地时间； [0081] 向卫星舱段A星载计算机发送所述GPS/北斗秒脉冲信号及所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息。 [0082] 具体地，所述卫星舱段B无线微波通信终端根据接收到的所述GPS/北斗秒脉冲信号对应的第一时间码信息，同步卫星舱段B无线微波通信终端的本地时间，通过OC门向卫星舱段B的单机输出时间脉冲信号，通过异步RS422接口向卫星舱段B的单机输出时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息； [0083] 卫星舱段B的单机根据所述时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息同步本地时间； [0084] 卫星舱段B无线微波通信终端向向卫星舱段B星载计算机输出时间秒脉冲信号以及时间秒脉冲信号对应的第二时间码信息。 [0085] 具体地，所述卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔第一预设时间段，分别通过串口向卫星舱段A的单机及卫星舱段B的单机发送时间信息广播； [0086] 卫星舱段A星载计算机及卫星舱段B星载计算机每隔第二预设时间段向单机发送对时脉冲； [0087] 卫星舱段A内需要对时的单机和卫星舱段B内需要对时的单机，根据所述时间信息广播以及对时脉冲同步本地时间。 [0088] 根据本发明提供的一种卫星，所述卫星包括上述卫星舱间无线时间同步系统。 [0089] 下面通过优选例，对本发明进行更为具体的说明。 [0090] 优选例1： [0091] 请参阅图5，步骤1，以卫星舱段A中的GPS/北斗秒脉冲信号为基准，利用卫星舱段A无线微波通信终端将秒脉冲信号通过无线方式传输到卫星舱段B无线微波通信终端，实现两舱高精度的时间同步。 [0092] 步骤2，GPS/北斗接收机输出一路秒脉冲校时时间码信号接口，OC门输出，低电平前沿有效，前沿时间不大于50ns，脉冲宽度1ms±100us，如图6所示。 [0093] 步骤3，如图7所述，卫星舱段A无线微波通信终端通过OC门从GPS/北斗接收机接收GPS/北斗秒脉冲信号，同时通过异步RS422接收秒脉冲对应的时间码信息，更新自己的本地绝对时间，时间码数据格式设计如表1所示，其中数据有效标记：AAAAH表示时间码数据有效，5555H表示时间码数据无效，累计秒为北京时间2010年1月1日零时起的累加值，单位为s。 [0094] [0095] [0096] 表1整秒时间码数据格式 [0097] 步骤4，如图8所示，卫星舱段A无线微波通信终端通过无线通信将时间码发送至卫星舱段B无线微波通信终端。两个无线微波通信终端之间可根据舱间测量算法保持200ns的时间同步精度，因此卫星舱段B无线微波通信终端的本地绝对时间能与卫星舱段A一致，卫星舱段B无线微波通信终端通过OC门输出秒脉冲，通过异步RS422输出时间码，供卫星舱段B其余各单机使用。其中，时间码数据格式设计与表1一致。 [0098] 步骤5，卫星舱段A星载计算机、卫星舱段B星载计算机每0.5秒通过串口向各单机发送时间信息广播，在每个整秒时间向需要的单机发送对时脉冲，解决两舱各单机之间高精度的时间同步问题。 |
||||||
