CN113341685A - 一种卫星时间管理方法、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种卫星时间管理方法、电子设备及介质，该方法应用于卫星时间管理***，所述卫星时间管理***包括：卫星、安装在所述卫星中的综合电子***和与所述卫星综合电子***通信连接的多个卫星分***；所述卫星综合电子***包括第一时钟源，所述卫星分***包括第二时钟源；该方法包括：卫星综合电子***在检测到卫星脱离其承载载体时，通过第一时钟源开始计时；卫星综合电子***通过双总线向多个卫星分***广播第一时钟源计时的时间信息；本申请通过双总线进行广播传输，提高了时间管理的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及卫星时间管理技术领域，具体而言，涉及一种卫星时间管理方法、电子设备及介质。
背景技术
人造地球卫星指环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器，简称人造卫星。人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快的航天器。主要用于科学探测和研究、天气预报、土地资源调查、土地利用、区域规划、通信、跟踪、导航等各个领域。
航天器运行过程中由于对其运行轨道要求非常严格，需要定期进行轨道维护，而轨道***对时间的准确程度依赖非常高，需要准确的时间***。而现有技术的时间管理方法，难以满足现有航天器对时间准确性的需求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种卫星时间管理方法、电子设备及介质，通过多种方式结合，对卫星时间进行管理，提高了卫星时间管理的可靠性。
第一方面，本申请实施例提供了一种卫星时间管理方法，应用于卫星时间管理***，所述卫星时间管理***包括：卫星、安装在所述卫星中的综合电子***和与所述卫星综合电子***通信连接的多个卫星分***；所述卫星综合电子***包括第一时钟源，所述卫星分***包括第二时钟源；所述方法包括：
所述卫星综合电子***在检测到卫星脱离其承载载体时，通过所述第一时钟源开始计时；
所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播所述第一时钟源计时的时间信息；所述双总线包括第一总线和第二总线；
每一个所述卫星分***若同时接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第一总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第二总线广播的时间信息，则以来自第二总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；每一个所述卫星分***若未接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则保留以所述第二时钟源计时的时间信息。
在本申请较佳的技术方案中，上述方法还包括：
在所述卫星脱离其承载载体且进入轨道运行预设时长后，所述卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对所述第一时钟源计时的时间信息进行调整；
所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播调整后的第一时钟源计时的时间信息。
在本申请较佳的技术方案中，上述卫星时间管理***还包括地面测控***和全球导航卫星***GNSS；所述卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对所述第一时钟源计时的时间信息进行调整，包括：
所述卫星综合电子***接收地面测控***发送的地面授时数据块以及接收GNSS发送的导航授时数据块；
根据所述地面授时数据块和所述导航授时数据块，确定调整所使用的目标授时数据块；
根据目标授时数据块，调整所述第一时钟源计时的时间信息。
在本申请较佳的技术方案中，上述根据所述地面授时数据块和所述导航授时数据块，确定调整所使用的目标授时数据块，包括：
计算所述地面授时数据块和所述导航授时数据块的平均值，作为目标授时数据块；
或者，从所述地面授时数据块和所述导航授时数据块中，选择与当前环境参数相匹配的授时数据块，作为目标授时数据块；所述环境参数表征影响授时数据块准确性的因素，所述环境参数包括地面环境参数和卫星环境参数。
在本申请较佳的技术方案中，上述卫星时间管理***还包括通信机***，所述通信机***用于实现地面测控***与所述卫星综合电子***之间的通信；所述地面授时数据块通过如下方式得到：
所述地面测控***根据所述卫星综合电子***与所述通信机***之间的延时时间、所述通信机***与地面测控***之间传输耗费的时间、所述地面测控***内部传输延迟时间，确定地面授时数据块；
所述GNSS包括GNSS接收机；所述导航授时数据块通过如下方式得到：
当所述GNSS接收机为正常工作状态时，所述GNSS接收机根据导航定位信号和所述第一时钟源计时的时间信息计算得到导航授时数据块。
在本申请较佳的技术方案中，上述卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对所述第一时钟源计时的时间信息进行调整之后，所述方法还包括：
所述卫星综合电子***根据地面校时数据块和导航校时数据块，对所述调整之后的第一时钟源计时的时间信息进行校准；
所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播校准后的第一时钟源计时的时间信息。
在本申请较佳的技术方案中，上述卫星时间管理***还包括地面测控***、通信机***，所述通信机***用于实现地面测控***与所述卫星综合电子***之间的通信；所述地面校时数据块通过如下方式得到：
所述地面测控***根据地面测控***时间、所述卫星综合电子***时间、所述地面测控***与所述通信机***之间传输耗费的时间、所述卫星综合电子***与所述通信机***之间延时时间、所述地面测控***时间内部传输延迟时间，确定地面校时数据块。
在本申请较佳的技术方案中，上述卫星时间管理***还包括全球导航卫星***GNSS，GNSS包括GNSS接收机，所述导航校时数据块通过如下方式得到：
当所述GNSS接收机为正常工作状态时，所述GNSS接收机根据导航定位信号，得到导航校时数据块。
第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的卫星时间管理方法的步骤。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的卫星时间管理方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
所述卫星综合电子***在检测到卫星脱离其承载载体时，通过所述第一时钟源开始计时；所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播所述第一时钟源计时的时间信息；所述双总线包括第一总线和第二总线；每一个所述卫星分***若同时接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第一总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第二总线广播的时间信息，则以来自第二总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；每一个所述卫星分***若未接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则保留以所述第二时钟源计时的时间信息；通过双总线进行广播传输，提高了时间管理的可靠性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种卫星时间管理方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种GNSS接收机示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的一种通信机***与卫星综合电子***时间统一流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
随着航天技术的不断发展，卫星逐渐往小型化和智能化的方向发展，微纳卫星的应用越来越广泛。相比于传统的大卫星，微纳卫星具备成本低、研制周期短、功能密度高、星座部署灵活等诸多优势。采用微纳卫星进行大规模组网的卫星星座也越来越多，组网星座多星协同工作时对卫星星地时间以及星上各设备之间时间的同步性也提出了更高的要求。相比于常规的大卫星，微纳卫星的结构更加紧凑，星载设备采用轻量化设计，因此，微纳卫星通常不会配备单独的时间统一设备。常规的微纳卫星一般采用导航***授时的方法进行星上时间管理。该方法不仅由于过分依赖GNSS接收机而可靠性低，而且其授时精度也较低，无法满足星座组网或者多星协作的需求。
基于此，本申请实施例提供了一种卫星时间管理方法、电子设备及介质，下面通过实施例进行描述。
图1示出了本申请实施例所提供的一种卫星时间管理方法的流程示意图，其中，该方法应用于卫星时间管理***，卫星时间管理***包括：卫星、安装在卫星中的综合电子***和与卫星综合电子***通信连接的多个卫星分***；卫星综合电子***包括第一时钟源，卫星分***包括第二时钟源；该包括步骤S101-S102；具体的：
S101、卫星综合电子***在检测到卫星脱离其承载载体时，通过第一时钟源开始计时；
S102、卫星综合电子***通过双总线向多个卫星分***广播第一时钟源计时的时间信息；双总线包括第一总线和第二总线；
每一个卫星分***若同时接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第一总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第二总线广播的时间信息，则以来自第二总线广播的时间信息更新以第二时钟源计时的时间信息；每一个卫星分***若未接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则保留以第二时钟源计时的时间信息。
本申请通过双总线的方式从卫星的综合电子***向卫星的各个分***同步时间，提供了时间管理的可靠性。
下面对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请实施例中，作为一可选实施例，一种卫星时间管理方法，应用于卫星时间管理***，卫星时间管理***包括：卫星、安装在卫星中的综合电子***和与卫星综合电子***通信连接的多个卫星分***；卫星综合电子***包括第一时钟源，卫星分***包括第二时钟源；该方法包括：
S101、卫星综合电子***在检测到卫星脱离其承载载体时，通过第一时钟源开始计时。
卫星需要在载体的承载下，被送入预设位置，其载体可以是火箭。当卫星与火箭分离时，卫星以自身携带的第一时钟源开始计时，此时的计时可以从0时刻开始计时，也可以从任意定值时刻开始计时。例如，火箭与卫星分离时刻是14时，卫星以15时为计时时刻，开始计时。
S102、卫星综合电子***通过双总线向多个卫星分***广播第一时钟源计时的时间信息；双总线包括第一总线和第二总线；
每一个卫星分***若同时接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第一总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第二总线广播的时间信息，则以来自第二总线广播的时间信息更新以第二时钟源计时的时间信息；每一个卫星分***若未接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则保留以第二时钟源计时的时间信息。
整个卫星需要保持同一个时间，所以需要卫星综合电子***向所有的卫星分***同步自己的计时时间。本申请中卫星综合电子***通过双总线的方式向各个卫星分***广播同步卫星综合电子***的第一时间源的计时时间。卫星分***以第一总线的时间为主要时间，即只要接收到第一总线的广播时间，卫星分***就以第一总线的广播时间同步自己的时间。当卫星分***没有接收到第一总线广播的时间时，如果卫星分***接收到了第二总线广播的时间时，卫星分***则以第二总线广播的时间同步自身的时间。当卫星分***未能接收到卫星综合电子***同步的时间时，卫星分***通过自身的第二时钟源进行计时。
具体的，星箭分离后整星加电，卫星综合电子***开机工作。其以星箭分离时刻为0时刻开始计时，计时的时间基准采用卫星综合电子***自带的高精度第一时钟源。本申请中选用精度优于1ppm(Parts Per Million，百万分之一)的高精恒温晶振。卫星综合电子***以星时广播的形式通过CAN总线向各卫星分***播发该时间信息，星时广播采用四字节整秒值加两字节毫秒值的方式。微纳卫星采用双CAN总线，星时广播同时向CAN-A和CAN-B总线播发。当各卫星分***接收到星时广播时则以此时间作为时间基准更新各卫星分***的自有时间。卫星分***接收双总线数据时以A总线接收数据为基准，当A总线发生故障未收到星时广播数据时，以B总线数据为准。当二者均未接收到广播数据时，则依赖卫星分***自身第二时钟基准进行计时。该过程中，通过双总线热备份的方式播发星时广播可以大幅度提升时间管理的可靠性。
本申请实施例中，作为一可选实施例，该方法应用于卫星时间管理***，时间管理***包括卫星、安装在卫星中的综合电子***和与卫星综合电子***通信连接的多个卫星分***、地面测控***、全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System，GNSS)、通信机***；卫星综合电子***包括第一时钟源，卫星分***包括第二时钟源。
卫星综合电子***作为卫星运行的主控***，负责整星的任务运行管理、遥测遥控管理、时间管理等任务。综合电子***配备高精度时钟源作为自身运行的时间基准，其接收GNSS输出的硬件秒脉冲信号，并接收秒脉冲广播。其通过RS422总线与通信机***进行遥测、遥控数据的交换，并通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线播发时间广播，用于各卫星分***的时间统一。
通信机***作为卫星的测控通道，用于卫星遥测数据的下传及上行遥控数据的接收，卫星的授时、校时数据均通过该通道传送到卫星。
GNSS接收机接收全球导航卫星***播发的导航信号，导航信号中包含了卫星的位置信息和时间信息；输出秒脉冲(Pulse Per Second，PPS)信号、秒脉冲广播以及卫星的位置速度信息、轨道信息以及时间信息。
地面测控***主要用于与通信机***开展遥测遥控通信业务并对星地时差进行测量，星地时差测量值通过遥控通道上行至卫星，进而开展地面校时工作。
为了使上述方法中卫星综合电子***时间更加准确，需要对卫星综合电子***时间做授时处理。上述方法还包括：
在卫星脱离其承载载体且进入轨道运行预设时长后，卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对第一时钟源计时的时间信息进行调整；
卫星综合电子***通过双总线向多个卫星分***广播调整后的第一时钟源计时的时间信息。
卫星入轨运行一段时间后通过授时的方法将星时值更改为某一固定值，综合电子***在此星时基础上依靠卫星综合电子***自带第一时钟源继续进行计时。在进行授时时，卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对第一时钟源计时的时间信息进行调整，并将调整后的时间信息同步给各个卫星分***。
本申请实施例中，作为一可选实施例，第一时钟源采用累计秒的方式进行计时，计时起点为2019年1月1日0时0分0秒，星上时间以此起点进行累计。星上时间的计时采用整秒值加毫秒值的形式，整秒值采用四个字节进行记录，取值范围为0x00000000-0xFFFFFFFF，即从0-4294967295。该最大星时值约为136.2年，因此不会存在溢出风险。毫秒部分采用两个字节标识，毫秒值范围为0-999ms。星时广播中播发的数据与此卫星时间计时方法保持一致。
卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对第一时钟源计时的时间信息进行调整，包括：
卫星综合电子***接收地面测控***发送的地面授时数据块以及接收GNSS发送的导航授时数据块；
根据地面授时数据块和导航授时数据块，确定调整所使用的目标授时数据块；
根据目标授时数据块，调整第一时钟源计时的时间信息。
卫星综合电子***根据接收到的地面授时数据块和导航授时数据块，确定出目标授时数据块，卫星综合电子***使用目标授时数据块对第一时钟源的计时进行调整。
根据地面授时数据块和导航授时数据块，确定调整所使用的目标授时数据块时，可以通过如下两种方式进行：
第一种,计算地面授时数据块和导航授时数据块的平均值，作为目标授时数据块；
第二种，从地面授时数据块和导航授时数据块中，选择与当前环境参数相匹配的授时数据块，作为目标授时数据块；环境参数表征影响授时数据块准确性的因素，环境参数包括地面环境参数和卫星环境参数。
以上两种方式择一使用，也可以结合使用。在结合使用时，可以先计算计算地面授时数据块和导航授时数据块的平均值，根据平均值和当前环境参数与地面授时数据块和导航授时数据块进行比较，选择三者中与当前环境参数相匹配的授时数据块，作为目标授时数据块。
当能够获得地面授时数据块和导航授时数据块时，优选使用第一种方式，计算地面授时数据块和导航授时数据块的平均值作为目标授时数据块。当存在由于某种环境因素导致地面授时数据块或者导航授时数据块无法获取或者数据块存在明显异常时，则采用第二中方式采用剩余的导航授时数据块或者地面授时数据块作为目标授时数据块。
地面授时数据块通过如下方式得到：
地面测控***根据卫星综合电子***与通信机***之间的延时时间、通信机***与地面测控***之间传输耗费的时间、地面测控***内部传输延迟时间，确定地面授时数据块；
导航授时数据块通过如下方式得到：
当GNSS接收机为正常工作状态时，GNSS接收机根据导航定位信号和第一时钟源计时的时间信息计算得到导航授时数据块。
本申请实施例中，作为一可选实施例，地面测控***将地面授时数据块发送给通信机***，通信机***接收到地面授时数据块后转发给卫星综合电子***，卫星综合电子***使用地面授时数据块的数据更新时间管理单元中的星时数据，从而完成地面授时过程。
地面测控***配备时间服务器，时间服务器对地面测控***的时间进行校准，从而使其时间精度可达纳秒量级。当进行授时操作时首先确定授时操作执行的时刻，并将测控***对应的本地时间转化为相对于星上计时起点(例如，2019年1月1日0时0分0秒)的累计秒，然后经过授时时差补偿后构成地面授时数据块。
授时时差主要包括地面测控***与通信机***之间传输耗费的时间、卫星综合电子***与通信机***之间的延时时间、地面测控***内部传输延迟时间。地面测控***内部传输延迟时间为地面测控***从地面授时数据块生成到其转换为射频信号从测控天线端口发出的时间延迟。卫星综合电子***与通信机***之间的延时时间为从通信机***接收到地面授时数据块到综合电子***完成授时过程的延迟。上述两个延迟一般在卫星发射前通过地面测试的方法进行测量。地面测控***与通信机***之间传输耗费的时间为授时数据块从测控天线发出到通信机***遥控通道接收到该数据块需要的时间，其为无线电信号在自由空间的传播过程，可以用星地距离与光速的比值计算得到。对于本申请中的微纳卫星通常采用500-600km的低轨道，该过程引入的误差在毫秒量级，在地面授时过程中可以忽略不计。
本申请实施例中，作为一可选实施例，本申请中的地面授时数据块还需要经过正确性校验。
上述的地面授时数据块在传输过程中需要经过多次正确性校验。
地面授时数据块通过无线射频通道发送给通信机***后，通信机***对地面授时数据块的正确性进行校验，校验通过后通信机***通过RS422总线将该地面授时数据块转发给卫星综合电子***。综合电子***再次对数据的正确性进行判读，判读通过后将时间管理模块中的星时数据更新为授时数据块中的数据，时间更新后以第一时钟源继续进行计时，并将相应时间数据通过CAN总线时间广播的形式分发给各个卫星分***。
本申请实施例中，作为一可选实施例，卫星入轨一段时间后星载GNSS接收机开机，并接收全球定位***(Global Positioning System，GPS)或者北斗卫星导航***(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)播发的导航定位信号，GNSS接收机完成定位解算后输出卫星的位置速度信息和时间信息，并输出PPS秒脉冲信号。通过GNSS接收机自身遥测数据判读GNSS接收机工作状态，当其处于正常定位状态或定轨状态时其输出的时间信息可用。将可用的时间信息发送给卫星综合电子***，从而完成导航授时过程。
其中，GNSS接收机采用双机冷备份形式的GPS/BDS双模接收机，该星载GNSS接收机的***框图如图2所示。GNSS接收机采用对天对地双天线，一幅GNSS接收天线安装在卫星对天面，一幅GNSS接收天线安装在卫星对地面，两幅天线构成近似全天向导航信号接收，相比于单天线大幅提升了信号接收的稳定性，进而提升了GNSS接收机工作的可靠性。GNSS接收机采用双机冷备份形式，当一台单机工作异常时无缝切换到另外一台单机，从而保持定位数据和时间数据的连续性。两台GNSS接收机同时接收GPS信号和BDS信号，即GNSS接收机采用兼容定位模式，同时应用两个导航***的导航信号进行数据解算，在提升定位授时精度的同时提高了***的可靠性。因此，本申请中选用的星载导航接收机可稳定的提供时间数据，进而保证了GNSS授时功能的稳妥可靠。
GNSS接收机工作时会通过CAN总线向卫星综合电子***输出自身遥测数据，该数据经卫星综合电子打包成整星遥测数据帧通过通信机***下传到地面测控***，通过对相关数据的判读可获知星载GNSS接收机的工作状态。当判定GNSS接收机工作正常后可通过地面测运控站向卫星发送“导航授时”指令，该指令被通信机***接收后转发给综合电子***，综合电子***执行授时操作。GNSS接收机开机正常工作后即自主向两条CAN总线播发秒脉冲广播，该广播中的数据为此时PPS信号对应的整秒值，当执行“导航授时”指令时综合电子将接收到的秒脉冲广播中的整秒值赋值给时间管理模块，从而完成导航授时功能。由于星载GNSS接收机架构的高可靠性及秒脉冲广播的双总线播发大幅提升了GNSS授时的可靠性。
本申请采用授时方式进行调整时可采用地面授时方式也可以采用GNSS授时方式。上述两种授时方式的存在避免了对单一手段的依赖，特别是对星载GNSS接收机的依赖，大幅提升了授时功能的可靠性。
授时调整之后的卫星时间可以处于秒级精度，为了使卫星上时间更加准确，上述方法还包括：
卫星综合电子***根据地面校时数据块和导航校时数据块，对调整之后的第一时钟源计时的时间信息进行校准；
卫星综合电子***通过双总线向多个卫星分***广播校准后的第一时钟源计时的时间信息。
本申请通过进行校时操作，使得卫星的时间更加准确。校时分为集中校时和均匀校时两种，集中校时为一次性对星上时间进行修正，均匀校时为采用周期性调整星上时间从而对星上时钟漂移进行修正。校时可采用地面校时也可采用导航校时的方法，两种校时方法的引入提升了校时的可靠性，避免了对单一校时方法的依赖。
地面校时，将地面测控***生成地面校时数据块通过遥控通道发送到通信机***，通信机***将地面校时数据块通过RS422总线转发给卫星综合电子***，卫星综合电子***对校时数据块的正确性进行判读，判读通过后通过时间管理模块执行校时操作。
地面校时数据块通过如下方式得到：
地面测控***根据地面测控***时间、卫星综合电子***时间、地面测控***与通信机***之间传输耗费的时间、卫星综合电子***与通信机***之间延时时间、地面测控***时间内部传输延迟时间，确定地面校时数据块。
地面校时过程中的难点是地面校时数据块的生成，地面校时数据块中的校时量为精确的星地时差值。在本申请中星地时差的计算公式如下所示:
Δt＝T地-T星-T传输延时-T星上延时-T地面延时
其中，Δt为星地时差即卫星与地面测控***的时间差值，T地为地面测控***时间即地面测控***记录的时间，T星为卫星综合电子***时间即星上遥测帧打包时间，T传输延时为地面测控***与通信机***之间传输耗费的时间即遥测信号空间传输耗费的时间，T星上延时为卫星综合电子***与通信机***之间延时时间即星上从遥测帧打包到数据通过通信机***遥控通道下传过程的延时时间，T地面延时为面测控***时间内部传输延迟时间即地面站天线入口接收到遥测数据到测控地检完成遥测帧头解析过程的延迟。
下面对上述各分量进行详细介绍。T地为地面测控***记录的时间，当地面测控***完成对遥测数据帧头的解析后会把相关数据进行存盘，在存储数据时会记录此时的地面时间值。本申请中通信机***为X通信机，采用扩频通信机，卫星遥测帧的帧头为“0x1ACFFC1D”。地面测控地检设备接收通过地面测控天线接收到的射频信号，完成信号的下变频以及载波同步、帧同步一系列过程。当地检设备解析出遥测帧头“0x1ACFFC1D”后进行遥测数据存储并将此时地检设备的时间值进行记录，此时间值为T地。测控地检设备配备网络时间统一设备，其利用地面导航接收机输出的时间信息对T地进行精确记录。
T星为星上遥测数据帧打包时的星上时间，在卫星综合电子***对星上遥测帧进行打包时将星上的时间值打包放入遥测帧中的固定遥测中，该时间值采用与星时广播一致的四字节整秒值加两字节毫秒值的形式，精度可达±1ms。
T传输延时为遥测信号空间传输耗费的时间，该值可用星地距离除以光速计算获得，精确的星地距离可通过X通信机的测距通道获得。
星上延时T星上延时和地面延时T地面延时通常在卫星研发过程中通过一起测量的方式获得。星上延时和地面延时需要保持恒定且与测试过程中的测量值保持基本一致才能保证星地时差测量的精确性。地面延迟一般包括地面测控***中遥测传输延迟、遥测信道解调解码延迟以及数据存储延迟等，测控***的上述延迟通常比较稳定。星上延迟一般包括遥测帧组帧延迟、遥测帧通过RS422接口传输给通信机***的时间延迟，通信机***遥测编码调制的相关延迟等。由于微纳卫星综合电子***与通信机***采用分立架构且时钟不同源的原因，通常为可变值。
为了进行卫星综合电子***和通信机***之间的时间统一，本申请中提供四种方式在二者间建立时统的方法。
第一种，采用GNSS接收机的PPS秒脉冲信号进行时统，卫星综合电子***和通信机***均接收硬件秒脉冲信号，当接收到秒脉冲信号后将自主计时的毫秒值清零。此时通信机***的时间采用星时广播中的整秒值或者秒脉冲广播中的整秒值+自主计时毫秒值，该自主计时毫秒值以通信机***的时钟源为基准。
第二种，综合电子***输出一路基准时钟信号(如10MHz的方波信号)给通信机***，通信机***通过该基准时钟信号保持与综合电子***时钟统一。
第三种，通信机***通过接收GNSS秒脉冲广播对自主时间进行校准，秒脉冲广播在PPS硬件秒脉冲发出后5±0.5ms发送到CAN总线上，当通信机***接收到秒脉冲广播后将自身时间设置为秒冲广播中的整秒值，毫秒值设置为5ms。然后以此为起点按照自有时钟源继续计时。
第四种，通信机***接收综合电子***播发的星时广播数据，并用接收到星时广播中的数据替代自有时间，然后继续按照自有时钟源进行计时。
上述四种方式中前两种方法依赖于硬件连接，后两种仅为软件实现；第一种方式和第三种方式依赖于星载GNSS接收机的正常工作，而第二种方式和第四种方式仅需综合电子与通信机***配合工作。上述四种方式的时间精度依次降低，微纳卫星可根据自身需求选择其中的一种或多种方案。这种时统策略既避免了对GNSS接收机的依赖也避免了软件或者硬件故障导致的时间统一难题，极大地提升了***的可靠性。
微纳卫星通常都会配备GNSS接收机，且均会输出PPS秒脉冲信号，因此，微纳卫星通常选用第一种方式、第三种方式和第四种方式相结合的时间统一冗余方案，其具体实施流程可参照图3。在进行时间统一时首先判断GNSS是否正常工作，如果正常工作优选PPS秒脉冲进行时间统一，次选秒脉冲广播。当GNSS不可用时只可以采用星时广播，若星时广播也不可用则只可依赖通信机***的自主计时。利用PPS秒脉冲信号进行时间调整的过程中涉及整秒的修正，进行时间修正时如果毫秒值≥500ms，需将整秒值+1，否则整秒值保持不变。若首次修正时误差超过1s通过上述方法进行整秒修正时可能出现整秒偏差，需利用秒脉冲广播或者星时广播进一步对整秒值进行修正。通信机***以修正后的时间为起点依靠自有高精度时钟源继续进行计时。
通信机***与卫星综合电子***时间统一后即可精确地给出通信机***中遥测帧下传的时刻，该时刻值采用四字节整秒加四字节小数秒的形式，计时精度可达纳秒量级。该数值通过通信机***自身的遥测打包后发送给卫星综合电子***，卫星综合电子***再进行整星遥测打包后下传到地面。在星地时差测量中用遥测帧下传时刻替代同一整秒的即可精确地测定星上时延和地面时延值，进而开展精确地星地授时工作。
本申请实施例中，作为一可选实施例，导航校时数据块通过如下方式得到：
当GNSS接收机为正常工作状态时，GNSS接收机根据导航定位信号，得到导航校时数据块。
导航校时则是在判定星载GNSS接收机正常工作后，通过发送校时指令让综合电子***实施导航校时工作。GNSS接收机接收全球导航卫星***发送的导航信号，GNSS接收机根据导航信号解算出全球导航卫星***的时间信息,并通过秒脉冲信号发送给综合电子接收。综合电子收到上述信号后将自身以第一时钟源为基准计时的时间毫秒值与接收到数据的毫秒值进行比对，用接收到的毫秒值替代自身计时的毫秒值。校时可以采用PPS秒脉冲硬件校时也可以采用秒脉冲广播软件校时的方法。硬件校时则是当综合电子接收到秒脉冲信号后清零自主计时的毫秒值，软件校时则是在收到秒脉冲广播后将毫秒值赋值为5ms(秒脉冲广播在PPS信号发出5±0.5ms后发出)。
上述介绍的校时过程针对集中校时，即一次性对时间进行调整。当卫星综合电子***的时钟源存在温度漂移或者时间漂移时需进行均匀校时，即间隔固定时间进行校时。相关校时方法与上述方法一致，仅需卫星综合电子***周期性执行校时操作。经过集中校时和均匀校时后，微纳卫星时间***的精度优于±5ms，满足微纳卫星常规的任务需求。
如图4所示，本申请实施例提供了一种电子设备，用于执行本申请中的卫星时间管理方法，该设备包括存储器、处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，其中，上述处理器执行上述计算机程序时实现上述的卫星时间管理方法的步骤。
具体地，上述存储器和处理器可以为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器运行存储器存储的计算机程序时，能够执行上述的卫星时间管理方法。
对应于本申请中的卫星时间管理方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述的卫星时间管理方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述的卫星时间管理方法。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露***和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，***或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种卫星时间管理方法，其特征在于，应用于卫星时间管理***，所述卫星时间管理***包括：卫星、安装在所述卫星中的综合电子***和与所述卫星综合电子***通信连接的多个卫星分***；所述卫星综合电子***包括第一时钟源，所述卫星分***包括第二时钟源；所述方法包括：
所述卫星综合电子***在检测到卫星脱离其承载载体时，通过所述第一时钟源开始计时；
所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播所述第一时钟源计时的时间信息；所述双总线包括第一总线和第二总线；
每一个所述卫星分***若同时接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第一总线广播的时间信息，则以来自第一总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；若只接收到来自第二总线广播的时间信息，则以来自第二总线广播的时间信息更新以所述第二时钟源计时的时间信息；每一个所述卫星分***若未接收到来自第一总线广播的时间信息和来自第二总线广播的时间信息，则保留以所述第二时钟源计时的时间信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述卫星脱离其承载载体且进入轨道运行预设时长后，所述卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对所述第一时钟源计时的时间信息进行调整；
所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播调整后的第一时钟源计时的时间信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卫星时间管理***还包括地面测控***和全球导航卫星***GNSS；所述卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对所述第一时钟源计时的时间信息进行调整，包括：
所述卫星综合电子***接收地面测控***发送的地面授时数据块以及接收GNSS发送的导航授时数据块；
根据所述地面授时数据块和所述导航授时数据块，确定调整所使用的目标授时数据块；
根据目标授时数据块，调整所述第一时钟源计时的时间信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述地面授时数据块和所述导航授时数据块，确定调整所使用的目标授时数据块，包括：
计算所述地面授时数据块和所述导航授时数据块的平均值，作为目标授时数据块；
或者，
从所述地面授时数据块和所述导航授时数据块中，选择与当前环境参数相匹配的授时数据块，作为目标授时数据块；所述环境参数表征影响授时数据块准确性的因素，所述环境参数包括地面环境参数和卫星环境参数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述卫星时间管理***还包括通信机***，所述通信机***用于实现地面测控***与所述卫星综合电子***之间的通信；所述地面授时数据块通过如下方式得到：
所述地面测控***根据所述卫星综合电子***与所述通信机***之间的延时时间、所述通信机***与地面测控***之间传输耗费的时间、所述地面测控***内部传输延迟时间，确定地面授时数据块；
所述GNSS包括GNSS接收机；所述导航授时数据块通过如下方式得到：
当所述GNSS接收机为正常工作状态时，所述GNSS接收机根据导航定位信号和所述第一时钟源计时的时间信息计算得到导航授时数据块。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卫星综合电子***根据地面授时数据块和导航授时数据块，对所述第一时钟源计时的时间信息进行调整之后，所述方法还包括：
所述卫星综合电子***根据地面校时数据块和导航校时数据块，对所述调整之后的第一时钟源计时的时间信息进行校准；
所述卫星综合电子***通过双总线向多个所述卫星分***广播校准后的第一时钟源计时的时间信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述卫星时间管理***还包括地面测控***、通信机***，所述通信机***用于实现地面测控***与所述卫星综合电子***之间的通信；所述地面校时数据块通过如下方式得到：
所述地面测控***根据地面测控***时间、所述卫星综合电子***时间、所述地面测控***与所述通信机***之间传输耗费的时间、所述卫星综合电子***与所述通信机***之间延时时间、所述地面测控***时间内部传输延迟时间，确定地面校时数据块。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述卫星时间管理***还包括全球导航卫星***GNSS，GNSS包括GNSS接收机，所述导航校时数据块通过如下方式得到：
当所述GNSS接收机为正常工作状态时，所述GNSS接收机根据导航定位信号，得到导航校时数据块。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至8任一所述的卫星时间管理方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至8任一所述的卫星时间管理方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |