CN115175297A - 一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导航卫星载荷时间维持技术领域，具体公开了一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法具体包括以下步骤：步骤S1:秒脉冲同步及初始化基准差值计算；步骤S2:异常判决及秒脉冲修正差值测量；步骤S3:秒脉冲自主补偿恢复。本发明能够有效实现对卫星载荷秒脉冲时间发生异常时的快速诊断、处理及自主恢复，保障卫星载荷时间维持的精准控制，且完全不需要地面控制***介入。
Description
技术领域
本发明涉及导航卫星载荷时间维持技术领域，更具体地讲，涉及一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法。
背景技术
在航天卫星载荷领域，高精度时间同步是高精度导航信号播发的基准，其特性通过中央处理单元产生精确的秒脉冲信号分发给各业务载荷，从而实现所有业务载荷的秒脉冲信号对齐，各业务载荷以统一的秒脉冲信号为基准实现上行导航信号的接收和下行导航信号的播发，从而完成信号以及信息层面的高精度传递或测量，其工作的可靠性、平稳性决定了***工作的可靠度，特别是对于像卫星导航等连续运行的***来说，秒脉冲同步维持显得尤为重要。
从导航卫星在轨运行情况分析，卫星因卫星钟发生频率/相位跳变或受空间单粒子影响导致中央处理单元秒脉冲发生异常跳变是一个比较常见的故障现象，传统的恢复方法是通过地面监测及恢复的方法，其通过地面***对卫星播发的导航信号进行持续不间断的观测来判断卫星发生了秒脉冲异常跳变，然后根据计算出跳变前后URE变化量，再由星地数据注入链路通过卫星钟跳频或调相指令对其就行纠正，该过程需要人工介入，对卫星钟的异常需要通过业务载荷的异常进行间接判断，数据处理过程复杂，实现从异常监测到异常恢复的时间较长，一般以天为单位，大大增加了卫星的不可用时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法；本发明能够有效实现对卫星载荷秒脉冲时间发生异常时的快速诊断、处理及自主恢复，保障卫星载荷时间维持的精准控制，且完全不需要地面控制***介入。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，具体包括以下步骤：
步骤S1:秒脉冲同步及初始化基准差值计算；
步骤S2:异常判决及秒脉冲修正差值测量；
步骤S3:秒脉冲自主补偿恢复。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11:中央处理单元在同步时钟和正向秒脉冲的驱动下，对各业务荷载单元的秒脉冲同步及秒级时间同步；
步骤S12:在各业务荷载单元完成时间同步后，将相应同步标识Ai设置为有效，其值为1；
步骤S13:中央处理单元完成各业务载荷单元的时间同步后，维持秒脉冲为基准，依次对所有业务荷载单元的反向秒脉冲进行多次差值测量，差值为Ti。
在一些可能的实施方式中，在所述步骤S13中，若Ti为两个值且在两个值之间跳变，则选择小值，并将Ti写入本地缓存，通过卫星遥测下传至地面。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S2具体是指：
在异常故障状态下，中央处理单元读取各业务载荷单元上报的秒脉冲同步标识Ai，并对上报同步标识Ai的数量进行判决，得出各业务载荷单元维持的秒脉冲是否为有效状态；
若为有效状态，则开启秒脉冲差值测量。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S2中所描述的上报同步标识Ai的数量进行判决，具体是是指：
判断上报同步标识Ai的数量≤2，则同步标识Ai均需为“1”；
判断上报同步标识Ai的数量n>2，则需满足
如果满足上述两个条件则各业务载荷单元维持的秒脉冲为有效状态。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S2中所描述的若为有效状态，则开启秒脉冲差值测量具体包括以下步骤：
步骤S21:中央处理单元首先控制其自身维持的秒脉冲不输出，选择其中一个同步标识Ai为有效的业务载荷单元反馈的反向秒脉冲，利用缓存的Ti进行秒脉冲自主调相操作；
步骤S22:秒脉冲自主调相完成后，中央处理单元再次测量其维持的秒脉冲与该业务载荷单元的秒脉冲进行差值测量，将其记为Ti`；
判断Ti`与Ti是否相等；
如果不相等，继续采取调相操作，直到Ti`＝Ti。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S2中所描述的异常故障状态是指：
当星上发生异常故障导致中央处理单元发生重启或地面指令重启后，其初始上电时秒脉冲相位为随机状态，其维持的秒脉冲与***内***卫星秒脉冲相位不同步。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S3具体是指：
中央任务处理单元通过对秒脉冲的调整，在满足Ti`＝Ti时，输出秒脉冲，并将其作为载荷的***同步时间基准，从而实现该卫星的秒脉冲的完全恢复。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明在卫星时频因不可知因素导致发生异常跳变时，可实现对中央处理单元异常后的秒脉冲快速诊断、处理以及自主补偿，保障卫星时间同步的可靠性和连续性，使得下行导航信号能够迅速恢复正常状态，特别是在卫星运行到地面监测站不可见区域时，能够自主完成异常恢复，大大提升信号的可用性；
本发明针对卫星因秒脉冲异常的监测，相比传统方法采用地面监测、判决、确认、恢复的星地联合闭环控制，整个过程恢复时间长，且需地面操作人员进行指令等的注入，恢复时间长，本发明方法采用卫星自主闭环方式，较传统地面闭环方法，故障发现及时，且恢复时间由几个小时缩短至分钟量级。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
具体实施方式
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明进行详细说明。
如图1所示：
一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，具体包括以下步骤：
步骤S1:秒脉冲同步及初始化基准差值计算；
所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11:中央处理单元在同步时钟和正向秒脉冲的驱动下，对各业务荷载单元的秒脉冲同步及秒级时间同步；
步骤S12:在各业务荷载单元完成时间同步后，将相应同步标识Ai设置为有效，其值为1；
步骤S13:中央处理单元完成各业务载荷单元的时间同步后，维持秒脉冲为基准，依次对所有业务荷载单元的反向秒脉冲进行多次差值测量，差值为Ti；
若Ti为两个值且在两个值之间跳变，则选择小值，并将Ti写入本地缓存，通过卫星遥测下传至地面。
步骤S2:异常判决及秒脉冲修正差值测量；具体是指：
当星上发生异常故障导致中央处理单元发生重启或地面指令重启后，其初始上电时秒脉冲相位为随机状态，其维持的秒脉冲与***内***卫星秒脉冲相位不同步，在此状态下，中央处理单元读取各业务载荷单元上报的秒脉冲同步标识Ai，并对上报同步标识Ai的数量进行判决，得出各业务载荷单元维持的秒脉冲是否为有效状态；若为有效状态，则开启秒脉冲差值测量。
所述步骤S2中所描述的上报同步标识Ai的数量进行判决，具体是是指：
判断上报同步标识Ai的数量≤2，则同步标识Ai均需为“1”；
判断上报同步标识Ai的数量n>2，则需满足
如果满足上述两个条件则各业务载荷单元维持的秒脉冲为有效状态。
所述步骤S2中所描述的若为有效状态，则开启秒脉冲差值测量具体包括以下步骤：
步骤S21:中央处理单元首先控制其自身维持的秒脉冲不输出，选择其中一个同步标识Ai为有效的业务载荷单元反馈的反向秒脉冲，利用缓存的Ti进行秒脉冲自主调相操作；
步骤S22:秒脉冲自主调相完成后，中央处理单元再次测量其维持的秒脉冲与该业务载荷单元的秒脉冲进行差值测量，将其记为Ti`；
判断Ti`与Ti是否相等；
如果不相等，继续采取调相操作，直到Ti`＝Ti。
步骤S3:秒脉冲自主补偿恢复，具体是指：
中央任务处理单元通过对秒脉冲的调整，在满足Ti`＝Ti时，输出秒脉冲，并将其作为载荷的***同步时间基准，从而实现该卫星的秒脉冲的完全恢复。
相比现有技术本发明能够实现对卫星载荷秒脉冲时间发生异常时的快速诊断、处理及自主恢复，保障卫星载荷时间维持的精准控制，且完全不需要地面控制***介入；
本发明在中央处理单元完成各业务载荷的时间同步及分发后，在中央处理单元工作异常并发生复位后，通过监测并计算各业务载荷反馈的1pps与其自身维持的秒脉冲的差值，完成中央处理单元的秒脉冲恢复，实现星上载荷秒脉冲及时间的自主恢复及同步；
本发明对星上秒脉冲进行了多维备份并在星上任何单机发生异常时能够自主恢复，大大提高了卫星载荷的时间维持可靠性，提升***工作的连续性和可用性，具有十分重要的工程应用价值；
本发明中关于时间调整量等动态参数可通过在轨重构方式进行在线更改，提高参数配置的灵活性；
为了验证本发明的有效性，在实际的卫星有效载荷产品上进行了故障场景构建以及设计效果的测试，测试结果有效，卫星能够完全无损实现秒脉冲的自主恢复，不影响地面接收终端的定位使用，完全达到预期效果。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1:秒脉冲同步及初始化基准差值计算；
步骤S2:异常判决及秒脉冲修正差值测量；
步骤S3:秒脉冲自主补偿恢复。
2.根据权利要求1所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11:中央处理单元在同步时钟和正向秒脉冲的驱动下，对各业务荷载单元的秒脉冲同步及秒级时间同步；
步骤S12:在各业务荷载单元完成时间同步后，将相应同步标识Ai设置为有效，其值为1；
步骤S13:中央处理单元完成各业务载荷单元的时间同步后，维持秒脉冲为基准，依次对所有业务荷载单元的反向秒脉冲进行多次差值测量，差值为Ti。
3.根据权利要求2所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，在所述步骤S13中，若Ti为两个值且在两个值之间跳变，则选择小值，并将Ti写入本地缓存，通过卫星遥测下传至地面。
4.根据权利要求1所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，所述步骤S2具体是指：
在异常故障状态下，中央处理单元读取各业务载荷单元上报的秒脉冲同步标识Ai，并对上报同步标识Ai的数量进行判决，得出各业务载荷单元维持的秒脉冲是否为有效状态；
若为有效状态，则开启秒脉冲差值测量。
5.根据权利要求4所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，所述步骤S2中所描述的上报同步标识Ai的数量进行判决，具体是是指：
判断上报同步标识Ai的数量≤2，则同步标识Ai均需为“1”；
判断上报同步标识Ai的数量n>2，则需满足
如果满足上述两个条件则各业务载荷单元维持的秒脉冲为有效状态。
6.根据权利要求4所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，所述步骤S2中所描述的若为有效状态，则开启秒脉冲差值测量具体包括以下步骤：
步骤S21:中央处理单元首先控制其自身维持的秒脉冲不输出，选择其中一个同步标识Ai为有效的业务载荷单元反馈的反向秒脉冲，利用缓存的Ti进行秒脉冲自主调相操作；
步骤S22:秒脉冲自主调相完成后，中央处理单元再次测量其维持的秒脉冲与该业务载荷单元的秒脉冲进行差值测量，将其记为Ti`；
判断Ti`与Ti是否相等；
如果不相等，继续采取调相操作，直到Ti`＝Ti。
7.根据权利要求6所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，所述步骤S2中所描述的异常故障状态是指：
当星上发生异常故障导致中央处理单元发生重启或地面指令重启后，其初始上电时秒脉冲相位为随机状态，其维持的秒脉冲与***内***卫星秒脉冲相位不同步。
8.根据权利要求7所述的一种卫星载荷秒脉冲自主恢复同步方法，其特征在于，所述步骤S3具体是指：
中央任务处理单元通过对秒脉冲的调整，在满足Ti`＝Ti时，输出秒脉冲，并将其作为载荷的***同步时间基准，从而实现该卫星的秒脉冲的完全恢复。
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