本發(fā)明涉及一種基于秒脈沖的航天器同步精度測試系統(tǒng)及方法，尤其適用于大型衛(wèi)星系統(tǒng)級秒脈沖同步精度的測試。

背景技術(shù)：

秒脈沖時間管理方式是實現(xiàn)航天器精密時間同步的一種主流技術(shù)，首先需要導(dǎo)航接收機正常鎖定導(dǎo)航信號，在整星指令控制下輸出整秒脈沖(如GPS導(dǎo)航電文與GPS時間嚴格對應(yīng))信號以及該信號對應(yīng)的絕對時間信息。脈沖信號經(jīng)過授時與數(shù)據(jù)存儲單元的放大和分路處理后作為觸發(fā)信號，通過專用電纜發(fā)送給所有需要時間同步處理星上設(shè)備。絕對時間信息則通過總線發(fā)送到相關(guān)時間同步設(shè)備。相關(guān)分系統(tǒng)以收到的秒脈沖信號為全系統(tǒng)授時起點，完成高精度授時或同步。

以遙感衛(wèi)星為例，遙感衛(wèi)星因具備高效及持續(xù)探測能力等優(yōu)勢，已在資源與測繪、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)水利等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。隨著用戶對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)高時間、高空間分辨率需求的不斷提高，光學(xué)遙感衛(wèi)星和微波遙感衛(wèi)星均對星上時間精度和同步精度提出了更為苛刻的要求。以SAR遙感衛(wèi)星為例，在高分辨率的聚束模式工作期間，為了獲取豐富精細的目標(biāo)信息，高速運動的衛(wèi)星將始終小范圍地照射衛(wèi)星預(yù)先存儲的特定成像區(qū)域，這就要求預(yù)先設(shè)定的聚束模式工作時間起點與星上時間比對時刻嚴格同步，稍有差別的時間誤差即可造成不可忽視的成像性能下降。

中國專利CN201410623668.1名稱為一種基于GPS/BD雙模授時的時間同步系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括帶有天線的GPS/BD雙模接收機，帶有天線的GPS/BD雙模接收機的秒脈沖G1pps輸出端和秒脈沖B1pps輸出端與時刻順序提取與確認模塊相連，實現(xiàn)了秒脈沖同步，但不涉及秒脈沖同步精度的獲取方法。中國專利CN201310734350.6名稱為一種檢驗GPS對時精度系統(tǒng)及方法，包括：GPS接收單元、系統(tǒng)時鐘、控制單元及處理單元，GPS接收單元產(chǎn)生基準秒脈沖并發(fā)送至處理單元和獲取GPS時間并將GPS系統(tǒng)時鐘發(fā)送給系統(tǒng)時鐘，系統(tǒng)時鐘接收GPS時間完成對時，控制單元監(jiān)測系統(tǒng)時鐘毫秒位大于預(yù)設(shè)閾值時發(fā)送系統(tǒng)秒脈沖至處理單元，處理單元用于生成基準秒脈沖上升沿和系統(tǒng)秒脈沖上升沿，并計算基準秒脈沖上升沿和系統(tǒng)秒脈沖上升沿的時間差，通過計算時間差可以得出GPS對時的精度，該方法為系統(tǒng)校時方法，不涉及秒脈沖使用終端對秒脈沖的同步精度的測試。中國專利CN201210390636.2名稱為一種衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)，包括時間發(fā)送部分、時間傳輸部分和時間接收部分。其中，時間發(fā)送部分通過對GNSS導(dǎo)航信號進行接收，產(chǎn)生精確的UTC時間，并發(fā)出與UTC整秒時刻相對應(yīng)的秒脈沖。時間傳輸部分將秒脈沖和與秒脈沖相對應(yīng)的UTC整秒時刻信息傳輸至?xí)r間接收部分。時間接收部分接收秒脈沖和與秒脈沖相對應(yīng)的UTC整秒時刻信息，由秒脈沖進行觸發(fā)，通過本地時鐘進行計數(shù)，從而獲得精確的當(dāng)前時間。采用該發(fā)明提出的衛(wèi)星高精度時間同步系統(tǒng)，可以使衛(wèi)星各測量設(shè)備工作在同一時間基準上，當(dāng)仍然不涉及測量設(shè)備與GNSS導(dǎo)航信號之間的同步精度的獲取方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于秒脈沖的航天器同步精度測試系統(tǒng)及方法，針對航天器系統(tǒng)，解決秒脈沖同步精度的測試問題，實現(xiàn)導(dǎo)航接收機和秒脈沖使用終端的時間同步的高精度測試。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于秒脈沖的航天器同步精度測試系統(tǒng)，包括：導(dǎo)航接收機仿真器、導(dǎo)航接收機、星載時間管理設(shè)備、秒脈沖使用終端、邏輯分析儀、地面供電電源、終端地面測試設(shè)備、導(dǎo)航接收機地檢設(shè)備、測試客戶機；

導(dǎo)航接收機仿真器實現(xiàn)導(dǎo)航信號的發(fā)射和傳播模擬，為導(dǎo)航接收機提供信源，

導(dǎo)航接收機對導(dǎo)航接收機仿真器的信號進行處理，獲取整秒時間碼及硬件秒脈沖信號，整秒時間碼通過星載時間管理設(shè)備分發(fā)至秒脈沖使用終端，硬件秒脈沖信號提供給秒脈沖使用終端，作為秒脈沖使用終端的同步信號；秒脈沖使用終端同時接收所述整秒時間碼以及所述硬件秒脈沖信號，實現(xiàn)高精度授時，生成控制周期脈沖并提供給邏輯分析儀，邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，完成航天器同步精度的測試；

地面供電電源對導(dǎo)航接收機仿真器、導(dǎo)航接收機、星載時間管理設(shè)備供電；終端地面測試設(shè)備實現(xiàn)對秒脈沖使用終端的工作狀態(tài)檢測，導(dǎo)航接收機地檢設(shè)備實現(xiàn)對導(dǎo)航接收機的功能檢測，測試客戶機實現(xiàn)對星載時間管理設(shè)備的控制。

星載時間管理設(shè)備為星務(wù)計算機或者中央處理單元。

所述邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，具體為：

秒脈沖同步精度τ為：τ＝μ-δ；

其中，δ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖時刻t1和導(dǎo)航接收發(fā)送的硬件秒脈沖時刻t0的差值；

μ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖的微秒位。

所述秒脈沖使用終端為光學(xué)相機或者SAR載荷。

所述導(dǎo)航接收機仿真器模擬GPS衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星或者伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星的信號。

一種航天器同步精度測試方法，步驟如下：

(1)對精度測試系統(tǒng)中電纜連接狀態(tài)進行檢查，確認連接狀態(tài)正常；

(2)通過測試客戶機查看遙測數(shù)據(jù)格式是否與通信協(xié)議規(guī)定的一致；

(3)調(diào)整導(dǎo)航接收機仿真器輸出功率，使導(dǎo)航接收機正常鎖定，完成定位；

(4)等待10分鐘，確認導(dǎo)航接收機完成調(diào)整整秒功能后，輸出精確的硬件秒脈沖信號；

(5)邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，完成本次航天器同步精度的測試；

(6)重復(fù)步驟(5)，連續(xù)統(tǒng)計10次，統(tǒng)計平均值作為最終的秒脈沖同步精度。

所述步驟(5)邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，具體為：

秒脈沖同步精度τ為：τ＝μ-δ；

其中，δ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖時刻t1和導(dǎo)航接收發(fā)送的硬件秒脈沖時刻t0的差值，μ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖的微秒位。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

同步精度測試系統(tǒng)采用了秒脈沖使用終端記錄的遙測信號，能夠快速獲取控制周期脈沖的實際參數(shù)值，通過邏輯分析儀讀取的硬件秒脈沖的輸出值，實現(xiàn)秒脈沖同步精度的計算與測試，構(gòu)建的系統(tǒng)簡單可靠，同步精度測試方法方便快捷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于秒脈沖的航天器同步精度測試系統(tǒng)實施圖；

圖2為本發(fā)明航天器同步精度測試方法原理圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提出的基于秒脈沖的航天器同步精度測試系統(tǒng)，包括：導(dǎo)航接收機仿真器、導(dǎo)航接收機、星載時間管理設(shè)備、秒脈沖使用終端、邏輯分析儀、地面供電電源、終端地面測試設(shè)備、導(dǎo)航接收機地檢設(shè)備、測試客戶機；

導(dǎo)航接收機仿真器實現(xiàn)導(dǎo)航信號的發(fā)射和傳播模擬，為導(dǎo)航接收機提供信源，

導(dǎo)航接收機對導(dǎo)航接收機仿真器的信號進行處理，獲取整秒時間碼及硬件秒脈沖信號，整秒時間碼通過星載時間管理設(shè)備分發(fā)至秒脈沖使用終端，硬件秒脈沖信號提供給秒脈沖使用終端，作為秒脈沖使用終端的同步信號；秒脈沖使用終端同時接收所述整秒時間碼以及所述硬件秒脈沖信號，實現(xiàn)高精度授時，生成控制周期脈沖并提供給邏輯分析儀，邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，完成航天器同步精度的測試；

地面供電電源對導(dǎo)航接收機仿真器、導(dǎo)航接收機、星載時間管理設(shè)備供電；終端地面測試設(shè)備實現(xiàn)對秒脈沖使用終端的工作狀態(tài)檢測，導(dǎo)航接收機地檢設(shè)備實現(xiàn)對導(dǎo)航接收機的功能檢測，測試客戶機實現(xiàn)對星載時間管理設(shè)備的控制。

星載時間管理設(shè)備為星務(wù)計算機或者中央處理單元。

所述邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，具體為：

秒脈沖同步精度τ為：τ＝μ-δ；

其中，δ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖時刻t1和導(dǎo)航接收發(fā)送的硬件秒脈沖時刻t0的差值；

μ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖的微秒位。

所述秒脈沖使用終端為光學(xué)相機或者SAR載荷。導(dǎo)航接收機仿真器模擬GPS衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星或者伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星的信號。

如圖2所示，本發(fā)明還提出了一種基于所述的航天器同步精度測試系統(tǒng)實現(xiàn)的同步精度測試方法，步驟如下：

(1)對精度測試系統(tǒng)中電纜連接狀態(tài)進行檢查，確認連接狀態(tài)正常；

該步驟的檢查目的是為了對同步精度測試系統(tǒng)的連接狀態(tài)進行確認，特別是電纜連接的正確性檢查，阻抗匹配檢查等。

(2)通過測試客戶機查看遙測數(shù)據(jù)格式是否與通信協(xié)議規(guī)定的一致；

該步驟的檢查目的是為了使測試系統(tǒng)在通信方式和信息交互方式與衛(wèi)星的真實在軌狀態(tài)保持一致，確保使用的通信協(xié)議與衛(wèi)星使用通信協(xié)議相同，這樣才能確保秒脈沖時間碼在傳輸路徑上與衛(wèi)星狀態(tài)相同。

(3)調(diào)整導(dǎo)航接收機仿真器輸出功率，使導(dǎo)航接收機正常鎖定，完成定位；

該步驟實施的目的是為了確保導(dǎo)航接收機處于正常工作狀態(tài)，模擬了導(dǎo)航接收機對導(dǎo)航星的信號接收和鎖定的真實在軌狀態(tài)。

(4)等待10分鐘，確認導(dǎo)航接收機完成調(diào)整整秒功能后，輸出精確的硬件秒脈沖信號；

該步驟實施的目的是為了確保導(dǎo)航接收輸出的硬件秒脈沖有效。

(5)邏輯分析儀將所述控制周期脈沖與導(dǎo)航接收機提供的硬件秒脈沖信號進行比對，完成本次航天器同步精度的測試；

具體為：

秒脈沖同步精度τ為：τ＝μ-δ；

其中，δ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖時刻t1和導(dǎo)航接收發(fā)送的硬件秒脈沖時刻t0的差值，μ為邏輯分析儀接收到的第一個控制周期脈沖的微秒位；

(6)重復(fù)步驟(5)，連續(xù)統(tǒng)計10次，統(tǒng)計平均值作為最終的秒脈沖同步精度。

該步驟實施的目的是為了采用統(tǒng)計平均值的方法能夠更有效地說明測試結(jié)果的可信度，提出個別野值造成的影響。

實施例：

以合成孔徑雷達SAR衛(wèi)星的載荷設(shè)備為例進行說明：

1、星上及地面設(shè)備電纜連接狀態(tài)、自檢狀態(tài)確認。

2、確認導(dǎo)航接收機星上及地面設(shè)備電纜連接狀態(tài)、自檢狀態(tài)確認。

3、確認SAR監(jiān)控定時器(秒脈沖使用終端)及地面設(shè)備電纜連接狀態(tài)、自檢狀態(tài)確認。

4、確認參試分系統(tǒng)、轉(zhuǎn)接盒、邏輯分析儀相互連接狀態(tài)。

5、通過測試客戶機查看遙測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)格式是否與通信協(xié)議規(guī)定的一致。

6、調(diào)整導(dǎo)航接收機仿真器輸出功率，使接收機正常鎖定，完成定位功能。

7、等待10分鐘，確認導(dǎo)航接收機完成調(diào)整秒功能后，輸出精確的硬件秒脈沖信號。

8、利用邏輯分析儀記錄并計算第一個控制周期脈沖與秒脈沖時刻的時間差值，該控制周期脈沖時間和秒脈沖時刻均是從邏輯分析儀直接記錄的時間值。

9、通過遙測下傳記錄第一個控制周期脈沖的微秒位μ＝232.6μs。

10、SAR監(jiān)控定時器處理秒脈沖環(huán)節(jié)的延時為第一個控制周期脈沖的微秒位μ＝232.6μs，與δ＝230.4μs的差值τ＝2.2μs。

11、連續(xù)統(tǒng)計10次，統(tǒng)計時延數(shù)據(jù)平均值作為最終的秒脈沖同步精度，精度為1.608μs。

12、各測試設(shè)備單元關(guān)機。

上述實施例采用本發(fā)明提出的測試方法，快速獲取SAR載荷控制周期脈沖的實際參數(shù)值，通過邏輯分析儀讀取的硬件秒脈沖的輸出值，實現(xiàn)SAR載荷秒脈沖同步精度的計算與測試，構(gòu)建的系統(tǒng)簡單可靠，同步精度測試方法方便快捷。

本發(fā)明未詳細說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。