專利名稱:一種航天器gps整秒脈沖高精度校時器及其校時方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天時統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及ー種基于硬件鎖存功能的航天器GPS秒脈沖的高精度校時器及其校時方法，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度校吋。
背景技術(shù)：
GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))是由美國研制的以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間，可應(yīng)用在動態(tài)的導(dǎo)航定位、靜態(tài)的測繪定位、精密的定時和時間同步等領(lǐng)域。
隨著航天技術(shù)的日益發(fā)展，對衛(wèi)星的時間精度提出了更改的要求，目前，大量的衛(wèi)星開始使用GPS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)為核心的對衛(wèi)星各分系統(tǒng)的高精度校時功能。
衛(wèi)星通過數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)間接或通過GPS分系統(tǒng)直接向各分系統(tǒng)的接收設(shè)備發(fā)送GPS整秒脈沖信號，隨后在很短的時間內(nèi)該整秒脈沖信號對應(yīng)的絕對時間信息通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送給各分系統(tǒng)的接收設(shè)備。各接收設(shè)備利用GPS整秒脈沖信號和對應(yīng)的絕對時間信息完成高精度校吋。
目前，部分衛(wèi)星也采用類似的以中斷響應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)GPS整秒脈沖信號校吋。但是，隨著對時間精度要求的提高，該方法存在以下問題
(I)GPS整秒脈沖信號觸發(fā)中斷到進(jìn)入中斷處理函數(shù)讀取時間必然需要一定的時間，中斷響應(yīng)時間的存在導(dǎo)致中斷方式難以滿足高精度校時的要求。嵌入式操作系統(tǒng)在進(jìn)入中斷后需要首先進(jìn)行中斷現(xiàn)場保護(hù)，保護(hù)通用寄存器中的數(shù)據(jù)，保護(hù)完畢后才能調(diào)用中斷處理函數(shù)，采集中斷信號對應(yīng)的時間信息。中斷現(xiàn)場保護(hù)時間必然需要一定的時間，難以滿足高精度校時要求。
(2)采用中斷方式記錄硬件脈沖信號，隨著需要記錄的脈沖信號的增多，需要的中斷數(shù)量越多，中斷處理程序的軟件體系復(fù)雜。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)提出了高同步、小延遲、高精度，為了滿足上述要求，系統(tǒng)內(nèi)部均涉及了內(nèi)同步信號，來滿足上述要求。同時，隨著系統(tǒng)功能的復(fù)雜，單控制周期滿足不了復(fù)雜任務(wù)的要求，出現(xiàn)了多級控制周期的需求。為了保證系統(tǒng)內(nèi)高精度時間要求，需要引入像GPS整秒脈沖信號的外同步信號。隨著上述脈沖信號數(shù)量的増加，若采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，則系統(tǒng)中斷數(shù)據(jù)越多，在中斷的設(shè)置、中斷優(yōu)先級的選擇會給系統(tǒng)帶來很多問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器，該校時器基于硬件鎖存功能記錄各種脈沖信號對應(yīng)的時間信息，提高了利用GPS整秒脈沖信號實(shí)現(xiàn)高精度校時的精度和穩(wěn)定度。
本發(fā)明的另外ー個目的在于提供一種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的校時方法。[0010]本發(fā)明的上述目對主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的
一種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器，包括脈沖接收模塊、計(jì)時器鎖存控制模塊、寄存器組、校時模塊和計(jì)時器，其中
脈沖接收模塊接收GPS整秒脈沖信號和需要進(jìn)行高精度校時的N路脈沖信號，根據(jù)所述GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)鎖存信號，并將所述鎖存信號和觸發(fā)所述鎖存信號的一路脈沖信號的編碼一起輸出給計(jì)時器鎖存控制模塊，所述觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號為GPS整秒脈沖信號或N路脈沖信號中的任意一路；
計(jì)時器鎖存控制模塊接收脈沖接收模塊輸出的鎖存信號和脈沖信號編碼，并在鎖存信號的接收時刻從計(jì)時器讀取當(dāng)前計(jì)時器時間，并將接收的脈沖信號編碼和計(jì)時器時間同時發(fā)送給寄存器組；
寄存器組包括N+1個寄存器，分別對應(yīng)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號，根據(jù) 從計(jì)時器鎖存控制模塊接收的脈沖信號編碼，將所述接收的計(jì)時器時間按照脈沖信號編碼存入對應(yīng)的寄存器中，完成脈沖信號接收時間的鎖存；
校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)接收到外部發(fā)送的校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間TO和需要高精度校時的第M路脈沖信號的接收時間TM是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組中讀取GPS整秒脈沖信號接收時間TO和第M路脈沖信號的接收時間TM，對第M路脈沖信號進(jìn)行校時，得到第M路脈沖信號校時后的絕對時間Tmw= TGPS+(Tm-T0);其中M為正整數(shù)，且I彡M彡N，N為正整數(shù)；
計(jì)時器根據(jù)系統(tǒng)時鐘脈沖的累計(jì)來實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能的模塊。
一種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的校時方法，包括如下步驟
(I)、脈沖接收模塊接收GPS整秒脈沖信號和需要進(jìn)行高精度校時的N路脈沖信號，根據(jù)所述GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)鎖存信號，并將所述鎖存信號和觸發(fā)所述鎖存信號的一路脈沖信號的編碼一起輸出給計(jì)時器鎖存控制模塊，所述觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號為GPS整秒脈沖信號或N路脈沖信號中的任意一路；
(2)、計(jì)時器鎖存控制模塊接收脈沖接收模塊輸出的鎖存信號和脈沖信號編碼，并在鎖存信號的接收時刻從計(jì)時器讀取當(dāng)前計(jì)時器時間，并將接收的脈沖信號編碼和計(jì)時器時間同時發(fā)送給寄存器組；
(3)、寄存器組根據(jù)從計(jì)時器鎖存控制模塊接收的脈沖信號編碼，將所述接收的計(jì)時器時間按照脈沖信號編碼存入對應(yīng)的寄存器中，完成脈沖信號接收時間的鎖存；所述寄存器包括N+1個寄存器，分別對應(yīng)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號；
(4)、校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)接收到外部發(fā)送的校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和需要高精度校時的第M路脈沖信號的接收時間Tm是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組中讀取GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和第M路脈沖信號的接收時間TM，對第M路脈沖信號進(jìn)行校時，得到第M路脈沖信號校時后的絕對時間1 纟_= TGPS+(Tm-T0)；
其中M為正整數(shù)，且I彡M彡N，N為正整數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(I)本發(fā)明采用硬件鎖存技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖信號對應(yīng)的系統(tǒng)計(jì)時器時間的記錄，首次采用脈沖接收模塊、計(jì)時器鎖存控制模塊、寄存器組、校時模塊和計(jì)時器共同實(shí)現(xiàn)脈沖信號的校時，通過硬件鎖存模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)軟件中斷方式實(shí)現(xiàn)的信號校吋，時間誤差僅限于硬件傳輸誤差，硬件傳輸誤差與中斷響應(yīng)時間相比可忽略不計(jì)，大大提高了利用GPS整秒脈沖信號進(jìn)行校時的精度，滿足了航天器對信號校時的高精度要求；
(2)本發(fā)明整秒脈沖高精度校時器采用隨著需要記錄時間的硬件脈沖信號的增カロ，僅增加硬件鎖存通道，實(shí)現(xiàn)對多路脈沖信號的校吋，無需增加中斷通道，軟件體系簡單，易于實(shí)現(xiàn)；
(3)本發(fā)明整秒脈沖高精度校時器及校時方法滿足了航天器高同步、小延遲、高精度和高穩(wěn)定度的要求。
圖I為本發(fā)明航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的校時流程圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中GPS整秒脈沖信號與脈沖信號I的時序圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的描述
如圖I所為本發(fā)明航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知該高精度校時器包括脈沖接收模塊、計(jì)時器鎖存控制模塊、寄存器組、校時模塊和計(jì)時器。
脈沖接收模塊接收GPS整秒脈沖信號和需要進(jìn)行高精度校時的N路脈沖信號，根據(jù)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)鎖存信號，并將鎖存信號和觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號的編碼一起輸出給計(jì)時器鎖存控制模塊。觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號可以為GPS整秒脈沖信號或N路脈沖信號中的任意一路信號。
計(jì)時器鎖存控制模塊接收脈沖接收模塊輸出的鎖存信號和脈沖信號編碼，并在鎖存信號的接收時刻從計(jì)時器讀取當(dāng)前計(jì)時器時間，并將脈沖信號編碼和計(jì)時器時間同時發(fā)送給寄存器組。
寄存器組包括N+1個寄存器，分別對應(yīng)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號。根據(jù)從計(jì)時器鎖存控制模塊接收的脈沖信號編碼，將接收的計(jì)時器時間按照脈沖信號編碼存入對應(yīng)的寄存器中，完成脈沖信號接收時間的鎖存。
校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)接收到外部發(fā)送的校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間TO和需要高精度校時的第M路脈沖信號的接收時間Tm是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組中讀取GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和第M路脈沖信號的接收時間TM，對第M路脈沖信號進(jìn)行校吋，計(jì)算第M路脈沖信號校時后的絕對時間Tm纟_
Tm 絕對=TGPS+ (Tm-T0)
其中M為正整數(shù)，且I彡M彡N，N為正整數(shù)。
計(jì)時器為根據(jù)系統(tǒng)時鐘脈沖的累計(jì)來實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能的模塊。
本發(fā)明航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的校時方法，包括如下步驟
(I)、脈沖接收模塊接收GPS整秒脈沖信號和需要進(jìn)行高精度校時的N路脈沖信號，根據(jù)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)鎖存信號，并將鎖存信號和觸發(fā)所述鎖存信號的一路脈沖信號的編碼一起輸出給計(jì)時器鎖存控制模塊，觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號可以為GPS整秒脈沖信號或N路脈沖信號中的任意一路。
(2)、計(jì)時器鎖存控制模塊接收脈沖接收模塊輸出的鎖存信號和脈沖信號編碼，并在鎖存信號的接收時刻從計(jì)時器讀取當(dāng)前計(jì)時器時間，并將脈沖信號編碼和計(jì)時器時間同時發(fā)送給寄存器組。
(3)、寄存器組根據(jù)從計(jì)時器鎖存控制模塊接收的脈沖信號編碼，將接收的計(jì)時器時間按照脈沖信號編碼存入對應(yīng)的寄存器中，完成脈沖信號接收時間的鎖存。寄存器包括N+1個寄存器，分別對應(yīng)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號。
(4)、校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)接收到外部發(fā)送的校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間TO和需要高精度校時的第M路脈沖信號的接收時間Tm是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組中讀取GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和第M路脈沖信號的接收時間TM，對第M路脈沖信號進(jìn)行校時，得到第M路脈沖信號校時后的絕對時間Tm纟_= TGPS-(Tm-Tci)，完成脈沖信號的高精度校時。
下面以對脈沖信號I進(jìn)行高精度校時為例進(jìn)行進(jìn)一步說明
信號組成為GPS整秒脈沖信號+脈沖信號1，如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例中GPS整秒秒脈沖信號時序圖。
校時器的脈沖接收模塊接收外部的GPS整秒脈沖信號，GPS整秒脈沖信號為Is。并通過校時模塊接收該秒脈沖信號對應(yīng)的絕對時間信息TGPS。
脈沖信號I為250ms的控制周期信號，利用GPS整秒脈沖信號實(shí)現(xiàn)控制周期的高精度校吋。
計(jì)時器長度為32位，當(dāng)量為I μ S。校時器上電運(yùn)行后，該計(jì)時器自動累計(jì)。寄存器組中實(shí)現(xiàn)了 2路32位鎖存寄存器，脈沖接收模塊接收有效脈沖時一路鎖存GPS整秒脈沖的下降沿，當(dāng)下降沿有效時，自動將此時的計(jì)時器的數(shù)據(jù)鎖存在I路32位寄存器組中GPS整秒脈沖信號對應(yīng)的寄存器中，供校時模塊采集；一路鎖存控制周期的上升沿，當(dāng)上升沿有效時，自動將此時的計(jì)時器的數(shù)據(jù)鎖存在I路32位鎖存寄存器組中脈沖信號I對應(yīng)的寄存器中，供校時模塊采集。
如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例中GPS整秒脈沖信號與脈沖信號I的時序圖，校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)從外部接收到校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和需要高精度校時的脈沖信號I的接收時間T1是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組讀取鎖存的GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和需要進(jìn)行高精度校時的脈沖信號I的接收時間T1，進(jìn)ー步計(jì)算得到脈沖信號I校時后的絕對時間Tuw= TGPS+(T1-Ttl),完成脈沖信號I的高精度校吋。
以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技木。
權(quán)利要求
1.一種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器，其特征在于包括脈沖接收模塊、計(jì)時器鎖存控制模塊、寄存器組、校時模塊和計(jì)時器，其中 脈沖接收模塊接收GPS整秒脈沖信號和需要進(jìn)行高精度校時的N路脈沖信號，根據(jù)所述GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)鎖存信號，并將所述鎖存信號和觸發(fā)所述鎖存信號的一路脈沖信號的編碼一起輸出給計(jì)時器鎖存控制模塊，所述觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號為GPS整秒脈沖信號或N路脈沖信號中的任意一路； 計(jì)時器鎖存控制模塊接收脈沖接收模塊輸出的鎖存信號和脈沖信號編碼，并在鎖存信號的接收時刻從計(jì)時器讀取當(dāng)前計(jì)時器時間，并將接收的脈沖信號編碼和計(jì)時器時間同時發(fā)送給寄存器組； 寄存器組包括N+1個寄存器，分別對應(yīng)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號，根據(jù)從計(jì)時器鎖存控制模塊接收的脈沖信號編碼，將所述接收的計(jì)時器時間按照脈沖信號編碼存入對應(yīng)的寄存器中，完成脈沖信號接收時間的鎖存； 校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)接收到外部發(fā)送的校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間TO和需要高精度校時的第M路脈沖信號的接收時間Tm是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組中讀取GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和第M路脈沖信號的接收時間TM，對第M路脈沖信號進(jìn)行校時，得到第M路脈沖信號校時后的絕對時間1 纟_= TGPS+(Tm-T0);其中M為正整數(shù)，且I彡M彡N，N為正整數(shù)； 計(jì)時器根據(jù)系統(tǒng)時鐘脈沖的累計(jì)來實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能的模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器的校時方法，其特征在于包括如下步驟 (1)、脈沖接收模塊接收GPS整秒脈沖信號和需要進(jìn)行高精度校時的N路脈沖信號，根據(jù)所述GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)鎖存信號，并將所述鎖存信號和觸發(fā)所述鎖存信號的一路脈沖信號的編碼一起輸出給計(jì)時器鎖存控制模塊，所述觸發(fā)鎖存信號的一路脈沖信號為GPS整秒脈沖信號或N路脈沖信號中的任意一路； (2)、計(jì)時器鎖存控制模塊接收脈沖接收模塊輸出的鎖存信號和脈沖信號編碼，并在鎖存信號的接收時刻從計(jì)時器讀取當(dāng)前計(jì)時器時間，并將接收的脈沖信號編碼和計(jì)時器時間同時發(fā)送給寄存器組； (3)、寄存器組根據(jù)從計(jì)時器鎖存控制模塊接收的脈沖信號編碼，將所述接收的計(jì)時器時間按照脈沖信號編碼存入對應(yīng)的寄存器中，完成脈沖信號接收時間的鎖存；所述寄存器包括N+1個寄存器，分別對應(yīng)GPS整秒脈沖信號和N路脈沖信號； (4)、校時模塊從外部接收GPS整秒脈沖對應(yīng)的絕對時間TGPS，當(dāng)接收到外部發(fā)送的校時指令后，從寄存器組中查詢GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和需要高精度校時的第M路脈沖信號的接收時間Tm是否已經(jīng)鎖存在對應(yīng)的寄存器中，若已存入，從寄存器組中讀取GPS整秒脈沖信號接收時間Ttl和第M路脈沖信號的接收時間TM，對第M路脈沖信號進(jìn)行校吋，得到第M路脈沖信號校時后的絕對時間TGPS+(Tm-T0)； 其中M為正整數(shù)，且I彡M彡N，N為正整數(shù)。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種航天器GPS整秒脈沖高精度校時器，采用硬件鎖存技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖信號對應(yīng)的系統(tǒng)計(jì)時器時間的記錄，首次采用脈沖接收模塊、計(jì)時器鎖存控制模塊、寄存器組、校時模塊和計(jì)時器共同實(shí)現(xiàn)脈沖信號的校時，通過硬件鎖存模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)軟件中斷方式實(shí)現(xiàn)的信號校時，時間誤差僅限于硬件傳輸誤差，硬件傳輸誤差與中斷響應(yīng)時間相比可忽略不計(jì)，大大提高了利用GPS整秒脈沖信號進(jìn)行校時的精度和穩(wěn)定度，滿足了航天器對信號校時的高精度要求。
文檔編號G04R20/02GKCN102866621SQ201210334327
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月12日
發(fā)明者王躍, 戰(zhàn)毅, 王晉鵬, 丁建釗, 陳超, 劉群, 張海彤, 瞿涵 申請人:北京控制工程研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan