一种基于秒脉冲的航天器同步精度测试系统及方法与流程

本发明涉及一种基于秒脉冲的航天器同步精度测试系统及方法，尤其适用于大型卫星系统级秒脉冲同步精度的测试。

背景技术：

秒脉冲时间管理方式是实现航天器精密时间同步的一种主流技术，首先需要导航接收机正常锁定导航信号，在整星指令控制下输出整秒脉冲(如GPS导航电文与GPS时间严格对应)信号以及该信号对应的绝对时间信息。脉冲信号经过授时与数据存储单元的放大和分路处理后作为触发信号，通过专用电缆发送给所有需要时间同步处理星上设备。绝对时间信息则通过总线发送到相关时间同步设备。相关分系统以收到的秒脉冲信号为全系统授时起点，完成高精度授时或同步。

以遥感卫星为例，遥感卫星因具备高效及持续探测能力等优势，已在资源与测绘、环境监测、农业水利等领域取得了广泛的应用。随着用户对卫星遥感数据高时间、高空间分辨率需求的不断提高，光学遥感卫星和微波遥感卫星均对星上时间精度和同步精度提出了更为苛刻的要求。以SAR遥感卫星为例，在高分辨率的聚束模式工作期间，为了获取丰富精细的目标信息，高速运动的卫星将始终小范围地照射卫星预先存储的特定成像区域，这就要求预先设定的聚束模式工作时间起点与星上时间比对时刻严格同步，稍有差别的时间误差即可造成不可忽视的成像性能下降。

中国专利CN201410623668.1名称为一种基于GPS/BD双模授时的时间同步系统及方法，该系统包括带有天线的GPS/BD双模接收机，带有天线的GPS/BD双模接收机的秒脉冲G1pps输出端和秒脉冲B1pps输出端与时刻顺序提取与确认模块相连，实现了秒脉冲同步，但不涉及秒脉冲同步精度的获取方法。中国专利CN201310734350.6名称为一种检验GPS对时精度系统及方法，包括：GPS接收单元、系统时钟、控制单元及处理单元，GPS接收单元产生基准秒脉冲并发送至处理单元和获取GPS时间并将GPS系统时钟发送给系统时钟，系统时钟接收GPS时间完成对时，控制单元监测系统时钟毫秒位大于预设阈值时发送系统秒脉冲至处理单元，处理单元用于生成基准秒脉冲上升沿和系统秒脉冲上升沿，并计算基准秒脉冲上升沿和系统秒脉冲上升沿的时间差，通过计算时间差可以得出GPS对时的精度，该方法为系统校时方法，不涉及秒脉冲使用终端对秒脉冲的同步精度的测试。中国专利CN201210390636.2名称为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。采用该发明提出的卫星高精度时间同步系统，可以使卫星各测量设备工作在同一时间基准上，当仍然不涉及测量设备与GNSS导航信号之间的同步精度的获取方法。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于秒脉冲的航天器同步精度测试系统及方法，针对航天器系统，解决秒脉冲同步精度的测试问题，实现导航接收机和秒脉冲使用终端的时间同步的高精度测试。

本发明的技术解决方案是：

一种基于秒脉冲的航天器同步精度测试系统，包括：导航接收机仿真器、导航接收机、星载时间管理设备、秒脉冲使用终端、逻辑分析仪、地面供电电源、终端地面测试设备、导航接收机地检设备、测试客户机；

导航接收机仿真器实现导航信号的发射和传播模拟，为导航接收机提供信源，

导航接收机对导航接收机仿真器的信号进行处理，获取整秒时间码及硬件秒脉冲信号，整秒时间码通过星载时间管理设备分发至秒脉冲使用终端，硬件秒脉冲信号提供给秒脉冲使用终端，作为秒脉冲使用终端的同步信号；秒脉冲使用终端同时接收所述整秒时间码以及所述硬件秒脉冲信号，实现高精度授时，生成控制周期脉冲并提供给逻辑分析仪，逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，完成航天器同步精度的测试；

地面供电电源对导航接收机仿真器、导航接收机、星载时间管理设备供电；终端地面测试设备实现对秒脉冲使用终端的工作状态检测，导航接收机地检设备实现对导航接收机的功能检测，测试客户机实现对星载时间管理设备的控制。

星载时间管理设备为星务计算机或者中央处理单元。

所述逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，具体为：

秒脉冲同步精度τ为：τ＝μ-δ；

其中，δ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲时刻t1和导航接收发送的硬件秒脉冲时刻t0的差值；

μ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲的微秒位。

所述秒脉冲使用终端为光学相机或者SAR载荷。

所述导航接收机仿真器模拟GPS卫星、北斗导航卫星或者伽利略导航卫星的信号。

一种航天器同步精度测试方法，步骤如下：

(1)对精度测试系统中电缆连接状态进行检查，确认连接状态正常；

(2)通过测试客户机查看遥测数据格式是否与通信协议规定的一致；

(3)调整导航接收机仿真器输出功率，使导航接收机正常锁定，完成定位；

(4)等待10分钟，确认导航接收机完成调整整秒功能后，输出精确的硬件秒脉冲信号；

(5)逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，完成本次航天器同步精度的测试；

(6)重复步骤(5)，连续统计10次，统计平均值作为最终的秒脉冲同步精度。

所述步骤(5)逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，具体为：

秒脉冲同步精度τ为：τ＝μ-δ；

其中，δ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲时刻t1和导航接收发送的硬件秒脉冲时刻t0的差值，μ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲的微秒位。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

同步精度测试系统采用了秒脉冲使用终端记录的遥测信号，能够快速获取控制周期脉冲的实际参数值，通过逻辑分析仪读取的硬件秒脉冲的输出值，实现秒脉冲同步精度的计算与测试，构建的系统简单可靠，同步精度测试方法方便快捷。

附图说明

图1为本发明基于秒脉冲的航天器同步精度测试系统实施图；

图2为本发明航天器同步精度测试方法原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提出的基于秒脉冲的航天器同步精度测试系统，包括：导航接收机仿真器、导航接收机、星载时间管理设备、秒脉冲使用终端、逻辑分析仪、地面供电电源、终端地面测试设备、导航接收机地检设备、测试客户机；

导航接收机仿真器实现导航信号的发射和传播模拟，为导航接收机提供信源，

导航接收机对导航接收机仿真器的信号进行处理，获取整秒时间码及硬件秒脉冲信号，整秒时间码通过星载时间管理设备分发至秒脉冲使用终端，硬件秒脉冲信号提供给秒脉冲使用终端，作为秒脉冲使用终端的同步信号；秒脉冲使用终端同时接收所述整秒时间码以及所述硬件秒脉冲信号，实现高精度授时，生成控制周期脉冲并提供给逻辑分析仪，逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，完成航天器同步精度的测试；

地面供电电源对导航接收机仿真器、导航接收机、星载时间管理设备供电；终端地面测试设备实现对秒脉冲使用终端的工作状态检测，导航接收机地检设备实现对导航接收机的功能检测，测试客户机实现对星载时间管理设备的控制。

星载时间管理设备为星务计算机或者中央处理单元。

所述逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，具体为：

秒脉冲同步精度τ为：τ＝μ-δ；

其中，δ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲时刻t1和导航接收发送的硬件秒脉冲时刻t0的差值；

μ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲的微秒位。

所述秒脉冲使用终端为光学相机或者SAR载荷。导航接收机仿真器模拟GPS卫星、北斗导航卫星或者伽利略导航卫星的信号。

如图2所示，本发明还提出了一种基于所述的航天器同步精度测试系统实现的同步精度测试方法，步骤如下：

(1)对精度测试系统中电缆连接状态进行检查，确认连接状态正常；

该步骤的检查目的是为了对同步精度测试系统的连接状态进行确认，特别是电缆连接的正确性检查，阻抗匹配检查等。

(2)通过测试客户机查看遥测数据格式是否与通信协议规定的一致；

该步骤的检查目的是为了使测试系统在通信方式和信息交互方式与卫星的真实在轨状态保持一致，确保使用的通信协议与卫星使用通信协议相同，这样才能确保秒脉冲时间码在传输路径上与卫星状态相同。

(3)调整导航接收机仿真器输出功率，使导航接收机正常锁定，完成定位；

该步骤实施的目的是为了确保导航接收机处于正常工作状态，模拟了导航接收机对导航星的信号接收和锁定的真实在轨状态。

(4)等待10分钟，确认导航接收机完成调整整秒功能后，输出精确的硬件秒脉冲信号；

该步骤实施的目的是为了确保导航接收输出的硬件秒脉冲有效。

(5)逻辑分析仪将所述控制周期脉冲与导航接收机提供的硬件秒脉冲信号进行比对，完成本次航天器同步精度的测试；

具体为：

秒脉冲同步精度τ为：τ＝μ-δ；

其中，δ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲时刻t1和导航接收发送的硬件秒脉冲时刻t0的差值，μ为逻辑分析仪接收到的第一个控制周期脉冲的微秒位；

(6)重复步骤(5)，连续统计10次，统计平均值作为最终的秒脉冲同步精度。

该步骤实施的目的是为了采用统计平均值的方法能够更有效地说明测试结果的可信度，提出个别野值造成的影响。

实施例：

以合成孔径雷达SAR卫星的载荷设备为例进行说明：

1、星上及地面设备电缆连接状态、自检状态确认。

2、确认导航接收机星上及地面设备电缆连接状态、自检状态确认。

3、确认SAR监控定时器(秒脉冲使用终端)及地面设备电缆连接状态、自检状态确认。

4、确认参试分系统、转接盒、逻辑分析仪相互连接状态。

5、通过测试客户机查看遥测数据数据格式是否与通信协议规定的一致。

6、调整导航接收机仿真器输出功率，使接收机正常锁定，完成定位功能。

7、等待10分钟，确认导航接收机完成调整秒功能后，输出精确的硬件秒脉冲信号。

8、利用逻辑分析仪记录并计算第一个控制周期脉冲与秒脉冲时刻的时间差值，该控制周期脉冲时间和秒脉冲时刻均是从逻辑分析仪直接记录的时间值。

9、通过遥测下传记录第一个控制周期脉冲的微秒位μ＝232.6μs。

10、SAR监控定时器处理秒脉冲环节的延时为第一个控制周期脉冲的微秒位μ＝232.6μs，与δ＝230.4μs的差值τ＝2.2μs。

11、连续统计10次，统计时延数据平均值作为最终的秒脉冲同步精度，精度为1.608μs。

12、各测试设备单元关机。

上述实施例采用本发明提出的测试方法，快速获取SAR载荷控制周期脉冲的实际参数值，通过逻辑分析仪读取的硬件秒脉冲的输出值，实现SAR载荷秒脉冲同步精度的计算与测试，构建的系统简单可靠，同步精度测试方法方便快捷。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。