专利名称:一种航天器gps整秒脉冲高精度校时器及其校时方法
技术领域：
本发明属于航天时统技术领域：
，涉及ー种基于硬件锁存功能的航天器GPS秒脉冲的高精度校时器及其校时方法，用以实现系统高精度校吋。
背景技术：
GPS(Global Positioning System,全球定位系统)是由美国研制的以卫星为基础的无线电导航定位系统，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，可应用在动态的导航定位、静态的测绘定位、精密的定时和时间同步等领域。
随着航天技术的日益发展，对卫星的时间精度提出了更改的要求，目前，大量的卫星开始使用GPS系统来实现以卫星数据管理分系统为核心的对卫星各分系统的高精度校时功能。
卫星通过数据管理分系统间接或通过GPS分系统直接向各分系统的接收设备发送GPS整秒脉冲信号，随后在很短的时间内该整秒脉冲信号对应的绝对时间信息通过数据总线发送给各分系统的接收设备。各接收设备利用GPS整秒脉冲信号和对应的绝对时间信息完成高精度校吋。
目前，部分卫星也采用类似的以中断响应技术实现GPS整秒脉冲信号校吋。但是，随着对时间精度要求的提高，该方法存在以下问题
(I)GPS整秒脉冲信号触发中断到进入中断处理函数读取时间必然需要一定的时间，中断响应时间的存在导致中断方式难以满足高精度校时的要求。嵌入式操作系统在进入中断后需要首先进行中断现场保护，保护通用寄存器中的数据，保护完毕后才能调用中断处理函数，采集中断信号对应的时间信息。中断现场保护时间必然需要一定的时间，难以满足高精度校时要求。
(2)采用中断方式记录硬件脉冲信号，随着需要记录的脉冲信号的增多，需要的中断数量越多，中断处理程序的软件体系复杂。随着技术的发展，目前对系统采集数据提出了高同步、小延迟、高精度，为了满足上述要求，系统内部均涉及了内同步信号，来满足上述要求。同时，随着系统功能的复杂，单控制周期满足不了复杂任务的要求，出现了多级控制周期的需求。为了保证系统内高精度时间要求，需要引入像GPS整秒脉冲信号的外同步信号。随着上述脉冲信号数量的増加，若采用中断方式实现，则系统中断数据越多，在中断的设置、中断优先级的选择会给系统带来很多问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器，该校时器基于硬件锁存功能记录各种脉冲信号对应的时间信息，提高了利用GPS整秒脉冲信号实现高精度校时的精度和稳定度。
本发明的另外ー个目的在于提供一种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的校时方法。[0010]本发明的上述目对主要是通过如下技术方案予以实现的
一种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器，包括脉冲接收模块、计时器锁存控制模块、寄存器组、校时模块和计时器，其中
脉冲接收模块接收GPS整秒脉冲信号和需要进行高精度校时的N路脉冲信号，根据所述GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号的上升沿或下降沿触发锁存信号，并将所述锁存信号和触发所述锁存信号的一路脉冲信号的编码一起输出给计时器锁存控制模块，所述触发锁存信号的一路脉冲信号为GPS整秒脉冲信号或N路脉冲信号中的任意一路；
计时器锁存控制模块接收脉冲接收模块输出的锁存信号和脉冲信号编码，并在锁存信号的接收时刻从计时器读取当前计时器时间，并将接收的脉冲信号编码和计时器时间同时发送给寄存器组；
寄存器组包括N+1个寄存器，分别对应GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号，根据 从计时器锁存控制模块接收的脉冲信号编码，将所述接收的计时器时间按照脉冲信号编码存入对应的寄存器中，完成脉冲信号接收时间的锁存；
校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当接收到外部发送的校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间TO和需要高精度校时的第M路脉冲信号的接收时间TM是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组中读取GPS整秒脉冲信号接收时间TO和第M路脉冲信号的接收时间TM，对第M路脉冲信号进行校时，得到第M路脉冲信号校时后的绝对时间Tmw= TGPS+(Tm-T0);其中M为正整数，且I彡M彡N，N为正整数；
计时器根据系统时钟脉冲的累计来实现计时功能的模块。
一种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的校时方法，包括如下步骤
(I)、脉冲接收模块接收GPS整秒脉冲信号和需要进行高精度校时的N路脉冲信号，根据所述GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号的上升沿或下降沿触发锁存信号，并将所述锁存信号和触发所述锁存信号的一路脉冲信号的编码一起输出给计时器锁存控制模块，所述触发锁存信号的一路脉冲信号为GPS整秒脉冲信号或N路脉冲信号中的任意一路；
(2)、计时器锁存控制模块接收脉冲接收模块输出的锁存信号和脉冲信号编码，并在锁存信号的接收时刻从计时器读取当前计时器时间，并将接收的脉冲信号编码和计时器时间同时发送给寄存器组；
(3)、寄存器组根据从计时器锁存控制模块接收的脉冲信号编码，将所述接收的计时器时间按照脉冲信号编码存入对应的寄存器中，完成脉冲信号接收时间的锁存；所述寄存器包括N+1个寄存器，分别对应GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号；
(4)、校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当接收到外部发送的校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和需要高精度校时的第M路脉冲信号的接收时间Tm是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组中读取GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和第M路脉冲信号的接收时间TM，对第M路脉冲信号进行校时，得到第M路脉冲信号校时后的绝对时间1 纟_= TGPS+(Tm-T0)；
其中M为正整数，且I彡M彡N，N为正整数。
本发明与现有技术相比的优点在于
(I)本发明采用硬件锁存技术实现脉冲信号对应的系统计时器时间的记录，首次采用脉冲接收模块、计时器锁存控制模块、寄存器组、校时模块和计时器共同实现脉冲信号的校时，通过硬件锁存模式代替传统软件中断方式实现的信号校吋，时间误差仅限于硬件传输误差，硬件传输误差与中断响应时间相比可忽略不计，大大提高了利用GPS整秒脉冲信号进行校时的精度，满足了航天器对信号校时的高精度要求；
(2)本发明整秒脉冲高精度校时器采用随着需要记录时间的硬件脉冲信号的增カロ，仅增加硬件锁存通道，实现对多路脉冲信号的校吋，无需增加中断通道，软件体系简单，易于实现；
(3)本发明整秒脉冲高精度校时器及校时方法满足了航天器高同步、小延迟、高精度和高稳定度的要求。
图I为本发明航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的结构示意图；
图2本发明航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的校时流程图；
图3为本发明实施例中GPS整秒脉冲信号与脉冲信号I的时序图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进ー步详细的描述
如图I所为本发明航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的结构示意图，由图可知该高精度校时器包括脉冲接收模块、计时器锁存控制模块、寄存器组、校时模块和计时器。
脉冲接收模块接收GPS整秒脉冲信号和需要进行高精度校时的N路脉冲信号，根据GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号的上升沿或下降沿触发锁存信号，并将锁存信号和触发锁存信号的一路脉冲信号的编码一起输出给计时器锁存控制模块。触发锁存信号的一路脉冲信号可以为GPS整秒脉冲信号或N路脉冲信号中的任意一路信号。
计时器锁存控制模块接收脉冲接收模块输出的锁存信号和脉冲信号编码，并在锁存信号的接收时刻从计时器读取当前计时器时间，并将脉冲信号编码和计时器时间同时发送给寄存器组。
寄存器组包括N+1个寄存器，分别对应GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号。根据从计时器锁存控制模块接收的脉冲信号编码，将接收的计时器时间按照脉冲信号编码存入对应的寄存器中，完成脉冲信号接收时间的锁存。
校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当接收到外部发送的校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间TO和需要高精度校时的第M路脉冲信号的接收时间Tm是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组中读取GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和第M路脉冲信号的接收时间TM，对第M路脉冲信号进行校吋，计算第M路脉冲信号校时后的绝对时间Tm纟_
Tm 绝对=TGPS+ (Tm-T0)
其中M为正整数，且I彡M彡N，N为正整数。
计时器为根据系统时钟脉冲的累计来实现计时功能的模块。
本发明航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的校时方法，包括如下步骤
(I)、脉冲接收模块接收GPS整秒脉冲信号和需要进行高精度校时的N路脉冲信号，根据GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号的上升沿或下降沿触发锁存信号，并将锁存信号和触发所述锁存信号的一路脉冲信号的编码一起输出给计时器锁存控制模块，触发锁存信号的一路脉冲信号可以为GPS整秒脉冲信号或N路脉冲信号中的任意一路。
(2)、计时器锁存控制模块接收脉冲接收模块输出的锁存信号和脉冲信号编码，并在锁存信号的接收时刻从计时器读取当前计时器时间，并将脉冲信号编码和计时器时间同时发送给寄存器组。
(3)、寄存器组根据从计时器锁存控制模块接收的脉冲信号编码，将接收的计时器时间按照脉冲信号编码存入对应的寄存器中，完成脉冲信号接收时间的锁存。寄存器包括N+1个寄存器，分别对应GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号。
(4)、校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当接收到外部发送的校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间TO和需要高精度校时的第M路脉冲信号的接收时间Tm是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组中读取GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和第M路脉冲信号的接收时间TM，对第M路脉冲信号进行校时，得到第M路脉冲信号校时后的绝对时间Tm纟_= TGPS-(Tm-Tci)，完成脉冲信号的高精度校时。
下面以对脉冲信号I进行高精度校时为例进行进一步说明
信号组成为GPS整秒脉冲信号+脉冲信号1，如图3所示为本发明实施例中GPS整秒秒脉冲信号时序图。
校时器的脉冲接收模块接收外部的GPS整秒脉冲信号，GPS整秒脉冲信号为Is。并通过校时模块接收该秒脉冲信号对应的绝对时间信息TGPS。
脉冲信号I为250ms的控制周期信号，利用GPS整秒脉冲信号实现控制周期的高精度校吋。
计时器长度为32位，当量为I μ S。校时器上电运行后，该计时器自动累计。寄存器组中实现了 2路32位锁存寄存器，脉冲接收模块接收有效脉冲时一路锁存GPS整秒脉冲的下降沿，当下降沿有效时，自动将此时的计时器的数据锁存在I路32位寄存器组中GPS整秒脉冲信号对应的寄存器中，供校时模块采集；一路锁存控制周期的上升沿，当上升沿有效时，自动将此时的计时器的数据锁存在I路32位锁存寄存器组中脉冲信号I对应的寄存器中，供校时模块采集。
如图3所示为本发明实施例中GPS整秒脉冲信号与脉冲信号I的时序图，校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当从外部接收到校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和需要高精度校时的脉冲信号I的接收时间T1是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组读取锁存的GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和需要进行高精度校时的脉冲信号I的接收时间T1，进ー步计算得到脉冲信号I校时后的绝对时间Tuw= TGPS+(T1-Ttl),完成脉冲信号I的高精度校吋。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技木。
权利要求
1.一种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器，其特征在于包括脉冲接收模块、计时器锁存控制模块、寄存器组、校时模块和计时器，其中 脉冲接收模块接收GPS整秒脉冲信号和需要进行高精度校时的N路脉冲信号，根据所述GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号的上升沿或下降沿触发锁存信号，并将所述锁存信号和触发所述锁存信号的一路脉冲信号的编码一起输出给计时器锁存控制模块，所述触发锁存信号的一路脉冲信号为GPS整秒脉冲信号或N路脉冲信号中的任意一路； 计时器锁存控制模块接收脉冲接收模块输出的锁存信号和脉冲信号编码，并在锁存信号的接收时刻从计时器读取当前计时器时间，并将接收的脉冲信号编码和计时器时间同时发送给寄存器组； 寄存器组包括N+1个寄存器，分别对应GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号，根据从计时器锁存控制模块接收的脉冲信号编码，将所述接收的计时器时间按照脉冲信号编码存入对应的寄存器中，完成脉冲信号接收时间的锁存； 校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当接收到外部发送的校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间TO和需要高精度校时的第M路脉冲信号的接收时间Tm是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组中读取GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和第M路脉冲信号的接收时间TM，对第M路脉冲信号进行校时，得到第M路脉冲信号校时后的绝对时间1 纟_= TGPS+(Tm-T0);其中M为正整数，且I彡M彡N，N为正整数； 计时器根据系统时钟脉冲的累计来实现计时功能的模块。
2.根据权利要求
I所述的ー种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器的校时方法，其特征在于包括如下步骤 (1)、脉冲接收模块接收GPS整秒脉冲信号和需要进行高精度校时的N路脉冲信号，根据所述GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号的上升沿或下降沿触发锁存信号，并将所述锁存信号和触发所述锁存信号的一路脉冲信号的编码一起输出给计时器锁存控制模块，所述触发锁存信号的一路脉冲信号为GPS整秒脉冲信号或N路脉冲信号中的任意一路； (2)、计时器锁存控制模块接收脉冲接收模块输出的锁存信号和脉冲信号编码，并在锁存信号的接收时刻从计时器读取当前计时器时间，并将接收的脉冲信号编码和计时器时间同时发送给寄存器组； (3)、寄存器组根据从计时器锁存控制模块接收的脉冲信号编码，将所述接收的计时器时间按照脉冲信号编码存入对应的寄存器中，完成脉冲信号接收时间的锁存；所述寄存器包括N+1个寄存器，分别对应GPS整秒脉冲信号和N路脉冲信号； (4)、校时模块从外部接收GPS整秒脉冲对应的绝对时间TGPS，当接收到外部发送的校时指令后，从寄存器组中查询GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和需要高精度校时的第M路脉冲信号的接收时间Tm是否已经锁存在对应的寄存器中，若已存入，从寄存器组中读取GPS整秒脉冲信号接收时间Ttl和第M路脉冲信号的接收时间TM，对第M路脉冲信号进行校吋，得到第M路脉冲信号校时后的绝对时间TGPS+(Tm-T0)； 其中M为正整数，且I彡M彡N，N为正整数。
专利摘要
本发明涉及一种航天器GPS整秒脉冲高精度校时器，采用硬件锁存技术实现脉冲信号对应的系统计时器时间的记录，首次采用脉冲接收模块、计时器锁存控制模块、寄存器组、校时模块和计时器共同实现脉冲信号的校时，通过硬件锁存模式代替传统软件中断方式实现的信号校时，时间误差仅限于硬件传输误差，硬件传输误差与中断响应时间相比可忽略不计，大大提高了利用GPS整秒脉冲信号进行校时的精度和稳定度，满足了航天器对信号校时的高精度要求。
文档编号G04R20/02GKCN102866621SQ201210334327
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月12日
发明者王跃, 战毅, 王晋鹏, 丁建钊, 陈超, 刘群, 张海彤, 瞿涵 申请人:北京控制工程研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan