[發明專利]高精度星載時間傳遞系統

有效

• 申請號: 201610064806.6
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105549375B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 余達;劉金國;郭疆;王冶;張貴祥;王國良;張艷鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;G04R20/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 朱紅玲

技術領域

本發明是一種星載時間系統，特別是涉及一種高精度星載時間傳遞系統。

背景技術

現今星載測繪相機和星敏感器采用定位系統(GPS或北斗)秒脈沖和晶體振蕩器守時，最終根據相機圖像的時間戳獲得衛星在對應攝像時刻的姿態參數，時間同步精度在100μs左右，不能滿足高目標定位精度的要求。

以往小衛星星務系統的時間基準都是采用單獨外加時鐘提供計時基準，由星務中心計算機以廣播的方式，通過一級CAN總線發送整星時間，相關時間系統用戶通過CAN總線接收整星時間完成自身的校時，各時間系統用戶間的同步精度在5ms左右；為應用于測繪、國土勘察等領域，采用GPS秒脈沖作為同步信號，有效載荷的時間同步精度優于0.1ms，也不滿足高目標定位精度的要求。

設計時鐘和定時系統的難點是保證時鐘長期、短期的穩定度和準確度、降低和控制通道的時鐘偏差,并且能夠自動地對各個通道的傳輸延遲進行補償,以消除環境等不可控因素帶來的影響。如石英晶體振蕩器的日漂移率為±5×10^-11/日，原子鐘的月漂移率為±5×10^-11/月。GPS接收器提供的脈沖的長期穩定性好,但是短期穩定度比較差，原子鐘具有短期穩定度好而長期穩定度差的特點。因此,使兩者取長補短,提高系統時鐘短期、長期的準確度和穩定度。因此利用秒脈沖信號對原子時鐘進行不間斷地馴服,原子時鐘就會始終保持較高準確度。

發明內容

本發明為解決現有星載測繪相機和星敏器采用定位系統秒脈沖和晶體振蕩器守時，存在時間同步精度差，導致不能滿足高目標定位要求等問題，提供一種高精度星載時間傳遞系統。

高精度星載時間傳遞系統，包括星載平臺、星敏感器單元和成像單元；

星載平臺包括定位系統、星務控制器、原子鐘、帶通放大器、比較器、鎖相環；星敏感器單元包括星控制器和星傳感器；成像單元包括相機控制器和相機傳感器；

所述定位系統產生的時標和秒脈沖送入星務控制器，星務控制器將送入的秒脈沖馴化原子鐘，所述原子鐘產生原子鐘秒脈沖和馴化的原子鐘低幅正弦時鐘；所述原子鐘秒脈沖送入星務控制器；

所述原子鐘低幅正弦時鐘經帶通放大器帶通放大，并經比較器轉換為方波后通過鎖相環去抖和倍頻，產生整個系統同步基準的倍頻時鐘經時鐘分配器輸出至星敏感器單元和成像單元，同時，采用所述倍頻時鐘去采樣星務控制器內的原子鐘秒脈沖，輸出同步原子鐘秒脈沖；

所述星務控制器將星務控制器輸出的時標、同步原子鐘秒脈沖和時鐘分配器輸出的倍頻時鐘送入星敏感器單元和成像單元，同時所述星務控制器通過接收星敏感器單元和成像單元返回的時標信號，測量星務控制器、星敏感器單元和成像單元三者之間時間基準的傳輸延遲，并進行補償；所述相機控制器在攝像時刻向星控制器發送攝像開始信號，星控制器通過接收攝像開始信號，記錄對應攝像時刻的姿態信息，通過測量星控制器和相機控制器之間的延時變化；計算星控制器與星傳感器、相機控制器與相機傳感器之間的延時，實現精確的時間傳遞；

所述的帶通放大器的電阻值V_電源為帶通放大器的供電電源的輸出電壓，I_max為帶通放大器的最大工作電流，V_H為帶通放大器輸入和輸出正弦信號的波峰對應的最大電壓值；比較器的電阻值I_max1為比較器的最大工作電流，V_H1為比較器輸入正弦信號的波峰對應的電壓值和輸出矩形波信號高電平中的最大值；帶通放大器在中心頻率的放大倍數大于等于4；

通過相機控制器和星控制器雙向的時鐘和時標傳輸測量，實現補償溫漂引起的延時變化；

設定經地面測量，t_sk為星控制器和相機控制器間的延時，t_s為星控制器和星傳感器間的延時，t_k為相機控制器和相機傳感器間的延時；當溫度變化時，星控制器和相機控制器間的延時變為t_sk1，則星控制器和星傳感器間的延時變為相機控制器和相機傳感器間的延時變為

若在t時刻星控制器接收到相機控制器發出的攝像開始信號，測量獲得星控制器和相機控制器間的延時t_sk2，則星控制器根據星傳感器獲得的在時刻對應的姿態信息為相機在該幀實際攝像時的姿態。