[發明專利]一種高精度的GNSS模擬器時間同步方法

有效

• 申請號: 201911308856.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111208539B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 丁穎浩;洪銳;周姝春;羅天成;張瑾;梁琨
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 主分類號: G01S19/25
• 分類號: G01S19/25;G01S19/23;G05B17/02;H03L7/26
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

GNSS模擬器常用于飛控系統半實物仿真中，它能模擬飛機所在位置天空衛星星座輻射的導航信號，輔助仿真系統完成含有衛星定位接收機的飛控半實物仿真。由于GNSS模擬器和仿真計算機各自時鐘精度不同，使得兩者在長時間仿真過程中累積的時差持續增大，最終會在數小時內因時差超限而出現接收機無法定位的問題。本發明提出一種高精度的GNSS模擬器時間同步方法，成本低廉效果好，不改變仿真計算機硬件，而是采用一套外置的嵌入式定時設備，根據GNSS模擬器輸出的“秒脈沖”信號對設備內部的定時周期進行持續調節，使累計時間對“秒脈沖”保持精確跟蹤，并按修正過后的周期節拍，將觸發信號傳輸至仿真計算機，從而徹底消除仿真計算機與GNSS模擬器之間的累計時間誤差。

技術領域：

本發明屬于飛控系統仿真領域，具體涉及到一種高精度的GNSS模擬器時間同步方法。

背景技術：

GPS/GLONASS/BD三合一(又稱GNSS)衛星信號模擬器能夠模擬產生BD-2系統全星座B3頻點軍碼與民碼，GPS系統全星座L1，L2頻點C/A碼、GLONASS系統全星座L1頻點C/A碼的衛星導航信號，用來代替費用昂貴、耗費時間的現場測試，不受實際應用環境中進行測試帶來的限制，模擬飛機所在位置天空衛星星座輻射的導航信號，輔助實時仿真計算機系統完成含有衛星定位接收機的飛機控制系統的半實物仿真，并兼顧衛星定位接收機的靜態及動態性能測試。

GNSS模擬器設備使用銣原子鐘進行計時，驅動內部軌跡遞推算法以及基帶和多徑信號的生成，以便輸出足夠精度的衛星導航信號。銣原子鐘具有非常優秀的頻率穩定性，可達10^-12量級，準確度為±5×10^-11。

在含有衛星定位接收機的飛控系統半實物仿真試驗中，實時仿真計算機周期性地將最新仿真得到的飛機位置數據寫入GNSS模擬器，GNSS模擬器經過內部軌跡遞推并通過射頻將衛星定位信號發射至衛星定位接收機，接收機對信號進行解算，最終將定位數據傳輸至飛行控制系統，實現閉環。

傳統的實時仿真計算機使用本地定時器，其時鐘來源于計算機主板上的晶體振蕩器，由于實時仿真計算機和GNSS模擬器時鐘源的不同，使得兩者處于異步運行模式。事實上，晶體振蕩器的準確度遠低于銣原子鐘，造成這個異步系統在長時間運行過程中的累計時差持續增大，導致飛行仿真的軌跡和GNSS模擬器內部遞推的軌跡偏差越來越大，最終會在數小時內因時差超過臨界值而出現接收機無法定位的問題，試驗只能被迫終止。

經多方咨詢后得知，與我單位有合作關系的某航天院所也受此問題困擾，其使用的進口斯博倫GNSS模擬器設備同樣會在長時間仿真后進入無法定位的故障狀態，一直無法實現GNSS模擬器在環的長時間閉環仿真試驗。

發明內容

本發明采用一套外置的嵌入式定時設備(以下簡稱ETD)，能夠根據GNSS模擬器輸出的“秒脈沖”信號對設備內部的定時周期進行持續調節，使累計時間對“秒脈沖”保持精確跟蹤，并按照修正過后的周期節拍，將定時數據傳輸至實時仿真計算機，從而徹底消除仿真計算機與GNSS模擬器之間的累計時間誤差，保障試驗能夠長時間運行。

技術方案

一種高精度的GNSS模擬器時間同步方法，具體技術方案如下：

步驟1：因為仿真計算機需要以GNSS時鐘為基準的5毫秒定時周期，所以在ETD設備上，以本地5毫秒時鐘為中心，預設3套定時方案：5毫秒、4.95毫秒、5.05毫秒，可實現±0.05毫秒的調整精度，提供最高±1.0％的誤差調整率，足以覆蓋晶體振蕩器相對銣原子鐘的誤差極限；

步驟2：在ETD設備上以中斷方式偵測GPIO端口輸入的GNSS模擬器“秒脈沖”信號，在首個“秒脈沖”被捕獲的同時，以本地5ms為初始周期啟動定時循環；