一种基于测控通讯系统的航天器时间校准方法

摘要

一种基于测控通讯系统的航天器时间校准方法，包括步骤：接收地面上注的遥控数据包；根据遥控数据包的注数数据解析上注时间信息，并更新本地系统时间；将本地系统时间通过IP网络采用SNTP授时协议向IP网络段内广播。由于遥控数据包的报文格式解析时间信息并更新本地系统时间，同时，将本地系统时间通过IP网络采用SNTP授时协议向IP网络段内广播；与现有技术相比，借助现有的遥控技术提供了灵活的航天器在轨的时间校准方法；采用IP网络和标准的SNTP授时协议，可以同时对网段内所有的载荷终端设备进行时间校准，且具有较好的通用性和扩展性；对载荷视频图像类终端和话音类终端周期性的维护基准时间，进行时钟同步。

说明书

技术领域

本发明涉及航天器时间同步技术领域，具体涉及一种基于测控通讯系统的航天器时间校准方法。

背景技术

随着航天测控技术的发展，视频、话音编解码技术已广泛应到于航天领域，航天器的视频图像类终端和话音类终端实时传输类数据，依赖一个基准时间来进行时钟同步，由于图像和话音数据产生的终端设备不同，且均需要通用天地链路下传，为了保证时间同步，常规的方法是通过地面遥控对各图像和话音终端进行时间校准，对于图像、话音等实时传输类数据，各终端设备在传输的各帧图像和话音数据中打上时间戳用于表征该帧数据产生的时间信息，用于时间图像数据和话音数据的唇音同步功能。

发明内容

针对航天器的时间同步问题，本申请提供一种基于测控通讯系统的航天器时间校准方法，包括步骤：

接收地面上注的遥控数据包；

根据遥控数据包解析上注时间信息，并更新本地系统时间；

将本地系统时间通过IP网络采用SNTP授时协议向IP网络段内广播。

一种实施例中，接收地面上注的遥控数据包，包括步骤：

通过测控通讯系统接收地面上注的遥控数据包，并校验遥控数据包接收是否正确，若正确，解析遥控数据包获得注数数据；

根据所述注数数据的帧头判断注数数据中是否包含上注时间信息；

根据注数协议约束及校验对注数数据的有效性进行判断。

一种实施例中，测控通讯系统的测控协议中指定一个用于传输上注时间信息的虚拟信道。

一种实施例中，虚拟信道存在于遥控数据包的头部信息中。

一种实施例中，根据注数协议约束及校验对注数数据的有效性进行判断，具体为：通过注数数据的帧头报文及CRC校验判断注数数据的有效性。

一种实施例中，根据遥控数据包的注数数据解析上注时间信息，并更新本地系统时间，包括步骤：

根据注数协议解析注数数据获取上注时间信息；

将上注时间信息进行格式转换；

将格式转换后的上注时间更新为本地系统时间。

一种实施例中，注数协议解析注数数据的有效数据包含两个双字，分别为日期和毫秒计数。

一种实施例中，本地系统时间通过IP网络采用SNTP授时协议向IP网络段内广播，包括步骤：

根据SNTP授时协议将所述本地系统时间生成时间信息报文；

将所述时间信息报文周期性的向所述IP网络段内广播发送。

一种实施例中，根据SNTP授时协议将本地系统时间生成时间信息报文，具体为：将本地系统时间根据SNTP授时协议的报文格式进行组包，生成时间信息报文。

依据上述实施例的航天器时间校准方法，由于接收地面上注的遥控数据包，根据遥控数据包的报文格式解析时间信息并更新本地系统时间，同时，将本地系统时间通过IP网络采用SNTP授时协议向IP网络段内广播，该IP网络段内的所有终端设备根据任务需求及获取的时间信息进行校准调整；与现有技术相比，借助现有的遥控技术提供了灵活的航天器在轨的时间校准方法；采用IP网络和标准的SNTP授时协议，可以同时对网段内所有的载荷终端设备进行时间校准，且具有较好的通用性和扩展性；对载荷视频图像类终端和话音类终端周期性的维护基准时间，进行时钟同步。

附图说明

图1为航天器时间校准方法的流程图；

图2为SNTP授时协议的报文格式示意图；

图3为航天器时间校准具体实现的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种基于测控通讯系统的航天器时间校准方法，包括步骤：

本发明的航天器时间校准方法是基于测控通讯系统上注的时间信息为基准进行校准，因此，本发明的航天器时间校准方法适用的航天器计算机系统需要有下面几个条件：

1、测控通讯条件

由于本发明是基于测控通讯的方式进行的，所以，提供授时服务的计算机系统必须有途径接收到地面的遥控数据包，无论是直接从测控分系统接收到还是从其他单机接收到转发的遥控数据包都可以作为接收地面遥控注入遥控数据的方式。而一般涉及到航天器控制的计算机系统都可以从测控分系统接收到遥控数据包。

2、网络传输条件

航天器时间校准需要将地面系统遥控注入的时间信息以标准SNTP协议向本网段内的各终端设备进行广播，航天器及各终端设备需要标准IEEE 802.3的网络传输协议标准，因此本发明也就能适用于支持标准TCP/IP协议的航天器控制计算机系统。

鉴于上述两个条件，一般的航天器控制系统都满足，故本发明可以应用到大多数的航天器控制系统对航天器控制进行时间校准。

本发明的航天器时间校准方法的流程图如图1所示，具体包括如下步骤。

S1：接收地面上注的遥控数据包。

该遥控数据包是地面时间经组包后形成的遥控数据包，本步骤具体包括：

(1)通过测控通讯系统接收地面上注的遥控数据包，并校验遥控数据包接收是否正确，若正确，解析遥控数据包获得注数数据；

具体的，航天器是通过测控通讯系统与地面通讯，有航天器上的测控分系统接收地面的无线信号，并对其信号进行解调解码，生成一个或多个独立信息单元的遥控数据包，这些遥控数据包中都有包头等信息来标识该数据内数据的长度和数据类型及数据的校验结果；航天器软件在接收到这些数据包后对其进行校验，如果校验结果正确表明该遥控数据包接收正确，可以进行解析，解析的步骤就是对遥控数据包的头若干个字节信息进行解码，指出数据域的长度和数据起始位置和数据类型，以获得该遥控数据包的注数数据。

(2)根据注数数据的帧头判断注数数据中是否包含上注时间信息；

在航天器测控通讯系统的测控协议中指定一个虚拟信道，该虚拟信道存在于遥控数据包的头部信息中，该虚拟信道表明该包内数据域中的数据就是地面注入的时间信息。由于不同航天器的测控协议不同，其遥控数据包头部信息中的定义不同，所以本发明不规定遥控数据包中的特别格式，只需确定一个虚拟信道来甄别注入时间信息即可。

具体的，为该虚拟信道分配一个IP地址，该IP地址位于遥控数据包的头部信息中，因此，根据遥控数据包的报文IP就可以判断该遥控数据包中是否包含上注时间信息，若包括，则需要地面校时，否则，不需要。

(3)根据注数协议约束及校验对注数数据的有效性进行判断；

注数数据通过天地数传链路传输，因此采用对注数数据设置帧头报文，以及CRC校验等方法来确保注数数据的准确性，进而，达到对输入数据有效性的判断。

S2：根据遥控数据包的注数数据解析上注时间信息，并更新本地系统时间。

具体的，本步骤包括以下步骤：

(1)根据注数协议解析注数数据获取上注时间信息；

注数协议解析注数数据的有效数据包含两个双字，分别为日期和毫秒计数。

(2)将上注时间信息进行格式转换；

将SNTP授时协议定义的日期和毫秒计数，换算成秒和毫秒为单位的计数值。

(3)将格式转换后的上注时间更新为本地系统时间；

本发明通过定时器维护一个本地时钟，当上注时间信息转换完成时间格式后，将航天器的本地时钟计时更新为注入的时间值，即将格式转换后的上注时间更新为本地系统时间。

S3:将本地系统时间通过IP网络采用SNTP授时协议向所述IP网络段内广播。

(1)根据SNTP授时协议将本地系统时间生成时间信息报文；

具体的，将本地系统时间根据SNTP授时协议的报文格式进行组包，生成时间信息报文；SNTP授时协议的报文格式如图2所示，具体的字段含义如下：

LI：当前时间闰秒标志，只在服务器端有效，LI＝0——无警告，LI＝1——最后一分钟是61s，LI＝2——最后一分钟是59s LI＝3——警告(时钟未同步)，通信网校时数据包中，该字段置为0；

VN：版本号，当前为3；

Mode：协议模式，Mode＝0——保留，Mode＝1——对称主动，Mode＝2——对称被动，Mode＝3——客户，Mode＝4——服务器，Mode＝5——广播，Mode＝6——保留为NTP控制信息，Mode＝7——保留为用户定义。网络主控板广播校时信息时，填充为5；终端发送请求时，填充为3，网络主控板反馈时，填充为4；

Stratum：指示服务器工作的级别，Stratum＝0——故障信息，Stratum＝1——一级服务器，Stratum＝2～15——二级服务器，Stratum＝16～255——保留，通信网校时数据包中，网络主控板该字段置为1；

Poll：指示数据包的最大时间间隔，以s为单位，作为2的指数方的指数部分；

Precision：指示系统时钟的精确性，以秒为单位，作为2的指数方的指数部分；

Root Delay：指示与主时钟参考源的总共往返延迟，以s为单位，该字段只在服务器端有效；

Root Dispersion：指示与主时钟参考源的误差，以秒为单位，该字段只在服务器端有效；

Reference Identifier：指示时钟参考源的标记，该字段只在服务器端有效；

Reference Timestamp：指示系统时钟最后一次校准的时间，该字段只在服务器端有效；

Originate Timestamp：指示客户向服务器发起请求的时间；

Receive Timestamp：指示服务器收到查询时时间戳的时间；

Transmit Timestamp：指示服务器向客户发时间戳的时间。

(2)将时间信息报文周期性的向IP网络段内广播发送；

具体的，定时1秒周期性的向网段内的所有终端设备广播发送，航天器定期1秒向本网段中所有终端设备广播本机时间，以实现对各网络终端进行时间校准。终端接收该数据包后可根据任务需求对该数据包进行处理，提取其中的时间信息，对自身的时钟进行调整，图像话音设备必须对接收的校时数据包进行处理，并对自身的时间进行调整。

根据上述方法，其具体实现的流程图如图3所示，首先需要参数设置，具体包括：设置网络模式、设置端口、设置IP地址、设置UDP协议、设置复用模式、设置广播方式、绑定端口、设置接收端端口、设置广播目标地址、计算SNTP协议帧头、设置航天器系统时钟最后一次校准的时间。

通过上述设置后，航天器系统就可以接收地面上注的遥控数据包，再根据航天器系统中的各个设备终端的授时使能脚，判断各个设备终端是否使能授时，如图像类终端和话音类终端的授时使能脚始终为使能状态，即图像类终端和话音类终端必须使能授时。

再判断遥控数据包是否包含上注时间信息，即授时时间是否更新，若包含上注时间信息则需要更新，否则，不需要更新。

需要更新时，则先备份授时时间，再获取当前航天器的本地系统时间，根据授时时间和本地系统时间计算差值，毫秒和少分别计算，根据该差值计算当前时间，然后再计算SNTP授时时间，最后，向IP网络段内广播发送SNTP帧头信息，该IP网络段内的所有终端设备通过获取该SNTP帧头信息并进行处理，获取时间信息，然后，对自身的时钟进行调整。

以某型号为例，该型号的单机CPU为TMS320C6455，流程图图3中的源程序代码使用C语言进行编写，接受地面上注的遥控数据包，根据报文格式解析时间信息并更新本地时间，同时通过IP网络采用标准的SNTP授时协议对本网段内所有终端设备进行定期时间校准。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。