一种同步双星GPS原始测量数据的设计方法

摘要

一种同步双星GPS原始测量数据的设计方法，将副星GPS接收机的秒脉冲作为副星星务主机的星间遥测帧的同步时钟；在副星星务主机的星间遥测帧中设置调整字节，用于消除GPS秒脉冲与副星星务主机时钟之间的时钟差异对遥测帧的影响；副星将星间遥测帧组成星间遥测数据发送给主星，主星星务主机将每秒划分为Q个固定时间片，选取其中三个固定时间片，分别首先轮询主星GPS接收机的原始测量数据、主星GPS接收机的相对定位数据和星间遥测数据中副星GPS接收机的原始测量数据，完成双星GPS原始测量数据的同步。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据同步方法，特别是涉及一种同步双星GPS原始测量数据的设计方法。

背景技术

随着小卫星技术的不断发展，通过双星之间协作或者多星组网运行共同完成某一任务已成为重要的发展方向。为实现任务，有时会需要确定双星或者多星之间的相对位置，而通过GPS获取卫星在轨位置则是目前使用最为广泛的方式。目前，小卫星就是通过GPS的原始测量数据来获取当前GPS时间、卫星绝对位置等定位信息。为实现双星的相对定位，主星往往需要获取副星的GPS原始测量数据，该数据既要保证连续性，又要保证与主星GPS原始测量数据的同步性。同时主星自身的GPS原始测量数据也需要具有连续性和实时性。目前导航卫星可以通过高精度时间钟来同步双星时间和数据，但该方法成本较高，且不适合小卫星双星之间的数据同步。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种同步双星GPS原始测量数据的设计方法，该方法既能够保证副星发送给主星的GPS原始测量数据的连续性和同步性，又能保证主星GPS原始测量数据的连续性和实时性，可满足同步双星GPS原始测量数据的需求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种同步双星GPS原始测量数据的设计方法，双星包括主星和副星，主星包括主星GPS接收机、主星星务主机，副星包括两台副星GPS接收机、副星星务主机，包括如下步骤：

步骤一、将副星GPS接收机的秒脉冲作为副星星务主机的星间遥测帧的同步时钟；

步骤二、在副星星务主机的星间遥测帧中设置调整字节，用于消除GPS秒脉冲与副星星务主机时钟之间的时钟差异对遥测帧的影响；

步骤三、副星将星间遥测帧组成星间遥测数据发送给主星，主星星务主机将每秒划分为Q个固定时间片，选取其中三个固定时间片，分别首先轮询主星GPS接收机的原始测量数据、主星GPS接收机的相对定位数据和星间遥测数据中副星GPS接收机的原始测量数据，完成双星GPS原始测量数据的同步；Q的取值范围为8～32。

上述同步双星GPS原始测量数据的设计方法，当副星星务主机判定当前使用的副星GPS接收机异常时，副星星务主机将切换至另一台副星GPS接收机。

上述同步双星GPS原始测量数据的设计方法，副星星务主机判定当前使用的副星GPS接收机异常的条件为：副星星务主机连续N秒未收到当前使用的副星GPS接收机的秒脉冲，或，副星星务主机连续M秒未收到当前使用的副星GPS接收机的有效定位数据；N的取值范围为6～12，M的取值范围为6～12。

上述同步双星GPS原始测量数据的设计方法，当副星星务主机连续切换副星GPS接收机的次数大于K时，副星星务主机停止引入副星GPS接收机的秒脉冲作为同步时钟，采用副星星务主机的时钟作为同步时钟；K的取值范围为4～8。

上述同步双星GPS原始测量数据的设计方法，所述步骤二中，调整字节的长度占星间遥测帧总长度的(1/1024)～(1/64)。

上述同步双星GPS原始测量数据的设计方法，所述副星星务主机中设置了将副星GPS接收机的秒脉冲作为同步时钟的使能指令和禁止指令。

上述同步双星GPS原始测量数据的设计方法，所述步骤三中，星间遥测帧包括副星GPS原始测量数据、副星遥测信息和调整字节。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明方法的副星星务主机通过引入GPS秒脉冲的方法来提高与副星GPS接收机的时间同步精度，保证了副星GPS原始测量数据的连续性和同步性；

(2)本发明方法在副星星务主机的星间遥测帧中设置调整字节，消除了GPS秒脉冲与副星星务主机时钟之间的时钟差异对遥测帧的影响，方法简单高效；

(3)本发明方法在采取切换副星GPS接收机、设置副星GPS秒脉冲作为同步时钟的控制指令提高了数据传输的可靠性；

(4)本发明方法的主星星务主机通过划分时间片的方法来，消除了其他任务对GPS轮询时刻的影响，提高了同步GPS原始测量数据的实时性。

附图说明

图1为主星和副星设备之间的信息流向示意图；

图2为本发明的步骤流程图；

图3为星间遥测帧格式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

参照图1给出了主星和副星设备之间的信息流向示意图，双星包括主星和副星，主星包括主星GPS接收机、主星星务主机、主星星间通信机、总线，副星包括两台副星GPS接收机、副星星务主机、副星星间通信机。

副星GPS接收机产生GPS原始测量数据，发送给副星星务主机；副星星务主机接收GPS原始测量数据和状态数据，然后与副星的遥测信息汇总后编为星间遥测帧，副星星务主机将星间遥测帧构成的星间遥测数据输出给副星星间通信机，副星星间通信机将副星遥测数据发送给主星星间通信机。

主星星间通信机接收到副星的遥测数据后，解析副星的遥测信息和副星GPS原始测量数据，然后通过主星星务主机调度控制信息的调度轮询发送到CAN总线上，主星GPS接收机通过自身的GPS原始测量数据和在CAN总线上获取的副星GPS原始测量数据，解算出双星的相对定位信息，最后通过CAN总线向整个卫星系统发布。

图2为本发明的步骤流程图，步骤101，将副星GPS接收机的秒脉冲作为副星星务主机的星间遥测帧的同步时钟，即将副星GPS接收机的秒脉冲信号发送给副星星务主机，每当GPS秒脉冲到来时，副星星务主机将调整星间遥测帧的发送指针至新遥测帧的起始位置，存入副星GPS接收机的原始测量数据和状态数据。

步骤102，在副星星务主机的星间遥测帧中设置调整字节，调整字节的长度占星间遥测帧总长度的(1/1024)～(1/64)；本实施例中星间遥测帧格式示意图如图3所示，星间遥测帧格式主要包括GPS原始测量数据、副星遥测信息和调整字节，总长度为513～516Byte；GPS原始测量数据包括同步字1、数据1和校验字节1，其中同步字1长度为4Byte，数据1长度为248Byte，校验字节1长度为4Byte；副星遥测信息包括同步字2、数据2和校验字节2，其中同步字2长度为2Byte，数据2长度为250Byte，校验字节2长度为2Byte；调整字节长度为1Byte～4Byte。

在星间遥测协议中，设置调整字节，消除了GPS秒脉冲与副星星务主机时钟之间的时钟差异对遥测帧的影响，并且保证了副星星务主机向副星星间通信机发送数据的连续性。副星星务主机的软件具有GPS数据接口和GPS秒脉冲接口，其中GPS数据接口用来接收副星GPS接收机的原始测量数据和状态数据，GPS秒脉冲接口用将副星GPS接收机的原始测量数据和状态数据存入星间遥测帧的缓冲区中。

当副星GPS接收机将原始测量数据和状态数据发至副星星务主机时，副星星务主机的软件调用GPS数据接收中断服务接口，完成原始测量数据、状态数据的接收，并将原始测量数据、状态数据存入数据缓冲区，同时判断原始测量数据的有效性。

GPS秒脉冲中断服务接口被调用时，副星星务主机将数据缓冲区中的原始测量数据、状态数据存入星间遥测帧的缓冲区中。

步骤103，当副星星务主机连续N秒未收到当前使用的副星GPS接收机的秒脉冲，或，副星星务主机连续M秒未收到当前使用的副星GPS接收机的有效定位数据，则副星星务主机判定当前使用的副星GPS接收机异常，副星星务主机将切换至另一台副星GPS接收机，本实施例中N和M的取值均为8。

步骤104，在副星星务主机中设置了将副星GPS接收机的秒脉冲作为同步时钟的控制指令，包括使能指令和禁止指令。当副星星务主机连续切换副星GPS接收机的次数大于K时，副星星务主机发出禁止引入副星GPS接收机的秒脉冲作为同步时钟，采用副星星务主机的时钟作为同步时钟，本实施例中K的取值均为4。

步骤105，副星星务主机将星间遥测帧构成的星间遥测数据输出给副星星间通信机，副星星间通信机将副星遥测数据发送给主星星间通信机。主星星间通信机接收到副星的遥测数据后，解析副星的遥测信息和副星GPS原始测量数据，然后通过主星星务主机调度控制信息的调度轮询发送到CAN总线上。主星GPS接收机通过自身的GPS原始测量数据和在CAN总线上获取的副星GPS原始测量数据，解算出双星的相对定位信息，最后通过CAN总线向整个卫星系统发布。

主星通过主星星务主机的轮询来获取各类数据。为了保证主星GPS的原始测量数据、主星的相对定位数据以及副星的GPS原始测量数据的连续性，主星星务主机将每1秒内的任务划分为Q个固定时间片，并从中选取三个时间片，保证在某一个时间片到来时首先轮询上述三种数据中的一种，三个时间片调度任务结束后，主星星务主机完成对主星GPS的原始测量数据、主星的相对定位数据、副星的GPS原始测量数据的一次完整轮询，以此消除其他任务对GPS轮询时刻的影响和轮询抖动，使得轮询的时间间隔为准确的1秒，保证了GPS数据的连续和实时。

本实施例中，为了实现主星轮询GPS原始测量数据的连续性和实时性，主星星务主机的系统软件将1s的调度任务分为了16个时间片任务，详见表1。通过固定周期为(1/Q)s的遥测中断来激活每一个时间片，每片调度任务执行的时间片长度为62.5ms。每个时间片任务执行完毕后，调度任务挂起，等待遥测中断激活下一个时间片任务。

表1

在调度任务的第6个时间片首先轮询主星的GPS原始测量数据，在第7个时间片首先轮询主星GPS的相对定位数据，在第8个时间片首先轮询副星的原始测量数据。这三类数据的轮询都放在了所在时间片数据内容的第一位，因此轮询时间能够得到固定，从而消除了其他任务对三个轮询时刻的影响，消除了轮询时刻的抖动，保证了以上三种数据的实时性和连续性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。