[发明专利]高精度星载时间传递系统

说明书

技术领域

本发明是一种星载时间系统，特别是涉及一种高精度星载时间传递系统。

背景技术

现今星载测绘相机和星敏感器采用定位系统(GPS或北斗)秒脉冲和晶体振荡器守时，最终根据相机图像的时间戳获得卫星在对应摄像时刻的姿态参数，时间同步精度在100μs左右，不能满足高目标定位精度的要求。

以往小卫星星务系统的时间基准都是采用单独外加时钟提供计时基准，由星务中心计算机以广播的方式，通过一级CAN总线发送整星时间，相关时间系统用户通过CAN总线接收整星时间完成自身的校时，各时间系统用户间的同步精度在5ms左右；为应用于测绘、国土勘察等领域，采用GPS秒脉冲作为同步信号，有效载荷的时间同步精度优于0.1ms，也不满足高目标定位精度的要求。

设计时钟和定时系统的难点是保证时钟长期、短期的稳定度和准确度、降低和控制通道的时钟偏差,并且能够自动地对各个通道的传输延迟进行补偿,以消除环境等不可控因素带来的影响。如石英晶体振荡器的日漂移率为±5×10^-11/日，原子钟的月漂移率为±5×10^-11/月。GPS接收器提供的脉冲的长期稳定性好,但是短期稳定度比较差，原子钟具有短期稳定度好而长期稳定度差的特点。因此,使两者取长补短,提高系统时钟短期、长期的准确度和稳定度。因此利用秒脉冲信号对原子时钟进行不间断地驯服,原子时钟就会始终保持较高准确度。

发明内容

本发明为解决现有星载测绘相机和星敏器采用定位系统秒脉冲和晶体振荡器守时，存在时间同步精度差，导致不能满足高目标定位要求等问题，提供一种高精度星载时间传递系统。

高精度星载时间传递系统，包括星载平台、星敏感器单元和成像单元；

星载平台包括定位系统、星务控制器、原子钟、带通放大器、比较器、锁相环；星敏感器单元包括星控制器和星传感器；成像单元包括相机控制器和相机传感器；

所述定位系统产生的时标和秒脉冲送入星务控制器，星务控制器将送入的秒脉冲驯化原子钟，所述原子钟产生原子钟秒脉冲和驯化的原子钟低幅正弦时钟；所述原子钟秒脉冲送入星务控制器；

所述原子钟低幅正弦时钟经带通放大器带通放大，并经比较器转换为方波后通过锁相环去抖和倍频，产生整个系统同步基准的倍频时钟经时钟分配器输出至星敏感器单元和成像单元，同时，采用所述倍频时钟去采样星务控制器内的原子钟秒脉冲，输出同步原子钟秒脉冲；

所述星务控制器将星务控制器输出的时标、同步原子钟秒脉冲和时钟分配器输出的倍频时钟送入星敏感器单元和成像单元，同时所述星务控制器通过接收星敏感器单元和成像单元返回的时标信号，测量星务控制器、星敏感器单元和成像单元三者之间时间基准的传输延迟，并进行补偿；所述相机控制器在摄像时刻向星控制器发送摄像开始信号，星控制器通过接收摄像开始信号，记录对应摄像时刻的姿态信息，通过测量星控制器和相机控制器之间的延时变化；计算星控制器与星传感器、相机控制器与相机传感器之间的延时，实现精确的时间传递；

所述的带通放大器的电阻值V_电源为带通放大器的供电电源的输出电压，I_max为带通放大器的最大工作电流，V_H为带通放大器输入和输出正弦信号的波峰对应的最大电压值；比较器的电阻值I_max1为比较器的最大工作电流，V_H1为比较器输入正弦信号的波峰对应的电压值和输出矩形波信号高电平中的最大值；带通放大器在中心频率的放大倍数大于等于4；

通过相机控制器和星控制器双向的时钟和时标传输测量，实现补偿温漂引起的延时变化；

设定经地面测量，t_sk为星控制器和相机控制器间的延时，t_s为星控制器和星传感器间的延时，t_k为相机控制器和相机传感器间的延时；当温度变化时，星控制器和相机控制器间的延时变为t_sk1，则星控制器和星传感器间的延时变为相机控制器和相机传感器间的延时变为

若在t时刻星控制器接收到相机控制器发出的摄像开始信号，测量获得星控制器和相机控制器间的延时t_sk2，则星控制器根据星传感器获得的在时刻对应的姿态信息为相机在该帧实际摄像时的姿态。