[发明专利]用于航天器快速交会对接的地面测试时间系统建立方法

说明书

用于航天器快速交会对接的地面测试时间系统建立方法，将时间系统基准建立在地面动力学仿真计算机上，并可以利用GPS接收机给出的秒脉冲和秒脉冲对应的整秒UTC时间对星上控制计算机时间进行校正。本发明既可以用于测试星上控制计算机时钟漂移对控制系统性能的影响，又可以通过利用GPS秒脉冲校时的方法实现星地时间同步。本发明解决了现有校时策略中当星上时间发生改变时，亦会对动力学时间产生影响的问题，且无需星地之间的校时串口，可以更为真实的反映出星上时间系统的在轨状态，保证了地面测试的真实性和有效性，提高了地面测试系统的精确程度。

技术领域

本发明涉及一种用于航天器地面测试时间系统建立方法，特别适用于航天器快速交会对接等对时间系统精度要求较高的测试场合，属于航天器控制与仿真技术领域。

背景技术

为了在地面测试阶段更充分、更有效的验证控制系统方案设计的正确性，通常需要对航天器进行地面“闭环模飞试验”。而为使“闭环模飞试验”的数据能够真实的反映出航天器的在轨性能，要求测试时航天器地面仿真测试状态与实际在轨状态保持一致。在如快速交会对接等自主控制场合中，控制分系统对飞行轨道特征点处的导航精度要求较为严格，因此地面测试时需对特征点导航精度重点关注，由此便对地面测试的时间系统与在轨运行时的状态一致性提出了较高的要求。

目前航天器控制系统地面闭环测试的时间系统通常采用两种方法：1)天地硬钟同步法：使用星上控制计算机(GNCC或AOCC)下行的时钟信号作为地面动力学仿真时钟，利用星箭分离等信号作为同步触发信号，启动仿真。该方法将时间基准建立在星上控制计算机上，由于动力学仿真时钟与星上控制计算机时钟为同源信号，因此可以严格保证地面测试时的星地时间同步；2)将时间基准建立在GPS模拟源(GPS动态仿真器)上，利用GPS接收机定位后输出的GPS秒脉冲信号以及对应的整秒广播数据，对星上控制计算机进行校时；之后，星上控制计算机通过星地串口转发整秒时间数据至地面动力学仿真计算机，地面动力学仿真计算机根据转发的整秒时间数据对自身时间进行校正。上述两种方法虽然都可以满足星地时间同步的要求，但建立的时间系统与在轨运行状态相比仍然具有以下差别，从而降低了地面测试系统的精确程度：

1)方法一的时间系统基准建立在星上控制计算机时间上，但在轨运行时的物理时间系统基准与UTC时间同步，而非星上控制计算机。由于地面仿真测试时，动力学仿真计算机担负着物理时间系统仿真功能，动力学仿真时间即为仿真测试时的物理时间，因此时间系统基准应建立在动力学仿真计算机上。

2)方法二中，通过星上控制计算机下行串口对动力学仿真计算机进行校时，时间系统基准也不在动力学仿真计算机上，一旦星上控制计算机的时间发生变化，则会改变物理动力学特征，导致地面仿真状态与在轨运行状态不一致。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于航天器快速交会对接的地面测试时间系统建立方法，将时间系统建立在动力学仿真计算机上，可以保证时间系统的测试状态与在轨运行状态一致，保证了地面测试的真实性和有效性，提高了地面测试系统的精确程度。

本发明的技术解决方案是：用于航天器快速交会对接的地面测试时间系统建立方法，步骤如下：

(1)搭建包括GPS动态仿真模拟器、时钟板卡、动力学仿真计算机、GPS接收机和星上控制计算机的地面闭环测试时间系统；

(2)根据GPS动态仿真模拟器时钟源需求，利用时钟板卡输出同源、不同频率的时钟信号，分别作为动力学仿真计算机和GPS动态仿真模拟器的仿真时钟基准；

(3)在动力学仿真计算机上设置地面动力学仿真程序的测试轨道参数及时间，在地面GPS动态仿真模拟器上设置仿真开始时刻；

(4)同时触发星上控制计算机和地面动力学仿真计算机，星上控制计算机被触发后星时清零，地面动力学仿真计算机被触发后开始运行动力学仿真计算，并利用动力学计算结果激励GPS动态仿真模拟器；