實(shí)踐十號(hào)返回衛(wèi)星時(shí)間同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

王文平，元 勇，王 穎， 趙會(huì)光

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

實(shí)踐十號(hào)返回衛(wèi)星時(shí)間同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

王文平，元 勇，王 穎， 趙會(huì)光

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

根據(jù)返回式衛(wèi)星的特點(diǎn)，衛(wèi)星在軌飛行包括兩個(gè)階段的時(shí)間同步工作模式：1)“返回艙和儀器艙在軌段組合體”時(shí)間模式；2)兩艙分離后，“儀器艙留軌段”時(shí)間模式;因此，如何設(shè)計(jì)返回式衛(wèi)星的時(shí)間系統(tǒng)，并進(jìn)行優(yōu)化使其在不同階段完成不同任務(wù)，是返回式衛(wèi)星時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn);返回式衛(wèi)星時(shí)間包括時(shí)間產(chǎn)生、時(shí)間維護(hù)、時(shí)間發(fā)布及時(shí)間傳輸;返回式衛(wèi)星時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是為了滿足時(shí)間用戶對(duì)時(shí)間同步精度的需求，通過特定方法和必要手段對(duì)星上時(shí)間產(chǎn)生、維護(hù)和發(fā)布機(jī)制進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì);針對(duì)實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星時(shí)間同步需求、時(shí)間管理模型、時(shí)間系統(tǒng)架構(gòu)以及時(shí)間系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明，并對(duì)衛(wèi)星在整星電測(cè)以及在軌運(yùn)行的驗(yàn)證情況進(jìn)行說明。

返回衛(wèi)星;時(shí)間系統(tǒng);設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

0 引言

實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星于2016年4月6日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，并于2016年4月18日在內(nèi)蒙古四子王旗回收?qǐng)霭踩厥?。衛(wèi)星為多艙段結(jié)構(gòu)，分為儀器艙和返回艙兩個(gè)艙段，其中儀器艙包括服務(wù)艙和密封艙，返回艙包括回收艙和制動(dòng)艙。衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間是以返回艙和儀器艙組合體的模式飛行，在軌運(yùn)行一段時(shí)間后返回艙獨(dú)立返回地面，儀器艙繼續(xù)進(jìn)行留軌段飛行任務(wù)。時(shí)間同步就是為分布式系統(tǒng)提供一個(gè)共同的時(shí)間基準(zhǔn)，衛(wèi)星需要具備兩種獨(dú)立的時(shí)間工作模式：1)在軌運(yùn)行段，返回艙和儀器艙以組合體的時(shí)間同步模式；2)留軌飛行段，儀器艙獨(dú)立時(shí)間同步模式。

針對(duì)實(shí)踐十號(hào)返回式衛(wèi)星分離組合體的特點(diǎn)，提出了一種返回式衛(wèi)星分離組合體的時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，使得返回式衛(wèi)星在不同階段完成不同的時(shí)間任務(wù)，并兼顧了衛(wèi)星數(shù)管時(shí)間基準(zhǔn)(在軌飛行段使用回收艙管理單元Reentry Management Unit(RMU)時(shí)間、留軌段使用中央處理單元Central Terminal Unit (CTU)時(shí)間)的變化，能夠滿足衛(wèi)星各時(shí)間用戶的星時(shí)需求。本方法在滿足返回式衛(wèi)星任務(wù)的同時(shí)，有效地降低了衛(wèi)星研制成本。

1 時(shí)間系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 時(shí)間管理模型

為了滿足用戶對(duì)時(shí)間精度和同步精度的需求，通過特定方法和必要手段對(duì)衛(wèi)星的星上時(shí)間產(chǎn)生、維護(hù)和發(fā)布機(jī)制進(jìn)行相應(yīng)的約束和規(guī)定，并實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)時(shí)間要求的完整過程稱為衛(wèi)星時(shí)間管理[1]。依據(jù)時(shí)間管理的定義，可建立衛(wèi)星星上時(shí)間管理模型，并將其分為4個(gè)組成部分，如圖1所示。

圖1 時(shí)間管理模型圖

實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星時(shí)間管理模型由時(shí)間源、時(shí)間維護(hù)、時(shí)間用戶及時(shí)間傳輸通道組成。其中，時(shí)間源、時(shí)間維護(hù)和時(shí)間用戶為邏輯關(guān)系層面，它涵蓋了星上時(shí)間同步的基本流程，并直接揭示了衛(wèi)星時(shí)間系統(tǒng)的功能實(shí)質(zhì)；時(shí)間傳輸通道則承載了邏輯關(guān)系的傳遞。

1) 時(shí)間源用于星上時(shí)間的產(chǎn)生并提供時(shí)間基準(zhǔn)[2]，它的執(zhí)行設(shè)備為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)工作時(shí)鐘；衛(wèi)星時(shí)間包括CTU時(shí)間和RMU時(shí)間。

2) 時(shí)間維護(hù)提供了時(shí)間修正的手段與方法，包括集中校時(shí)、均勻校時(shí)[3]，它的執(zhí)行設(shè)備為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)CTU和RMU，并以CTU廣播方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間發(fā)布；

3) 時(shí)間用戶則是時(shí)間維護(hù)和時(shí)間發(fā)布的對(duì)象，整個(gè)系統(tǒng)的最終目標(biāo)即是為用戶提供能夠滿足任務(wù)需求的星上時(shí)間，控制分系統(tǒng)、載荷、工程測(cè)量分系統(tǒng)均可認(rèn)為是時(shí)間用戶，它們是時(shí)間管理的受益者；

4) 時(shí)間傳輸通道提供時(shí)間信息流的傳輸路徑，它的執(zhí)行設(shè)備為串行1553B總線通道。

1.2 運(yùn)行機(jī)制

實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星將數(shù)管晶振產(chǎn)生的工作時(shí)鐘作為星上時(shí)間源。衛(wèi)星時(shí)間包括CTU時(shí)間和RMU時(shí)間。

衛(wèi)星時(shí)間維護(hù)方法具體分類方法如圖2所示。

圖2 時(shí)間維護(hù)方法分類

當(dāng)存在較大星地時(shí)差時(shí)，衛(wèi)星采用CTU、RMU集中校時(shí)方式分別進(jìn)行星上CTU和RMU時(shí)間維護(hù)。即按地面校時(shí)指令要求，在衛(wèi)星當(dāng)前星上時(shí)間的基礎(chǔ)上，將星上時(shí)間增減一個(gè)要求的值，以校正星地時(shí)間的較小絕對(duì)誤差。

衛(wèi)星在軌運(yùn)行段，以RMU時(shí)間為整星時(shí)間，星時(shí)穩(wěn)定度為±5×10-6s/d，每天的最大偏差為±0.432 s，地面通過RMU集中校時(shí)實(shí)現(xiàn)星地時(shí)間同步，星地時(shí)差超過1 s后，地面進(jìn)行校時(shí)；通過RMU自主校時(shí)，實(shí)現(xiàn)CTU與RMU時(shí)間的同步, CTU時(shí)間與RMU時(shí)間差絕對(duì)值小于1 ms；再通過CTU廣播的方式，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)與CTU時(shí)間的同步。

衛(wèi)星留軌運(yùn)行段，以CTU時(shí)間為整星時(shí)間，星時(shí)穩(wěn)定度為±1×10-5s/d，每天的最大偏差為±0.864 s，地面通過CTU集中校時(shí)實(shí)現(xiàn)星地時(shí)間同步，星地時(shí)差超過1 s后，地面進(jìn)行校時(shí)；通過CTU廣播的方式，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)與CTU時(shí)間的同步。

圖3 在軌段組合體時(shí)間工作模式

1.3 在軌段組合體工作模式

1)地面站測(cè)量衛(wèi)星RMU時(shí)間與地面時(shí)間的時(shí)差Δ；

2)當(dāng)星地時(shí)差Δ大于地面設(shè)定的閾值后，地面通過上注遙控指令，通過RMU集中校時(shí)方法對(duì)RMU進(jìn)行校時(shí)，校時(shí)量為Δ，使RMU時(shí)間與地面時(shí)間保持一致；

3)衛(wèi)星RMU每分鐘自主對(duì)CTU進(jìn)行一次校時(shí)，使CTU時(shí)間與RMU時(shí)間保持一致；

4)衛(wèi)星CTU通過串行數(shù)據(jù)總線，使用廣播的方法，將CTU時(shí)間發(fā)布到各個(gè)總線終端設(shè)備(見圖3)。

1.4 留軌段儀器艙工作模式

1)地面站測(cè)量衛(wèi)星CTU時(shí)間與地面時(shí)間的時(shí)差Δ；

2)當(dāng)星地時(shí)差Δ大于地面設(shè)定的閾值后，地面通過上注遙控指令，通過CTU集中校時(shí)方法對(duì)CTU進(jìn)行校時(shí)，校時(shí)量為Δ，使CTU時(shí)間與地面時(shí)間保持一致；

3)衛(wèi)星CTU通過串行數(shù)據(jù)總線，使用廣播的方法，將CTU時(shí)間發(fā)布到各個(gè)總線終端設(shè)備(見圖4)。

圖4 留軌段儀器艙時(shí)間工作模式

2 時(shí)間系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 初始時(shí)間

2.1.1 CTU時(shí)間初始化策略

數(shù)管CTU加電、軟件復(fù)位或切機(jī)時(shí)，CTU時(shí)間為默認(rèn)初始值0，立即執(zhí)行CTU時(shí)間恢復(fù)程序。

數(shù)管CTU時(shí)間恢復(fù)時(shí)，首先從AOCC中恢復(fù)；如果失敗，則從RMU中恢復(fù)；如果再次失敗，則恢復(fù)為默認(rèn)初始值0。

2.1.2 CTU時(shí)間初始化方法

當(dāng)CTU初始上電、軟件復(fù)位或者切機(jī)時(shí)，通過總線從姿態(tài)和軌道控制計(jì)算機(jī)Attitude and Orbit Control Computer(AOCC)和RMU恢復(fù)重要數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時(shí)間。具體步驟如下：

1)CTU通過總線給AOCC發(fā)送用于計(jì)算時(shí)間差Δ(|AOCC-CTU|)的CTU時(shí)間碼。

2)CTU等待1 s(±125 ms)后，通過總線從AOCC獲取時(shí)差Δ(|AOCC-CTU|)，CTU將時(shí)差增加到當(dāng)前衛(wèi)星時(shí)間上作為恢復(fù)后的CTU衛(wèi)星時(shí)間。

3)如果從AOCC恢復(fù)衛(wèi)星時(shí)間成功，那么本次恢復(fù)CTU衛(wèi)星時(shí)間的操作過程結(jié)束；如果從AOCC恢復(fù)衛(wèi)星時(shí)間失敗，則轉(zhuǎn)步驟4)，繼續(xù)從RMU恢復(fù)衛(wèi)星時(shí)間。

4)CTU通過總線給RMU發(fā)送用于計(jì)算時(shí)間差Δ(|RMU-CTU|)的CTU時(shí)間碼。

5)CTU等待1 s(±125 ms)后，通過總線從RMU獲取時(shí)差Δ(|RMU-CTU|)，CTU將時(shí)差增加到當(dāng)前衛(wèi)星時(shí)間上作為恢復(fù)后的CTU衛(wèi)星時(shí)間。

6)如果從RMU恢復(fù)衛(wèi)星時(shí)間成功，那么本次恢復(fù)CTU衛(wèi)星時(shí)間的操作過程結(jié)束；如果從RMU恢復(fù)衛(wèi)星時(shí)間失敗，星上時(shí)間恢復(fù)失敗，則CTU衛(wèi)星時(shí)間從零開始計(jì)時(shí)。

2.1.3 RMU時(shí)間初始化策略

數(shù)管RMU加電復(fù)位時(shí)，RMU時(shí)間為默認(rèn)初始值0，立即執(zhí)行RMU時(shí)間恢復(fù)程序。數(shù)管RMU時(shí)間恢復(fù)時(shí)，首先給CTU提服務(wù)請(qǐng)求，請(qǐng)求恢復(fù)RMU重要數(shù)據(jù)和CTU時(shí)間；CTU查詢到RMU服務(wù)請(qǐng)求后，將RMU重要數(shù)據(jù)以及CTU時(shí)間反饋給RMU；RMU從CTU接收RMU重要數(shù)據(jù)，根據(jù)重要數(shù)據(jù)中的CTU時(shí)間來恢復(fù)RMU時(shí)間；如果恢復(fù)失敗，則根據(jù)CTU廣播的CTU時(shí)間來恢復(fù)RMU時(shí)間。

2.1.4 RMU時(shí)間初始化方法

當(dāng)RMU初始上電、軟件復(fù)位或者切機(jī)時(shí)，通過總線從CTU恢復(fù)重要數(shù)據(jù)和星時(shí)。具體步驟如下：

1)RMU從CTU恢復(fù)重要數(shù)據(jù)時(shí)需要提出服務(wù)請(qǐng)求(該服務(wù)請(qǐng)求同時(shí)也是恢復(fù)星時(shí)的服務(wù)請(qǐng)求)。

2)如果CTU響應(yīng)了RMU的服務(wù)請(qǐng)求，即RMU在總線中斷中檢測(cè)到接收RMU重要數(shù)據(jù)指針復(fù)位同步字，則RMU立即清除該服務(wù)請(qǐng)求。

3)如果時(shí)間超過3個(gè)時(shí)間片(100 ms/時(shí)間片)，CTU仍未響應(yīng)該服務(wù)請(qǐng)求，則RMU終止從服務(wù)艙CTU恢復(fù)重要數(shù)據(jù)，表明從CTU恢復(fù)重要數(shù)據(jù)失敗，則RMU時(shí)間從零開始計(jì)時(shí)。

4)如果在3個(gè)時(shí)間片內(nèi)，CTU響應(yīng)了服務(wù)請(qǐng)求，RMU從總線相應(yīng)子地址取得重要數(shù)據(jù)，對(duì)重要數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)尾進(jìn)行校驗(yàn)。

2.2 在軌段組合體工作模式

2.2.1 時(shí)間產(chǎn)生

返回式衛(wèi)星將數(shù)管晶振產(chǎn)生的工作時(shí)鐘作為星上時(shí)間源，包括CTU時(shí)間和RMU時(shí)間。返回式衛(wèi)星從發(fā)射到在軌運(yùn)行段，數(shù)管CTU和RMU的工作時(shí)鐘都可以作為星上時(shí)間源，但由于RMU晶振穩(wěn)定性優(yōu)于CTU，因此在軌運(yùn)行段使用RMU內(nèi)部時(shí)鐘作為整星時(shí)間基準(zhǔn)，星時(shí)穩(wěn)定度為±5×10-6s/d，每天的最大偏差為±0.432 s。

2.2.2 時(shí)間維護(hù)

2.2.2.1 RMU自主校時(shí)

返回式衛(wèi)星的時(shí)間由數(shù)管CTU進(jìn)行統(tǒng)一管理。衛(wèi)星在軌運(yùn)行段，設(shè)計(jì)了RMU自主校時(shí)方法，實(shí)現(xiàn)RMU對(duì)CTU的周期性校時(shí)。RMU自主校時(shí)實(shí)現(xiàn)星上CTU時(shí)間與RMU時(shí)間的同步。當(dāng)自主校時(shí)使能時(shí)，數(shù)管CTU周期性(1分鐘1次)向RMU發(fā)送CTU時(shí)間，發(fā)送結(jié)束1 s之后從RMU獲取時(shí)間差，將差值和CTU時(shí)間做加法運(yùn)算，結(jié)果作為新的CTU時(shí)間。每完成一次RMU自主校時(shí)后，CTU時(shí)間與RMU時(shí)間差絕對(duì)值小于1 ms。

地面可以根據(jù)需要上注數(shù)管CTU內(nèi)務(wù)指令，設(shè)置RMU自主校時(shí)使能禁止?fàn)顟B(tài)。初始為禁止?fàn)顟B(tài)。

2.2.2.2 RMU集中校時(shí)和均勻校時(shí)

當(dāng)存在星地時(shí)差時(shí)，返回式衛(wèi)星采用集中校時(shí)、均勻校時(shí)的方式進(jìn)行星上時(shí)間維護(hù)。即按地面校時(shí)指令要求，在衛(wèi)星當(dāng)前星上時(shí)間的基礎(chǔ)上，將星上時(shí)間增減一個(gè)要求的值，以校正星地時(shí)間的絕對(duì)誤差。

1)返回式衛(wèi)星在軌運(yùn)行段，當(dāng)星地時(shí)差絕對(duì)值為ΔT秒時(shí)，可以通過地面上注指令對(duì)RMU集中校時(shí)進(jìn)行時(shí)差修正，實(shí)現(xiàn)星上RMU時(shí)間與地面UTC時(shí)間的同步，集中校時(shí)隨機(jī)誤差為微秒量級(jí)。在進(jìn)行集中校時(shí)時(shí)差修正過程中，還要考慮星地鏈路時(shí)延。

2)當(dāng)星地時(shí)差由于RMU時(shí)間晶振偏移導(dǎo)致周期性出現(xiàn)累計(jì)值ΔT1毫秒時(shí)，可以通過地面上注指令對(duì)RMU均勻校時(shí)進(jìn)行累計(jì)時(shí)差修正。RMU在一定的時(shí)間間隔ΔT2秒內(nèi)，周期性地對(duì)RMU時(shí)間增加或減少一個(gè)最小時(shí)間間隔ΔT3毫秒，達(dá)到提高星上時(shí)間累計(jì)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)目的。

2.2.3 時(shí)間發(fā)布

通過CTU廣播的方式，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)與CTU時(shí)間的同步。CTU將時(shí)間碼發(fā)送到總線的軟件時(shí)延以及總線傳輸時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償；時(shí)間用戶對(duì)取到時(shí)間碼后的軟件時(shí)延進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償。CTU通過總線向遠(yuǎn)程終端設(shè)備廣播CTU時(shí)間，每秒一次，A/B總線交替。

2.3 留軌段儀器艙工作模式

2.3.1 時(shí)間產(chǎn)生

返回式衛(wèi)星將數(shù)管晶振產(chǎn)生的工作時(shí)鐘作為星上時(shí)間源，包括CTU時(shí)間和RMU時(shí)間。返回式衛(wèi)星留軌運(yùn)行段，由于RMU已隨返回艙著陸地面，因此衛(wèi)星留軌段只能使用數(shù)管CTU內(nèi)部時(shí)鐘作為整星時(shí)間基準(zhǔn)，星時(shí)穩(wěn)定度為±1×10-5s/d，每天的最大偏差為±0.864 s。

2.3.2 時(shí)間維護(hù)

衛(wèi)星留軌段時(shí)間維護(hù)方式為CTU集中校時(shí)和均勻校時(shí)。當(dāng)存在星地時(shí)差時(shí)，返回式衛(wèi)星采用集中校時(shí)、均勻校時(shí)的方式進(jìn)行星上時(shí)間維護(hù)。即按地面校時(shí)指令要求，在衛(wèi)星當(dāng)前星上時(shí)間的基礎(chǔ)上，將星上時(shí)間增減一個(gè)要求的值，以校正星地時(shí)間的絕對(duì)誤差。

1)返回式衛(wèi)星留軌運(yùn)行段，當(dāng)星地時(shí)差絕對(duì)值為ΔT秒時(shí)，可以通過地面上注指令對(duì)CTU集中校時(shí)進(jìn)行時(shí)差修正，實(shí)現(xiàn)星上CTU時(shí)間與地面UTC時(shí)間的同步，集中校時(shí)隨機(jī)誤差為微秒量級(jí)。在進(jìn)行時(shí)差修正過程中，還要考慮星地鏈路時(shí)延。

2)當(dāng)星地時(shí)差由于CTU時(shí)間晶振偏移導(dǎo)致周期性出現(xiàn)累計(jì)值ΔT1毫秒時(shí)，可以通過地面上注指令對(duì)CTU均勻校時(shí)進(jìn)行累計(jì)時(shí)差修正。CTU在一定的時(shí)間間隔ΔT2 s內(nèi)，周期性地對(duì)CTU時(shí)間增加或減少一個(gè)最小時(shí)間間隔ΔT3 ms，達(dá)到提高星上時(shí)間累計(jì)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)目的。

2.3.3 時(shí)間發(fā)布

通過CTU廣播的方式，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)與CTU時(shí)間的同步。CTU將時(shí)間碼發(fā)送到總線的軟件時(shí)延以及總線傳輸時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償；時(shí)間用戶對(duì)取到時(shí)間碼后的軟件時(shí)延進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償。CTU通過總線向遠(yuǎn)程終端設(shè)備廣播CTU時(shí)間，每秒一次，A/B總線交替。

3 在軌運(yùn)行驗(yàn)證情況

實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星在軌飛行期間，時(shí)間同步系統(tǒng)工作穩(wěn)定，星地時(shí)差變化情況如圖5所示。

圖5 飛行階段星地時(shí)差變化情況

3.1 在軌運(yùn)行段

衛(wèi)星在軌運(yùn)行段，即衛(wèi)星從發(fā)射后飛行至190圈期間，以在軌段組合體的工作模式進(jìn)行時(shí)間同步，衛(wèi)星入軌至兩艙一次分離，衛(wèi)星使用RMU時(shí)間，在此期間共進(jìn)行了1次集中校時(shí)(127圈RMU集中校時(shí))。根據(jù)星地時(shí)差測(cè)量情況可知，RMU實(shí)際晶振漂移為39 ms/d，遠(yuǎn)優(yōu)于穩(wěn)定度指標(biāo)±5×10-6s/d(0.43 s/d)，地面通過對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行RMU集中校時(shí)，使得星地時(shí)差始終控制在±1 s以內(nèi)。

有效載荷分系統(tǒng)與整星時(shí)間保持高度同步，所有在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)都按計(jì)劃、按步驟圓滿完成，取得了預(yù)期效果。衛(wèi)星承載了19項(xiàng)微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并按時(shí)序支持開展在軌實(shí)驗(yàn)，成為國(guó)內(nèi)支持實(shí)驗(yàn)載荷數(shù)量最多的衛(wèi)星，多個(gè)項(xiàng)目獲得了具有突破性價(jià)值的科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 返回段

衛(wèi)星返回段，即衛(wèi)星從191～204圈期間，通過返回前對(duì)衛(wèi)星實(shí)施的精確RMU校時(shí)，使得星地時(shí)差始終控制在±0.5秒以內(nèi)。返回衛(wèi)星首次成功實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)航程、彈道式安全返回四子王旗落區(qū)。突破了返回窗口精確控制、再入過程無控飛行的自穩(wěn)定、長(zhǎng)航程多參數(shù)影響的落點(diǎn)散步控制等技術(shù)難題，返回平臺(tái)能力實(shí)現(xiàn)新跨越。

3.3 留軌運(yùn)行段

衛(wèi)星留軌運(yùn)行段，即衛(wèi)星從返回艙分離后205圈至飛行壽命結(jié)束，以留軌段儀器艙的工作模式進(jìn)行時(shí)間同步，兩艙一次分離后衛(wèi)星使用CTU時(shí)間，期間共進(jìn)行了1次集中校時(shí)(234圈CTU集中校時(shí))，根據(jù)留軌段星地時(shí)差測(cè)量情況可知，CTU實(shí)際晶振漂移為743 ms/d，優(yōu)于穩(wěn)定度指標(biāo)±1×10-5s/d(0.86 s/d)，留軌段星地時(shí)差始終控制在±2 s以內(nèi)。衛(wèi)星所有留軌段載荷試驗(yàn)均按計(jì)劃圓滿完成。

4 結(jié)論

返回衛(wèi)星時(shí)間基準(zhǔn)的建設(shè)方案，在軌段以RMU作為主時(shí)鐘源，CTU作為輔助時(shí)鐘源；留軌段以CTU作為主時(shí)鐘源；為衛(wèi)星不同任務(wù)階段提供了所需要的時(shí)鐘源。根據(jù)返回衛(wèi)星任務(wù)的不同階段，分別應(yīng)用不同模式的星地時(shí)間同步系統(tǒng)，解決了返回衛(wèi)星組合艙間的星地時(shí)間同步問題，減少了星地時(shí)間同步偏差，為有效載荷星地協(xié)調(diào)動(dòng)作提供較為準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星的星地校時(shí)方法是一種低成本、高可靠、精度符合要求并且運(yùn)行穩(wěn)定的方法[4]，滿足返回式衛(wèi)星分離組合體時(shí)間系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間同步的要求，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，后續(xù)返回式衛(wèi)星時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以充分借鑒。

[1] 田賀祥，王同桓，李 璇，等. 遙感衛(wèi)星星上時(shí)間管理方法[J]. 傳感器與微系統(tǒng)，2013，32(4)：80-82.

[2] 黃 飛，明德祥，喬純捷,等. 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)中多基準(zhǔn)時(shí)間源的設(shè)計(jì)[J]. 兵工學(xué)報(bào)，2008，29(11)：1330-1334.

[3] 高建軍，蘭 天，王 斌. 一種高可靠的星載軟件時(shí)間管理方法[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21(3)：806-808.

[4] 楊天社，李懷祖. 在軌衛(wèi)星與地面時(shí)鐘精確同步方法研究[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2002，24(5)：102-105.

Design and Verification of Time Synchronization System of SJ-10 Reentry Satellite

Wang Wenping, Yuan Yong, Wang Ying, Zhao Huiguang

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094,China)

Based on the characteristics of reentry satellite, there are two kind of time synchronization mode across the flight time. First, the combination of reentry capsule and apparatus capsule time mode. Second, apparatus capsule time mode. As a result, the key point is how to design the time system of the reentry satellite, and how to meet all the goals of the two time mode. The time system of reentry satellite includes time generation, time calibration, time broadcasting and time transmission. The design of time system aims at meeting the demand of time synchronization for the time users. This paper mainly discusses time synchronization demand, time-management model, time system architecture, the design of time system and the test verification of time system for the satellite.

reentry satellite；time system；design and verification

2017-02-28；

2017-03-13。

中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項(xiàng)目(XDA04020200)。

王文平(1984-)，男，山西朔州人，碩士，工程師，主要從事航天器空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方向的研究。趙會(huì)光(1972-)，男，博士，研究員，主要從事航天總體設(shè)計(jì)方向的研究。

1671-4598(2017)08-0237-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.08.061

V474.1

A