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随着空间新技术的不断发展,未来将会有更多的科学实验设备搭载空间站进行科学研究,伴随而来的是,部分有效载荷提出了更高要求的时间精度。这就要求进一步提高空间站上各总线网络中节点设备的本地时间与外部标准时间UTC同步的精度。本文结合最新的CCSDS的SOIS标准协议,研究设计了空间站整体的时间管理系统方案,并进行了相应分析。
(1)本文首先进行大量的国内外资料调研,在此基础上详细分析了国际空间站的时间管理系统方案,并总结归纳了设计特点和思想。
(2)根据调研结果,结合我国未来空间站有效载荷的需求,提出我国空间站时间管理系统也应该采用“GPS/北斗授时+硬同步+软同步”的方案。根据目前国际数据系统标准咨询委员会(CCSDS)即将推出的航天器星上接口标准(Spacecraft Onboard Interface Service,SOIS),建议将SOIS标准同步业务应用于航天器时间同步中去,给出一种新的基于SOIS标准的局域网内软同步方案。
(3)根据上述时间管理方案,论文对GPS/北斗接收机作为时间参考源进行了详细分析研究,包括ICD、NMEA导航电文协议以及数据格式。在此基础上,给出了GPS/北斗授时和硬同步方案。
(4)对于我国未来空间站中可能采用高速总线——以太网,应用上述同步方案,研究采用NTP协议实现高精度时间软同步的方法,力争精度优于1 ms。并重点对NTP协议的实现方案,包括硬件基本组成和服务端和客户端的软件设计进行分析。
(5)对于我国未来空间站中高可靠低速总线——1553B总线,应用上述同步方案,研究根据1553B总线的自身特点,对NTP协议进行改进,提出了军用1553B总线提高时间同步精度的一种模型和方法,精度可以达到1μs。