一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法与流程

本发明涉及一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法，属于运载火箭控制系统半实物仿真领域。

背景技术：

随着运载火箭控制领域的控制精度和时间精度要求的提高，仿真试验对箭上产品与地面设备的同步性需求也随之提升。

半实物仿真试验的地面设备包括仿真机、惯组模拟器、伺服模拟器、姿控喷管模拟器、综合控制台、数据处理系统等众多地面设备。地面设备间由于硬件原因时钟互不相同，随着仿真时间的增加，时间偏差也会显著增大，若没有时间同步机制，各设备的时序可能存在不一致现象，且仿真时间的增加会加剧各设备时序的不一致性，仿真试验将处于不确定状态，试验的可信度严重降低。

另外，现役火箭由于采用不同的通讯技术，箭上时钟源采用的同步信号接口也不同，致使地面半实物仿真试验需配置多套设备与箭上产品进行同步通讯，成本高，设计复杂且可靠性低。

技术实现要素：

本发明的技术解决方案是：克服现有技术的不足，提供一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法，既能实现地面设备之间的时间同步，又能实现箭上产品与地面设备的时间同步。

本发明的技术解决问题是：一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法，包括如下步骤：

(1)搭建同步信号控制设备，并为地面各设备配置统一的接口板卡；

(2)地面进行闭环仿真实验时，同步信号控制设备实时探测箭上时钟源，当无箭上时钟源时，进入步骤(3)，当箭上时钟源为1553B信号时，进入步骤(4)，当箭上时钟源为模拟信号或串口信号时，进入步骤(6)；

(3)同步信号控制设备以T为周期对地面各设备发送设备同步中断信号，地面各设备接收到设备同步中断信号后，将时间校正为同步信号控制设备时钟源时间，实现地面各设备的时间同步；

(4)同步信号控制设备采用中断方式获取箭上时钟源的1553B同步信号并进行解析，当1553B同步信号命令字为1553B协议规定的时间同步命令字时，将该同步信号的内容作为箭上时钟源时间，并将箭上时钟源时间加上延时时间t后发送给地面各设备，同时向地面各设备发送箭上同步中断信号，进入步骤(5)，其中t为延时时间，该延时时间是保证箭上对地面的控制信号发送完成的时间；

(5)地面各设备接收到箭上同步中断信号后，对时间进行校正，校正公式为设备时间＝箭上时钟源时间+t，实现箭上产品与地面设备的时间同步；

(6)同步信号控制设备每1毫秒采集一次箭上时钟源模拟信号或串口信号，当采样时间与预先设计的采样周期一致时，将预先设计的采样周期作为箭上时钟源时间，并将箭上时钟源时间加上延时时间t后发送给地面各设备，同时向地面各设备发送箭上同步中断信号，进入步骤(7)；

(7)地面各设备接收到箭上同步中断信号后，对时间进行校正，校正公式为设备时间＝箭上时钟源时间+t，实现箭上产品与地面设备的时间同步。

同步信号控制设备包括控制模块、时钟板卡、1553B板卡、AD采集板卡、串口板卡、反射内存卡、同步转发模块以及同步信号接口转接盒；

控制模块：根据箭上时钟源选择使能相应板卡，当箭上时钟源为1553B信号时，使能1553B板卡的MT功能，当箭上时钟源为模拟信号时，使能AD采集板卡，当箭上时钟源为串口信号时，使能串口板卡，当无箭上时钟源时，使能时钟板卡；

时钟板卡：使能后，产生毫秒时钟；

反射内存卡：以时钟板卡的毫秒时钟为基准，以T为周期对地面各设备发送设备同步中断信号；

1553B板卡：MT功能使能时，采用中断方式获取箭上时钟源的1553B同步信号，进行解析后得到命令字和内容，当命令字为1553B协议规定的时间同步命令字时，将相应同步信号解析后的内容作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块；

AD采集板卡：使能后，每1毫秒通过同步信号接口转接盒采集一次箭上时钟源模拟信号，并对采集到箭上时钟源模拟信号的次数进行累积计数，根据累积次数和箭上发送时钟源模拟信号的周期，计算采样时间，当采样时间与预先设计的采样周期一致时，将预先设计的采样周期作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块；

串口板卡：使能后，每1毫秒通过同步信号接口转接盒采集一次箭上时钟源串口信号，并对采集到箭上时钟源串口信号的次数进行累积计数，根据累积次数和箭上发送时钟源串口信号的周期，计算采样时间，当采样时间与预先设计的采样周期一致时，将预先设计的采样周期作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块；

同步转发模块：将箭上时钟源时间加上延时时间t后实时转发给地面各设备，同时向地面各设备发送箭上同步中断信号。

所述AD采集板卡计算采样时间的公式为：

采样时间＝接收到箭上时钟源模拟信号时的累积次数×箭上发送时钟源模拟信号的周期；

所述串口板卡计算采样时间的公式为：

采样时间＝接收到箭上时钟源串口信号时的累积次数×箭上发送时钟源串口信号的周期。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供了半实物仿真试验的同步方法，在无箭上时钟源时，同步信号中转设备提供本地时钟作为地面设备的同步时钟源，周期性对地面设备时间进行校正，消除了不同设备间时钟偏差导致的控制精度误差，提高了试验的有效性和可靠性；在具备箭上同步时钟源的系统中作为箭上产品与地面设备的同步桥梁，完成箭上产品与地面设备的时间同步，可以适应现役多类通讯方式运载火箭的时间同步。

(2)本发明同步信号控制设备可接收所有现役型号运载火箭时钟源发出的同步信号，地面各设备配备统一的板卡接收同步信号控制设备的同步中断信号，此措施将多型号的半实物仿真同步方法用一套地面设备实现，简化了设计，节约了成本，提高了可靠性。

附图说明

图1为无箭上时钟源的时间同步原理图；

图2为有箭上时钟源的时间同步原理图；

图3为时间同步流程图。

具体实施方式

本发明要解决的问题是在不具备箭上同步源的半实物仿真系统中提供时钟源确保地面设备的时间同步，在具备箭上同步源的半实物仿真系统中提供同步转发功能，接收箭上的时钟源时间来同步地面设备。

本发明首先要搭建同步信号控制设备，包括控制模块、时钟板卡、1553B板卡、AD采集板卡、串口板卡、反射内存卡、同步转发模块以及同步信号接口转接盒，各板卡均带有驱动。

控制模块：根据箭上时钟源选择使能相应板卡，当箭上时钟源为1553B接口时，使能1553B板卡的MT功能，当箭上时钟源为模拟信号时，使能AD采集板卡和同步转发模块，当箭上时钟源为串口信号时，使能串口板卡和同步转发模块，当无箭上时钟源时，使能时钟板卡。

时钟板卡：使能后，产生毫秒时钟。

反射内存卡：以时钟板卡的毫秒时钟为基准，以T为周期对地面各设备发送设备同步中断信号。

1553B板卡：MT功能使能时，采用中断方式获取箭上时钟源的1553B同步信号，进行解析后得到命令字和内容，当命令字为1553B协议规定的时间同步命令字时，将相应同步信号解析后的内容作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块。

AD采集板卡：使能后，每1毫秒通过同步信号接口转接盒采集一次箭上时钟源模拟信号，并对采集到箭上时钟源模拟信号的次数进行累积计数，每当采集到箭上时钟源模拟信号时，根据累积次数和箭上发送时钟源模拟信号的周期，计算采样时间，当采样时间与预先设计的采样周期一致时，将预先设计的采样周期作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块。

其中采样时间＝接收到箭上时钟源模拟信号时的累积次数×箭上发送时钟源模拟信号的周期。

如：设箭上发送时钟源模拟信号的周期为5ms，预先设计的采样周期为1s，则AD采集板卡每隔5ms采集到一次箭上时钟源模拟信号，在第200次采集到箭上时钟源模拟信号时，采样时间＝200×5ms＝1s，此时将预先设计的采样周期1s作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块。

串口板卡：使能后，每1毫秒通过同步信号接口转接盒采集一次箭上时钟源串口信号，并对采集到箭上时钟源串口信号的次数进行累积计数，每当采集到箭上时钟源串口信号时，根据累积次数和箭上发送时钟源串口信号的周期，计算采样时间，当采样时间与预先设计的采样周期一致时，将预先设计的采样周期作为箭上时钟源时间发送给同步转发模块。

其中采样时间＝接收到箭上时钟源串口信号时的累积次数×箭上发送时钟源串口信号的周期。

同步转发模块：将箭上时钟源时间加上延时时间t后实时转发给地面各设备，同时向地面各设备发送箭上同步中断信号。其中t为延时时间，该延时时间是保证箭上对地面的控制信号发送完成的时间，从而确保地面设备收到的信号为当前拍最新信号而不是上一拍信号。t一般小于箭上发送时钟源信号的周期，以上面箭上发送时钟源模拟信号的周期为5ms，预先设计的采样周期为1s为例，t应大于1毫秒，小于5毫秒。

同步信号控制设备周期性的向全网发送同步中断信号，本发明将地面设备配备统一的反射内存接口板卡，用于接收同步信号控制设备的同步中断信号，地面设备收到该中断后将本地时间校正为同步时间。具体方法如下：

(1)同步信号控制设备实时探测箭上时钟源，当无箭上时钟源时，进入无箭上时钟源的地面设备时间同步流程：

如图3中左侧所示，初始化时，同步信号控制设备的时钟板卡，产生毫秒时钟。闭环仿真时，以T(如1秒)为周期对地面各设备发送设备同步中断信号。地面各设备接收到第N次收到设备同步中断信号后，将时间校正为N*T，实现地面各设备的时间同步。无箭上时钟源的时间同步原理图如图1所示。

(2)当箭上时钟源为1553B信号或模拟信号或串口信号时，进入有箭上时钟源的地面设备与箭上产品的时间同步流程。

如图3右半部分所示，初始化时，使能同步信号控制设备的同步转发模块，并根据箭上时钟源选择使能对应的板卡。闭环仿真时，根据箭上时钟源信号类型，分为两种情况：

当箭上时钟源为1553B信号时，同步信号控制设备采用中断方式采集箭上时钟源的1553B同步信号并进行解析，当1553B同步信号命令字为1553B协议规定的时间同步命令字时，将该同步信号的内容作为箭上时钟源时间加上延时时间t后发送给地面各设备，同时向地面各设备发送箭上同步中断信号，地面各设备接收到箭上同步中断信号后，将时间校正为箭上时钟源时间+t，实现箭上产品与地面设备的时间同步；

当箭上时钟源信号为模拟信号或串口信号时，同步信号控制设备每1毫秒采集一次箭上时钟源模拟信号或串口信号，当采样时间与预先设计的采样周期一致时，将预先设计的采样周期作为箭上时钟源时间，将箭上时钟源时间加上延时时间t后发送给地面各设备，同时向地面各设备发送箭上同步中断信号。地面各设备接收到箭上同步中断信号后，将时间校正为箭上时钟源时间+t，实现箭上产品与地面设备的时间同步，其中t为延时时间，该延时时间是保证箭上对地面的控制信号发送完成的时间。有箭上时钟源的时间同步原理图如图2所示。

当闭环实验结束时，上述时间同步方法结束。

本发明提出的一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法，在无箭上时钟源仅需地面设备之间同步的系统中，同步信号控制设备提供本地时钟作为地面设备的同步时钟源，周期性对地面设备时间进行校正，可有效消除长时间仿真带来的累加偏差，使地面设备在全试验过程中均处于同步且可知节拍，提升半实物仿真试验的有效性和可靠性。

另外，本发明同步信号控制设备在具备箭上同步时钟源的系统中作为箭上产品与地面设备的同步桥梁，产品与地面的时间基准为箭上同步时钟源，完成箭上产品与地面设备的时间同步。

本发明同步信号控制设备可接收所有现役型号运载火箭时钟源发出的同步信号，地面各设备配备统一的板卡接收同步信号控制设备的同步中断信号，此措施将多型号的半实物仿真同步方法用一套地面设备实现，简化了设计，节约了成本，提高了可靠性。

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。