航天器时间触发系统时钟同步算法的仿真分析

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1、第32卷第1期计算机仿真2015年1月文章编号：1006—9348(2015)Ol—0103一05航天器时间触发系统时钟同步算法的仿真分析蔺明，高亚楠，范松涛，徐春(北京控制工程研究所，北京100190)摘要：时间触发技术已经逐步应用于航天器导航制导与控制(GNc)系统的信息体系结构设计中，由于时间触发技术使用了经典的welch一【和ch分布式时钟同步算法⋯，因此在工程应用中存在固有的系统级时钟定向漂移问题[2

2、。针对上述问题，提出了一种使用单一精确时钟对全系统进行整体时钟校时的方案，根据分布式系统工作时序的特点，使用同步误差的算法解

3、决了单一节点无法惨正整个分布式系统参数的问题，使系统可以在有限偏差范围内不断调整时钟相位，避免了系统级的时间误差累计。使用形式化方法对算法进行了有界性和收敛性证明，并在Matlab／SimllliIIk平台中对基于时间触发体系结构的GNc系统进行了数学建模和仿真，仿真结果表明GNC系统内所有节点的时钟偏差收敛且有界，满足实际使用需求。关键词：时间触发；导航、制导与控制系统；时钟同步；形式化；仿真中圈分类号：v411．8文献标识码：BAI试ysis舳dSilIllllationonTiIIleTri鹊eredResy眦hroIliz撕o

4、nAlgorithmLINYue，GAOYa—nan，FANSong—ta0，XUChun(BeijillgInstitute0fControlEn舀neering，BeijiIlg100190，Chim)A田S豫ACT：IIltIlispaper，柚impmvedc10cksyncllIoni刎叫山orit}吼fortimtri鹤eredGNCarclIi眦turew鹊proposed．Arefbmncerealtime(山eGPStime)w鹊addedintllearcllitecture，蚰dperiodicalcalib枷o

5、ntotlIerefbr．ence_ealtin圯c蚰beacllieved．nisal鲥tl瑚w鹪b脚dontlleclassicalWekh—I印ch⋯f柚ttole瑚mtc10cks)，11．chm】血ationprocess．Systematicc10ck越ftpmblemw鹊solvedusingtlIea190ri血m．FoⅡnal锄alysiswaspr龉emed，彻dverificatj鲫wastal【enonMa￡la量∥simulinkplatfhm．Simlllatj鲫resIlltverifi船tJlattl】

6、eptd豳aneeoft11ealgo—ritlImisimpmved卸dt}lec10ckdi雎renceisk咖ded舾expected．K嗍roRDs：Timetrigge捌；GNCsystem；C10ckresynchmrIization；f'omlalmetllod；SimIIlalion1引言随着航天器技术的不断发展，越来越多的国外先进航天器开始使用基于下一代时间触发技术的现场总线，如A五nc、’I-IP、n’EtIIemet等嵋o。以美国航空航天局(NAsA)为例，其下一代多用途载人运输飞船(O砌0N)使用了’丌Ehte

7、met时间触发以太网总线作为飞船系统的主总线，TrE在数据带宽、时序控制、系统架构和容错能力等性能方面都远远优于传统的cAN总线和1553B总线，对航天器系统级性能和体系结构的发展具有很大的贡献。时间触发系统体系结构基于分布式系统的工作机制，系统中的各个节点独立工作，在每个控制周期获取其它节点的时间状态，并以此为根据调整本地时钟。根据故障容错理论，如果某一个节点的时钟与其它节点相差过大，则会被认为是故障，因此在时间触发体系结构中无法通过改变单一节点的时钟状态来改变系统时钟。收稿日期：2014—03一02修回日期：2014—03—30根

8、据文献[2]的描述，在工程应用中由于各个节点的本地时钟存在频率和相位偏差，因此分布式系统时间会向单一方向持续漂移，造成系统级累计时间误差。因此传统的时钟校准方法是对系统中每一个节点输入高精度时钟源，以减少系统级时钟偏差。根据航天器设备存在重量、功耗等约束条件的特点，本文提出了一种只使用单一精确时钟源的系统级时钟校准方案，该方案根据分布式系统工作时序的特点，使用系统级同步误差的算法解决了单一节点无法修正整个分布式系统时钟的问题，使系统可以在有限偏差范围内不断调整时钟相位，避免了系统级累计时间误差，且极大地降低了系统级时钟校准方案的实现成

9、本，满足航天器GNc系统实际使用需求。2GNC系统时间基准2．1基于时间触发的系统体系结构传统的事件触发体系结构在通信过程中存在主从关系，如经典MIL—1553B总线，总线中只有一个总线控制器BC，所一103—有的消息传