分布式航天测控网内时间同步技术研究

论文摘要

航天测控网络是航天工程的重要组成部分,是对航天器进行跟踪、测量和控制的专用网络。从我国航天发展的长远要求来看,我国航天测控网的网络覆盖能力不足,数据传输技术和时间同步技术需要改进。本课题扩展现行航天测控网络的集中式、封闭式的体系结构,通过设置一些低成本小型航天测控站,利用Internet网络来组成一个全球范围的、分布式的航天测控网,以此来扩大航天测控网的覆盖度。然而在Internet网络中,互联网标准时间同步协议NTP(Network Time Protocol)的时间同步精度仅为几十毫秒,与现代航天测控系统中的同步精度相差较大,因此需要对其进行改进。本文所做的主要工作是提高该分布式航天测控网在Internet网络中的时间同步精度。文中首先介绍了航天测控系统的时间同步技术的研究现状,深入研究了NTP的工作原理、工作模式、工作过程和相关算法。其次,设计了此分布式航天测控网中时间同步系统的体系结构,使该系统不但具备了较强的网络环境适应能力,甚至在极端的情况下也能够实现高精度、高稳定性的时间同步。第三,在常规NTP时间同步的基础之上,设计了同步源发现算法,使网络参数配置动态化,能够自适应网络环境的变化,从而使系统能够自主选择最优的时间服务器来进行时间同步。第四,在Linux操作系统下对该算法进行了程序实现,对相关数据进行统计和分析的结果表明,同步源发现算法不但能够将系统的时间同步精度提高到几毫秒,而且能够将此同步精度长期保持稳定。最后,对本文现阶段所取得的成果和存在的不足进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文主要研究内容
• 第2章 航天测控系统时间同步技术研究现状
• 2.1 时间统一系统
• 2.1.1 时间计量系统
• 2.1.2 航天测控网中的时统
• 2.2 国内外研究现状
• 2.3 小结
• 第3章 NTP技术研究
• 3.1 协议简介
• 3.2 NTP的历史
• 3.3 NTP现状
• 3.4 网络体系结构
• 3.5 同步基本原理
• 3.6 工作模式
• 3.7 报文格式及其意义
• 3.8 时间同步算法
• 3.8.1 时钟滤波算法
• 3.8.2 时钟选择算法
• 3.8.3 合并算法
• 3.8.4 时钟调节算法
• 3.9 小结
• 第4章 时间同步系统的总体设计方案
• 4.1 时间同步网络需求
• 4.2 方案的提出
• 4.2.1 一级时间服务器设计
• 4.2.2 二级时间服务器设计
• 4.2.3 第三层同步系统设计
• 4.3 网络体系结构
• 4.4 基本实现模型
• 4.5 系统特点
• 4.6 误差分析
• 4.7 小结
• 第5章 同步源发现算法设计
• 5.1 时间服务器的选择
• 5.2 同步候选列表的生成
• 5.3 生成本地同步列表
• 5.4 同步源的发现
• 5.5 小结
• 第6章 算法的实现与性能分析
• 6.1 算法的实现
• 6.1.1 操作系统的选取
• 6.1.2 协议的安装
• 6.1.3 程序实现
• 6.2 测试结果分析
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文