[發明專利]一種激光陀螺位置姿態系統時間同步方法

有效

• 申請號: 201410234877.7
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN105319567B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 遲家升;閆東坤
• 申請（專利權）人: 北京星網宇達科技股份有限公司
• 主分類號: G01S19/48
• 分類號: G01S19/48;G04R20/04;G04R40/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 吳開磊

技術領域

本發明涉及一種激光陀螺位置姿態系統(Position and Orientation System，POS)時間同步方法，可以應用于激光陀螺POS，也可以應用于激光陀螺慣性/衛星組合導航系統(INS/GNSS)的時間同步。

背景技術

高分辨率航空遙感系統中，制約遙感系統成像分辨率的一個主要因素是POS測量精度。POS為遙感載荷提供位置姿態基準，同時為慣性穩定平臺提供精確的指向。無論對于高分辨率光學相機，還是機載三維成像激光雷達，POS是提高成像分辨率的關鍵，已成為制約我國高分辨率遙感系統發展的技術瓶頸。POS為多傳感器組合測量系統，不同采樣時刻的數據不能直接進行數據融合，時間同步成為多傳感器組合導航系統的關鍵技術，直接關系到POS系統功能的實現及性能的提高。

傳統的位置姿態系統時間同步方法(專利申請號1：200710099611.6，專利申請號2：200710119971.8)，通過利用GPS秒脈沖對I MU、PCS計數器進行重置或以GPS秒脈沖為基準生成時間同步脈沖實現系統的時間同步，沒有解決因系統時鐘源頻率偏移引起的系統同步誤差，以及因為時鐘修正引起的濾波器振蕩問題；中國專利申請201010623900.3所述的一種位置和姿態測量系統的軟件時間同步方法，其基本思路在于慣性測量單元(IMU)完成數據采集后，測量GNSS秒脈沖與IMU數據之間的時間差，然后通過數據內插等處理方法實現不同傳感器數據時間的同步。該類方法對于IMU時鐘漂移和IMU濾波器模型與真實數據不匹配的問題無能為力。將GNSS秒脈沖引入到IMU系統中，以GNSS秒脈沖為基準一次性同步IMU數據采集序列的硬件同步方法雖然可以消除IMU濾波器模型與真實數據不匹配的問題，但會引起修正時刻濾波器輸出振蕩，嚴重影響激光陀螺POS精度。因此，上述傳統的時間同步方法都不能完成激光陀螺POS時間同步。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種激光陀螺位置姿態系統時間同步方法，從而實現激光陀螺POS時間同步。

本發明的技術解決方案是：一種激光陀螺位置姿態系統時間同步方法，其特征在于首先根據POS應用環境和激光陀螺、加速度計工作范圍確定激光陀螺和加速度計數據一次額定修正采樣時間，然后利用GNSS秒脈沖(Pulse Per Second，PPS)信號標定IMU和導航計算機(POS Computer System，PCS)時鐘源，然后確定IMU采樣周期修正次數M及每次修正的工作周期數K，并對IMU進行M次時鐘修正，每次將激光陀螺和加速度計采樣周期變化K個周期數，并將PCS計時時間同步到PPS信號，具體步驟如下：

(1)根據POS所使用的激光陀螺和加速度計精度及POS應用環境下的激光陀螺和加速度計工作范圍，確定不影響陀螺和加速度計精度情況下陀螺和加速度計數據采樣周期一次額定修正時間。

(2)GNSS信號捕獲后，PPS信號開始輸出，根據相鄰兩個PPS信號時間間隔，在線標定IMU和PCS的時鐘源工作頻率，得到IMU和PCS時鐘源實際工作頻率。

(3)根據激光陀螺和加速度計數據采樣周期一次額定修正時間和標定得到的IMU時鐘源工作頻率，確定IMU采樣周期修正次數M及每次修正的工作周期數K。

(4)對IMU陀螺和加速度計數據采樣周期進行M次時鐘修正，每次將陀螺和加速度計數據采樣周期變化K個周期數。

(5)根據PCS時鐘源實際工作頻率，在每次GNSS秒脈沖信號到來時，將PCS計數器置零，并將計數器大小設置為PCS時鐘實際工作頻率大小，使PCS時間同步到GNSS時間。

其中確定不影響陀螺和加速度計精度情況下激光陀螺和加速度計一次額定修正數據采樣時間方法如下：

其中，ΔT為激光陀螺和加速度計一次額定修正數據采樣時間，G_max為激光陀螺應用環境下額定輸出，G_precesion為激光陀螺精度；A_max為加速度計應用環境下額定輸出，A_precesion為加速度計精度。

其中確定IMU采樣周期修正次數M及每次修正的工作周期數K方法如下：

首先，確定時鐘源實際工作頻率較時鐘源標稱工作頻率1秒鐘時間內時間偏移值如下：

其中，F₁為時鐘源實際工作頻率，F₀為時鐘源標稱工作頻率，f_s為激光陀螺和加速度計采樣頻率。