[發明專利]一種MEMS/GNSS組合導航系統實時數據同步方法

有效

• 申請號: 201410566652.1
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104330082A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 丁繼成;吳謀炎;趙琳;黃衛權;賈春;羅治斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于組合導航技術領域，尤其適用于以串口方式輸出的慣性測量單元組成的MEMS和GNSS組合導航系統的，一種MEMS/GNSS組合導航系統實時數據同步方法。

背景技術

在MEMS/GNSS組合導航系統的應用中,MEMS/GNSS導航子系統通常都是獨立的子系統，沒有統一的時間基準，MEMS和GNSS還存在頻標漂移、計算或通信等時延，且MEMS的數據更新率往往比GNSS的數據更新率大很多，從而導致兩個子系統送往數據融合中心(如卡爾曼濾波器)進行融合處理的數據并不是來自于同一更新時刻。如果對這兩路導航數據直接進行濾波處理，將導致組合系統導航精度和目標計算性能嚴重下降。綜上所述，在具體的GNSS/MEMS組合導航系統的應用中，設計和實現GNSS與MEMS導航子系統間的數據同步，具有重要而深遠的實際意義。

當前的組合導航系統常采用硬件同步方法和軟件同步方法。硬件同步方法常采用PPS、(每秒脈沖數，Pulses?Per?Second)信號作為同步采樣脈沖送入多通道數據采集電路中，1PPS信號同時用于觸發由硬件電路生成的A/D采樣的時鐘，在同步后的采樣脈沖下，采樣器和A/D轉換器工作，從而實現時間同步，這種方案通常需要高性能的硬件支持，且硬件結構復雜，另外這種方案的IMU(慣性測量單元，Inertial?Measurement?Unit)的輸出必須為模擬信號，才能和GNSS時間對齊，如果一個IMU的輸出為數字信號，則該方案無法工作，所以該方案無法使用通用型的數字輸出的IMU器件，通用性較差，對于現有的完整MEMS子系統則無法使用。軟件同步方法常采用1PPS秒脈沖觸發CPU中斷，利用CPU定時器測量GNSS的1PPS之后的第一個MEMS數據與1PPS的時標差，根據MEMS固有的更新周期與該時標差作差值，從而得到第一次1PPS前最近的那個MEMS數據與1PPS的同步時間差，然后按固有周期直接遞推出每個1PPS點的同步時間差，并通過插值或外推擬合得到在1PPS時間點上的MEMS數據，這種方法忽略了MEMS頻標漂移的存在而直接根據第一個同步時間差遞推出后續每個1PPS點的同步時間差，導致同步精度嚴重下降，另外CPU定時器一直工作，加重了CPU的負擔，另外由于CPU響應外部中斷本身具有一定延遲，也使得同步精度下降。

通過檢索查到專利公開號為101105401A的一種SDINS/GPS組合導航系統時間同步及同步數據處理方法。但是該專利針對是SDINS系統，采用硬件同步方案，無法使用通用型的數字輸出的IMU器件。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有高精度、實時性的MEMS/GNSS組合導航系統實時數據同步方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種MEMS/GNSS組合導航系統實時數據同步方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：以FPGA系統時鐘Fb為基準，啟動32位計數器，產生計數單元為256/Fb、占空比為50％的信號Fs；

步驟二：以FPGA系統時鐘Fb為基準，PPS秒脈沖為觸發信號，觸發FPGA計數器產生與MEMS同頻的時鐘信號Fk；

步驟三：FPGA接收GNSS數據和MEMS數據，以信號Fs的上升沿為基準，為時鐘信號Fk、GNSS數據和MEMS數據打上各自到達FPGA時刻的時間標簽后分別存儲，當打上時間標簽后的時鐘信號Fk、GNSS數據和MEMS數據符合各自所設定的觸發條件后產生DSP外部中斷信號；

步驟四：DSP響應來自時鐘信號Fk、GNSS數據和MEMS數據產生的外部中斷信號，通過外部存儲器接口的總線與FPGA通信，分別讀取時鐘信號Fk、GNSS數據和MEMS數據；

步驟五：DSP對接收到的數據進行解析處理，提取時鐘信號Fk、GNSS數據和MEMS數據的時間標簽，計算MEMS數據與GNSS數據的同步時間差，以時鐘信號Fk為基準，通過同步外推算法對MEMS數據進行擬合，使MEMS數據與GNSS數據同步，輸出同步后的MEMS數據與GNSS數據；

步驟六：判斷MEMS/GNSS組合導航系統工作是否完成，如果沒有完成，則重復步驟二～步驟五，否則結束工作。

一種MEMS/GNSS組合導航系統實時數據同步方法還可以包括：

1、FPGA計數器產生與MEMS同頻的時鐘信號Fk的方法為：