[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星用微型自主時空確定單元

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710599265.1
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107526092B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 王國棟;楊亮;李海兵;曾憲超;姚賀;孫麗艷;莊海涵;孫鵬
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47;G01S19/49;G01C21/16;G01C21/00;G04R20/02;G04F5/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發(fā)明提出了一種衛(wèi)星用微型自主時空確定單元，包括MEMS陀螺、MEMS加速度計、雙核處理器、微型原子鐘、GNSS射頻芯片、通訊接口單元芯片；本發(fā)明采用微型自主時空確定單元/衛(wèi)星導航/星敏感器三種信息融合導航方式,互為補充，聯(lián)合完成定位、導航和時間同步等功能。實現(xiàn)三軸MEMS陀螺、三軸加速計的正交安裝和終端的高度集成，提高終端設備的抗振性，采用剛撓結合板技術，進行終端的三維組裝。針對空間使用環(huán)境，為了降低過熱影響，對顯著熱源雙核處理器采用柔性導熱片與結構殼體緊密相連，便于快速傳導散熱。本發(fā)明提出的微型自主時空確定單元，具有精度高、實時性好、抗沖擊能力強等優(yōu)良特性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星用微型自主時空確定單元，屬于姿軌控和授時領域。

背景技術

自主時空確定技術，是自主確定時間和空間信息的關鍵技術。隨著微納衛(wèi)星編隊技術的發(fā)展，對時空信息的依賴超過了以往任何時期，什么時間在哪兒，是人們最關心的問題之一。自主時空確定技術服務于國民經(jīng)濟、國家安全和軍事領域，是綜合國力和國際地位的顯著標志。

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)是應用最廣泛的時空信息確定技術。GPS自1989年部署以來，衛(wèi)星導航應用日益廣泛。之后，相繼出現(xiàn)了GLONASS、Galileo、Beidou三大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。目前，應用的GNSS接收機幾億部，幾乎所有的軍事系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺都依靠GNSS或基于GNSS的組合導航系統(tǒng)。衛(wèi)星導航的出現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭必不可少的基石。2010年4月美國發(fā)生了因GPS地面控制系統(tǒng)升級導致至少86種使用GPS接收機的武器系統(tǒng)、超過10000臺設備近乎癱瘓的事件，從另一個側面說明了美軍對GPS系統(tǒng)的依賴程度。GNSS由于自身固有的局限性，限制了其在一些特定條件和環(huán)境下的應用。歸納起來，主要包括：物理遮擋(自然峽谷、城市高樓、室內(nèi)、地下、水下)；電磁干擾(無意干擾、敵意干擾)、高動態(tài)；軌道外用戶無法使用(導航衛(wèi)星軌道以外的空間)；GNSS自身的可用性和維持風險(空間衛(wèi)星、地面主控站)。

目前，衛(wèi)星定軌和編隊飛行普遍采用GNSS接收機技術，完成時空信息的獲取，實現(xiàn)衛(wèi)星編隊隊形保持和時間同步。但是，GNSS屬于有源定位技術，存在諸多方面的弊端，容易發(fā)生信號中斷等問題。當前的慣性導航與高精度時鐘技術，普遍存在體積重量大、功耗高等一系列使用限制問題。微型自主時空確定單元作為一種微型定位導航授時終端，具有以下優(yōu)點：不依賴外界的信息源，具有自主性和高可靠性；它是GNSS的有益補充，降低用戶對GNSS的依賴性；不存在物理遮擋和電磁干擾問題；支持高動態(tài)工作和GNSS軌道外用戶；便攜性(體積小、重量輕、功耗低)。因此，微型定位導航授時終端具有迫切的應用需求和廣闊的應用領域。

如何提供一種新型的自主時空信息確定技術，克服對GNSS的依賴，便于用戶使用，是本領域亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術解決問題：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種衛(wèi)星用自主時空確定單元，解決了對GNSS的依賴問題。在GNSS信號不可用的條件下，通過高精度時鐘提供精確的時間信息，通過慣性導航提供短時高精度位置、速度、姿態(tài)信息，保證位置、速度、姿態(tài)、時間信息的連續(xù)和可獲得。在星敏感器不可用時，捷聯(lián)解算模塊提供短時的姿態(tài)信息。在GNSS和星敏正常工作的條件下，利用接收機提供的高精度位置、速度信息、時間信息通過融合濾波，進行慣性導航誤差修正和時鐘誤差修正；利用星敏提供的姿態(tài)信息，進行慣性導航姿態(tài)誤差的修正，提高星敏工作異常情況下的姿態(tài)信息精度。

本發(fā)明的技術方案：一種衛(wèi)星用微型自主時空確定單元，包括三軸MEMS陀螺、三軸MEMS加速度計、雙核微處理器、GNSS射頻芯片、微型原子鐘、通訊接口芯片；

三軸MEMS陀螺用于測量載體三個坐標軸方向的角速度信息；

三軸MEMS加速度計用于測量載體三個坐標軸方向的加速度信息；