[发明专利]一种位置姿态系统的硬件时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置姿态系统(Position & Orientation System，POS)的硬件时间同步方法，属于遥感信息获取领域，用于位置姿态系统中各传感器数据的时间同步。

背景技术

位置姿态系统由传感器部分和POS计算机组成。传感器部分包括惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、全球卫星定位系统(GlobalPosition System，GPS)以及辅助传感器，如里程仪、高度表等。POS计算机通过提取IMU输出的角速度、加速度信息，GPS输出的速度、位置信息，以及辅助传感器输出的辅助信息，如速度、高度等，通过数据融合算法进行数据融合处理，并通过反馈校正，以获得载体高精度的位置姿态信息。

由于不同时刻的数据进行融合是没有意义的，所以在设计数据融合算法时，必须保证各传感器数据在融合点上是一致的，也就是说必须解决不同传感器之间的数据时间同步问题，这样的位置姿态系统才具有实用价值。

所谓的硬件时间同步是以GPS秒脉冲作为基准，控制其它传感器的采样时刻，使各传感器工作于同一时标下，以实现数据的时间同步。GPS秒脉冲(1PPS，每秒一个脉冲)是由GPS接收机通过解码转换后输出的，它是与世界协调时(Coordinate Universal Time，UTC)秒点对齐的。

现有的硬件时间同步方法，是以GPS秒脉冲作为一个触发信号，启动一个定时器，定时器通过对系统时钟进行计数输出预定的频率硬件同步脉冲，然后利用硬件同步脉冲对传感器数据进行采集，使各传感器工作于同一时标下，从而实现了数据的时间同步。但由于系统时钟精度有限，输出的硬件同步脉冲会产生随时间积累的时钟漂移误差。这将导致长时间遥感作业时位置姿态系统的数据同步精度下降，进而导致输出的位置姿态信息精度下降。目前这种时间同步方法多用于算法仿真研究和实验室演示验证。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有硬件时间同步方法的不足，提供一种可实时修正系统时钟漂移，且时间同步精度高的位置姿态系统的硬件时间同步方法。

本发明的另一技术解决问题是：提供一种可判断出GPS信号是否失锁。实现了GPS信号的监测的位置姿态系统的硬件时间同步方法。

本发明的技术解决方案是：一种位置姿态系统的硬件时间同步方法，其特点在于步骤如下：

(1)将POS系统时间同步到世界协调时UTC时间；

(2)启动系统定时器，并使能系统定时中断；

(3)通过响应系统定时中断产生包含UTC时间信息的硬件同步脉冲；但当GPS秒脉冲到来且未产生系统定时中断时，则通过响应GPS秒脉冲中断产生包含UTC时间信息的硬件同步脉冲；

(4)利用包含UTC时间信息的硬件同步脉冲对IMU和辅助传感器进行数据采集，使POS中GPS、IMU和辅助传感器工作于UTC时间的时标下，实现了数据的时间同步；

(5)判断系统工作是否结束，如果不是，则继续执行步骤(3)和步骤(4)，直到结束。

所述步骤(1)中将POS系统时间同步到世界协调时UTC时间的步骤如下：

(1)根据IMU的采样频率设置系统定时间隔；

(2)当获得与UTC同步的GPS时间后，使能GPS秒脉冲中断；

(3)在下一个GPS秒脉冲到来时，GPS时间计数加1作为这一时刻的GPS时间，并设置为系统时间，实现将系统时间同步到UTC时间。

所述步骤(3)中系统定时中断响应过程如下：输出硬件同步脉冲。判断定时中断次数，来判断是否到了整秒时刻，如果到整秒时刻，则将定时中断次数清0，系统的UTC时间加1；如果不到整秒时刻，则将定时中断次数加1。

所述步骤(3)中GPS秒脉冲中断响应过程如下：重新启动系统定时器。通过定时中断标志位判断系统定时中断是否产生，如果系统定时中断已经产生，则GPS秒脉冲滞后于硬件同步脉冲，则只对GPS的UTC计数加1；如果系统定时中断未产生，则GPS秒脉冲超前于硬件同步脉冲，输出硬件同步脉冲，而不通过系统定时中断产生硬件同步脉冲，然后将定时中断次数清0，并分别对GPS的UTC和系统的UTC计数加1。

本发明在响应系统定时中断时，通过比较GPS时间和同步到UTC时间后的系统时间，判断出GPS信号是否失锁。