[发明专利]组合导航处理器用同步脉冲合成方法及同步脉冲合成器

说明书

技术领域

本发明主要涉及到组合导航设备领域，特指一种组合导航处理器用同步脉冲合成方法及同步脉冲合成器。

背景技术

惯性导航系统能够提供高速率、高精度的全导航信息(包括位置、速度、姿态、角速率、加速度等)，但单纯的惯性导航系统，其误差会随时间积累，因此组合导航常以惯性导航系统为主导航设备，以惯性导航系统为主的组合导航系统采用各种信息融合方法，组合其他多种导航设备，以消减各种独立导航设备的不足，抑制惯性导航系统的误差，进一步提高系统的综合性能。

以SDINS(Strapdown INS捷联惯性导航系统)/GPS组合导航为例，在信息融合时，必须保证来自捷联惯性导航系统与GPS卫星接收机的信息是同一时刻的数据。为此，首先要保证捷联惯性导航系统的IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)与GPS卫星接收机的信息是同一时刻的数据。这实际上就提出了同步采集的技术要求。同步采集就要求两个独立的子系统的时间同步。以下几个原因将导致两者的导航信息在时间上不同步。1)IMU与GPS两个子系统分别具有独立的时间系统，GPS采用世界协调时UTC时间。2)IMU内部的晶振还会随着温度的变换而发生漂移。3)两者的数据更新率不一样。GPS的更新率一般在1～20Hz之间，而IMU的更新率在20Hz～1KHz之间。由于上述原因，如何将IMU的采集时刻与GPS接收机的采集时刻同步成为了一个关键问题。

从本领域角度可以将现有的时间同步技术分成两大类：

(一)广义的时间同步，用于解决多系统的时间一致性问题。一般的思路是利用GPS接收机的IPPS脉冲，校正(驯服)本地的时钟频率及输出新的1PPS相位；利用GPS接收机的串行数据中的时间信息，同步各分系统的时间。校正(驯服)本地时钟频率的方法是采用了压控型晶振，通过检测本地晶振的频率误差，给出相应的电压控制量到压控型晶振，达到改变本地晶振频率的目的。其中在校正压控型晶振中多采用了微处理器的方法实现。其特点是输出仍然是1PPS脉冲。多系统广义的时间同步是同步在1s的时刻上，所以同步系统的输出是新的1PPS秒脉冲。

(二)惯性/卫星组合导航领域的数据采集时间同步。其特点是输出IMU所需要的几百赫兹(一般是20Hz～1KHz)的采集触发脉冲。目前有多种方法实现上述数据同步的功能。1)完全基于软件的方法。这种方法有相关的文章发表。2)采用硬件同步与软件结合的办法。当前软硬件结合的时间同步方法常采用1PPS脉冲触发CPU中断，利用CPU定时器测量GPS的1PPS后的第一个SDINS数据与1PPS的时间间隔，根据SDINS固定的更新周期与该时间间隔作差，便得到1PPS前一个SDINS数据与1PPS的时间间隔，然后通过插值处理或多项式拟合得到在GPS的1PPS时间点上的SDINS数据，这种方法缺点是每次同步都需要CPU参与，进行数据处理，从而占用较多的CPU时间，增加CPU的任务量，且动态性越大，同步精度越低。中国专利申请200710099611.6所述的一种位置姿态系统的硬件时间同步方法，以1PPS为中断信号，采用CPU定时器产生与1PPS同步的采样时钟，实现数据采集与1PPS同步，该方法在同步过程中同样始终需要CPU参与，由CPU控制数据采集，增加了CPU的任务量。这两种方法都采用1PPS向CPU申请中断，由于CPU响应外部中断本身具有一定的延迟，限制了同步精度。中国专利申请200710119971.8利用了1PPS秒脉冲(one pulse per second)动态校准采样时刻T_S。该方法并没有考虑导航系统时钟T_B的漂移问题，即由T_B通过分频生成T_S的分频比N没有作动态调整。换句话说，只是校正了采集脉冲的相位差，没有校准本地晶振的频率及采集脉冲的输出频率。这样会出现在相邻2个1PPS之内，IMU采集时刻会漂移。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、操作简便、效果好的组合导航处理器用同步脉冲合成方法及同步脉冲合成器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种组合导航处理器用同步脉冲合成方法，其特征在于：

(1)通过作为时钟源的本地晶振与基于DDS原理的分频器产生一个任意频率的方波作为组合导航处理器的采集触发脉冲；