[发明专利]一种卫星用微型自主时空确定单元

说明书

本发明提出了一种卫星用微型自主时空确定单元，包括MEMS陀螺、MEMS加速度计、双核处理器、微型原子钟、GNSS射频芯片、通讯接口单元芯片；本发明采用微型自主时空确定单元/卫星导航/星敏感器三种信息融合导航方式,互为补充，联合完成定位、导航和时间同步等功能。实现三轴MEMS陀螺、三轴加速计的正交安装和终端的高度集成，提高终端设备的抗振性，采用刚挠结合板技术，进行终端的三维组装。针对空间使用环境，为了降低过热影响，对显著热源双核处理器采用柔性导热片与结构壳体紧密相连，便于快速传导散热。本发明提出的微型自主时空确定单元，具有精度高、实时性好、抗冲击能力强等优良特性。

技术领域

本发明涉及一种卫星用微型自主时空确定单元，属于姿轨控和授时领域。

背景技术

自主时空确定技术，是自主确定时间和空间信息的关键技术。随着微纳卫星编队技术的发展，对时空信息的依赖超过了以往任何时期，什么时间在哪儿，是人们最关心的问题之一。自主时空确定技术服务于国民经济、国家安全和军事领域，是综合国力和国际地位的显著标志。

全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)是应用最广泛的时空信息确定技术。GPS自1989年部署以来，卫星导航应用日益广泛。之后，相继出现了GLONASS、Galileo、Beidou三大全球卫星导航系统。目前，应用的GNSS接收机几亿部，几乎所有的军事系统和作战平台都依靠GNSS或基于GNSS的组合导航系统。卫星导航的出现已经成为现代战争必不可少的基石。2010年4月美国发生了因GPS地面控制系统升级导致至少86种使用GPS接收机的武器系统、超过10000台设备近乎瘫痪的事件，从另一个侧面说明了美军对GPS系统的依赖程度。GNSS由于自身固有的局限性，限制了其在一些特定条件和环境下的应用。归纳起来，主要包括：物理遮挡(自然峡谷、城市高楼、室内、地下、水下)；电磁干扰(无意干扰、敌意干扰)、高动态；轨道外用户无法使用(导航卫星轨道以外的空间)；GNSS自身的可用性和维持风险(空间卫星、地面主控站)。

目前，卫星定轨和编队飞行普遍采用GNSS接收机技术，完成时空信息的获取，实现卫星编队队形保持和时间同步。但是，GNSS属于有源定位技术，存在诸多方面的弊端，容易发生信号中断等问题。当前的惯性导航与高精度时钟技术，普遍存在体积重量大、功耗高等一系列使用限制问题。微型自主时空确定单元作为一种微型定位导航授时终端，具有以下优点：不依赖外界的信息源，具有自主性和高可靠性；它是GNSS的有益补充，降低用户对GNSS的依赖性；不存在物理遮挡和电磁干扰问题；支持高动态工作和GNSS轨道外用户；便携性(体积小、重量轻、功耗低)。因此，微型定位导航授时终端具有迫切的应用需求和广阔的应用领域。

如何提供一种新型的自主时空信息确定技术，克服对GNSS的依赖，便于用户使用，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种卫星用自主时空确定单元，解决了对GNSS的依赖问题。在GNSS信号不可用的条件下，通过高精度时钟提供精确的时间信息，通过惯性导航提供短时高精度位置、速度、姿态信息，保证位置、速度、姿态、时间信息的连续和可获得。在星敏感器不可用时，捷联解算模块提供短时的姿态信息。在GNSS和星敏正常工作的条件下，利用接收机提供的高精度位置、速度信息、时间信息通过融合滤波，进行惯性导航误差修正和时钟误差修正；利用星敏提供的姿态信息，进行惯性导航姿态误差的修正，提高星敏工作异常情况下的姿态信息精度。

本发明的技术方案：一种卫星用微型自主时空确定单元，包括三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计、双核微处理器、GNSS射频芯片、微型原子钟、通讯接口芯片；

三轴MEMS陀螺用于测量载体三个坐标轴方向的角速度信息；

三轴MEMS加速度计用于测量载体三个坐标轴方向的加速度信息；