CN108844544B - 一种主、子导航装置信息同步性设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主、子导航装置信息同步方法，飞行器主导航装置产生秒脉冲信号，并发送给子计算机；飞行器主导航装置将秒脉冲信号的上升沿时刻的UTC时间，更新到主导航装置的导航信息当前帧中；飞行器主计算机每周期向主导航装置取主导航信息并发给子计算机；子计算机收到主导航装置发送的秒脉冲信号后，立即产生中断，计时t0；并接收主计算机发送的主导航信息；置接收到的第一帧的主导航信息的时间为t1；如果同步成功，则计算时延为t1‑t0；子计算机在主、子导航信息使用时时延的影响；如果同步失败，下一秒继续同步。本发明的主、子导航装置信息同步方法可精确地得到主导航数据到达子计算机的时延，为子计算机扣除时延的影响提供基础。

Description

一种主、子导航装置信息同步性设计方法

技术领域

本发明涉及一种主、子导航装置信息同步性设计方法，属于信息同步技术领域。

背景技术

主、子导航装置目前被广泛应用在航空、航天领域，主导航装置由于其信息源多、导航测量精度高，其导航信息往往被子导航装置所应用。例如，主导航装置采用精度高的惯性测量装置、卫星导航系统、星光测量装置，因此，其在速度、位置、姿态等导航信息上的测量精度较高。相对来说，子导航装置由于其条件、成本、体积、重量上的限制，往往只采用了精度较低的惯性测量装置，而不能采用其他辅助导航设备。飞机发射平台下的传递对准就是一种典型的子导航装置应用主导航装置的导航信息。

导航系统一般都运行动平台下，例如飞机、汽车等，在动平台下，导航信息是实时发生变化的，而且这个变化量值是比较大的。那么，在动平台下，主、子导航系统一定是在同一时间基准下进行导航信息交互的。而往往主导航系统的导航信息无论是通过总线传递还是通过其他信号线路传递，其数据的整合到传递到子导航系统均会产生时间延迟，而这个时间延迟对于信息的利用来讲是致命的。比如，在飞机这种动平台下，仅位置一项在1ms内相差约0.3米，速度姿态则瞬时变化，时间延迟的前后有可能速度姿态发生较为显著的变化。因此，在动平台下，主、子导航装置信息的同步性是必须考虑的，并在设计时尽可能地减小其带来的计算偏差。

然而在传统的飞机动平台设计中，主导航与子计算机之间并没有硬件同步信号。为了提高主、子导航装置信息的同步性，有必要发明一种适用于动平台下的主子导航装置信息同步性设计方法，来实现主、子导航装置信息的同步，减小甚至消除信息时延带来的计算偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种主、子导航装置信息同步性设计方法，提高主、子导航装置信息的同步性，减小甚至消除主、子导航信息时延带来的计算偏差。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

一种主、子导航装置信息同步硬件接口电路，包括设置在飞行器主导航装置中的发送隔离电路和422信号发送电路，以及设置飞行器附属物子计算机中的422信号整形电路、422信号接收电路和接收隔离电路；

主导航装置生成秒脉冲信号，经发送隔离电路进行信号隔离，422信号发送电路生成422差分信号后，发送到子计算机；422信号整形电路进行信号整形，422信号接收电路接收，经接收隔离电路隔离后，进入子计算机，产生秒脉冲中断。

优选的，422信号发送电路和422信号接收电路采用AM26LS31M。

同时提供一种主、子导航装置信息同步方法，包括如下步骤：

(1)飞行器主导航装置产生秒脉冲信号，并发送给子计算机；飞行器主导航装置将秒脉冲信号的上升沿时刻的UTC时间，更新到主导航装置的导航信息当前帧中；

(2)飞行器主计算机每周期从主导航装置读取主导航信息并发给子计算机；

(3)子计算机收到主导航装置发送的秒脉冲信号后，立即产生中断，计时t0；并接收主计算机发送的主导航信息；置接收到的第一帧的主导航信息的时间为t1；

(4)子计算机判断时间同步是否成功，如果同步成功，则计算时延为t1-t0，子计算机在主、子导航信息使用时延修正；如果同步失败，则返回步骤(1)。

优选的，步骤(1)中主导航装置的导航信息一秒内中只有第一帧时间信息在秒脉冲信号的上升沿进行更新，该帧其余信息为主导航装置最近的导航计算结果；一秒内其余帧的时间在本秒内不进行更新。

优选的，子计算机连续判断多个周期主导航信息中的时间，如果多个周期的主导航信息中的时间信息均相同，则同步成功。

优选的，计算时延为t1-t0后，判断t1-t0是否超过1s，若超过1s则同步失败。

优选的，计算时延为t1-t0后，子导航装置和子计算机共用同一时间基准。

优选的，飞行器主导航装置产生秒脉冲信号，生成422差分信号后发送给子计算机。

优选的，多个周期的总时长大于主计算机发送主导航信息的最大时延。

优选的，飞行器主导航装置产生秒脉冲信号采用权利要求1所述的主、子导航装置信息同步硬件接口电路进行传递。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的主、子导航装置信息同步方法可精确地得到主导航数据到达子计算机的时延，为子计算机扣除时延的影响提供基础。

(2)传统在主、子导航信息滤波组合算法中都需要估计这个时延，造成算法的复杂且估计存在误差。由于本发明中时延被精确地测量到了，滤波组合算法无需估计，为算法的精简及计算效率的提高奠定基础。

(3)本发明连续判断5个周期的主导航数据中的时间信息均相同，避免数据发生跳秒，保证了后续进行传递对准计算的有效性。

附图说明

图1为主、子导航装置组成框图；

图2为本发明同步信号硬件接口示意图；

图3为本发明同步软件实现示意图。

具体实施方式

本发明实现了一种动平台下主、子导航装置信息同步，为子导航计算机有效利用平台的主导航装置信息进行子导航信息修正提供了一种可实际工程应用的方法。下面就主、子导航装置信息同步的技术方案进行阐述。

一般动平台下的主导航装置采用组合导航，信息源较多，导航信息经过组合修正后，导航的精度大大提高。动平台下的附属物中的子导航装置则由于其本身体积、重量等条件所限，信息源有限，导航装置采用单一或组合维度较少的导航信息，因此，子导航装置的导航精度往往较差。基于此，一般动平台下，子导航计算机(简称子计算机)往往利用主导航装置的导航信息与子导航装置进行滤波组合，形成精度较高的子导航信息，有利于附属物脱离动平台后的自主导航的精度提升。

主、子导航信息同步性系统架构，主导航装置安装于动平台上，子导航装置安装于动平台附属物上，主导航计算机(简称主计算机)采集主导航装置的导航信息通过总线发送给子计算机，由子计算机将主导航装置的导航信息与子导航装置的导航信息进行滤波组合。如飞机的主导航装置和其悬挂物的子导航装置就是一个典型的主、子导航装置架构。飞机主计算机采集主导航信息，如时间、速度、位置、姿态等，通过1553B总线以计算机的计算周期时间向悬挂物的子计算机发送。

本发明中，设计一个同步对时的硬件接口，称之为秒脉冲接口。即主导航装置以一秒发送一次的频率直接向子计算机发送一个脉冲电平，主导航装置将其导航信息对应到这个脉冲电平的上升沿，在本秒内导航信息中的时间信息不刷新，其他导航信息依据主导航计算周期时刻对应的导航信息进行刷新。

子计算机收到主导航装置发送的秒脉冲信号后，立即产生中断，计时t0；并接收主计算机发送的主导航信息；置接收到的第一帧的主导航信息的时间为t1。子计算机判断时间同步是否成功，如果同步成功，则计算时延为t1-t0，子计算机在主、子导航信息使用时延修正；如果同步失败，则在下一秒，接收到下一个秒脉冲后重新同步，直至同步成功。

主计算机和子计算机的计算周期一般依据动平台的速度而定，以飞机为例，为几十ms。而信息延迟时间以工程实际出发，一般为几毫秒到几百毫秒不等，但是时延不会超过500ms。实现动平台下，主、子导航装置信息的同步，在软、硬件上进行实施优化，可以全部消除导航信息的时延，提高了子导航装置的导航精度。

实施例

本发明从功能上可划分为硬件和软件两部分，二者协同工作实现主、子导航装置的信息同步。具体实施方法如下：

1、硬件实现

(1)秒脉冲信号

秒脉冲信号由主导航装置生成，发送到子导航装置，因此需要在飞机与悬挂物之间的接口中添加能够发送该秒脉冲的硬件接口。

硬件接口如图2所示，采用AM26LS31M作为422信号的发送接收芯片。秒脉冲信号通过光耦、驱动芯片(驱动422发送芯片)、422发送芯片，生成422差分信号，发送到子导航装置的422接收芯片，经驱动芯片整形(例如将传输过程产生损失和干扰的不规则信号整形为标准的方波信号)，光耦隔离后，进入子导航装置计算机，产生中断。

考虑到422差分信号抗干扰性能突出且适合长线传输，因此选取422差分信号作为在主、子导航装置间传递的同步硬信号。秒脉冲信号由主导航装置发出。

秒脉冲信号采用422差分信号，秒脉冲信号脉宽定为1ms，上升沿有效)，接口原理示意图如图2所示，RS-422通信协议为：1位起始位，1位停止位，8位数据位，无奇偶效验位，波特率可配置，最高为115200bps。接收及发送FIFO不小于256字节。

(2)总线信号

主导航装置的信息通过总线(如1553B总线等)传递给子计算机，如图1所示。以1553B总线为例，子计算机作为主计算机的一个RT站点，主计算机作为BC控制器，由主计算机将主导航装置的导航信息收集后发给子计算机。因此，主导航装置的导航信息到达子计算机时就出现了时延，子计算机利用主导航装置的导航信息就需要考虑扣除这个时延的影响。

2、软件实现

(1)主导航软件实现

a.定时中断1s产生秒脉冲信号，发送给子计算机的同时给主导航软件自身使用。

b.主导航软件在秒脉冲信号的上升沿时刻的UTC时间，更新到主导航装置的导航信息当前帧中。

c.结合图3，主导航装置的导航信息1秒内中只有第一帧时间信息在秒脉冲信号的上升沿进行更新，该帧其余信息为主导航装置最近的导航计算结果。1秒内其余帧的时间在本秒内不进行更新。例如主导航装置的速度位置信息，按照主导航装置的计算周期进行更新。

(2)主计算机软件实现

a.每周期向主导航装置取主导航数据；

b.通过总线向子计算机发送主导航数据。

(3)子计算机软件实现

a.子计算机软件采用中断方式接收秒脉冲信号。也就是收到主导航装置发送的秒脉冲信号后，立即产生中断。

b.子计算机软件产生秒脉冲中断后，计时t0。

c.同时延迟500ms连续判断5个周期性主导航数据中的时间信息：

如果5个周期的主导航数据中的时间信息均相同，则同步成功，置接收到第一个周期的主导航数据的时间为t1。由于主导航软件在1s内只有时间信息在秒脉冲信号的上升沿进行更新，其余信息按主导航装置的计算周期进行更新，因此连续10个周期时间信息都相同，进行连续5个周期的判断，消除时间信息跳秒对后续传递对准产生的影响。

d.t1-t0，得到时延。

e.判别t1-t0不能超过1s，若超过1s则在下一秒的秒脉冲再次进行同步直至成功。

f.判别成功后得到时延，在主、子导航信息滤波中扣除这个时延影响。

子导航装置和子计算机共用同一时间基准，因此二者时间同步。

本发明可以实现动平台下，主、子导航装置信息的同步，在软、硬件上进行方案细节优化，可以基本消除导航信息的时延，大大提高了子导航装置在动平台下的导航精度，为子导航装置脱离动平台后的自主导航的精度提升奠定基础。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种主、子导航装置信息同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)飞行器主导航装置产生秒脉冲信号，并发送给子计算机；飞行器主导航装置将秒脉冲信号的上升沿时刻的UTC时间，更新到主导航装置的主导航信息当前帧中；主导航装置的主导航信息一秒内只有第一帧的时间信息在秒脉冲信号的上升沿进行更新，该帧其余信息为主导航装置最近的导航计算结果；一秒内其余帧的时间信息在本秒内不进行更新；

(2)飞行器主计算机每周期从主导航装置读取主导航信息并发给子计算机；

(3)子计算机收到主导航装置发送的秒脉冲信号后，立即产生中断，计时t0；并接收主计算机发送的主导航信息；置接收到的第一帧的主导航信息的时间为t1；

(4)子计算机判断时间同步是否成功，如果同步成功，则计算时延为t1-t0，子计算机在主、子导航信息滤波中扣除这个时延影响；如果同步失败，则返回步骤(1)；子计算机连续判断多个周期主导航信息中的时间，如果多个周期的主导航信息中的时间信息均相同，则同步成功。

2.如权利要求1所述的主、子导航装置信息同步方法，其特征在于，计算时延为t1-t0后，判断t1-t0是否超过1s，若超过1s则同步失败。

3.如权利要求2所述的主、子导航装置信息同步方法，其特征在于，计算时延为t1-t0后，子导航装置和子计算机共用同一时间基准。

4.如权利要求2所述的主、子导航装置信息同步方法，其特征在于，飞行器主导航装置产生秒脉冲信号，生成422差分信号后发送给子计算机。

5.如权利要求2所述的主、子导航装置信息同步方法，其特征在于，多个周期的总时长大于主计算机发送主导航信息的最大时延。

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