CN108957494A - 一种基于卫星的高精度连续时间获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机载导航系统领域，具体涉及一种基于卫星的高精度连续时间获取方法。本发明的方法以精度较高的卫星时间为基准对CPU中断计时进行周期修正，修正时以高精度晶振计时器补偿卫星时间的同步误差。短时时间精度由CPU中断定时器保证而长时时间精度由卫星时间修正，综合卫星时间和CPU中断定时器以及晶振计时器的优点，获取高精度连续时间。本发明的方法解决了机载导航系统获取时间精度低和不连续的问题，使获取时间精度从秒级提高到微秒级，并可获取频率较高的连续时间。

Description

一种基于卫星的高精度连续时间获取方法

技术领域

本发明属于机载导航系统领域，具体涉及一种基于卫星的高精度连续时间获取方法。

背景技术

随着先进战机的飞行速度和任务执行速度逐步提高，机载设备对时间获取的精度和频率要求也越来越高，高精度的连续时间基准是实现并保证战机任务执行在时间上保持精确统一的重要手段。

采用卫星接收机输出的卫星时间作为时间基准是目前国内机载设备获取时间的主要方法，虽然卫星时间精度较高(与标准时间误差1us内)，但由于受到卫星链路传输和处理的条件限制，卫星接收机仅能输出频率较低的离散时间，一般为1Hz，远远不能满足机载设备对任务执行期间高精度和连续时间的要求。机载导航系统除了可以在全天侯条件下提供飞机定位信息和运动信息外，还可利用其自身CPU定时器进行中断计时，由于中断时间一般为毫秒级所以通过CPU中断定时器可获取频率高达1KHz的连续时间，但因其存在固有的时钟漂移效应导致时间误差累积，随着时间延长，CPU中断计时精度也逐渐下降。同时因为无绝对时间来源，CPU中断计时无法输出精确的绝对时间。

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于卫星的高精度连续时间获取方法，使获取时间精度从秒级提高到微秒级，并可获取频率较高的连续时间，以解决机载导航系统获取时间精度低和不连续的技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种基于卫星的高精度连续时间获取方法，以高精度的卫星时间为基准，对CPU中断计时进行周期修正，修正时以高精度晶振计时器补偿卫星时间的同步误差。具体步骤如下：

步骤1在读取到卫星接收机秒脉冲时刻，清零并启动晶振计时器；

步骤2读取接收到的有效卫星时间SAT_TIME(PPS)；

步骤3在获取系统时间时刻，读取晶振计时器计数Δn；

步骤4使用读取的晶振计时器计数Δn，计算获取系统时间时刻与读取到卫星接收机秒脉冲时刻的补偿修正时间Δt；

步骤5使用补偿修正时间Δt计算获取系统时间时刻的绝对时间Ta；

步骤6计算此刻系统的绝对时间Ti；

步骤7对此刻系统的绝对时间Ti进行时间进制转换。

所述步骤4中获取系统时间时刻与读取到卫星接收机秒脉冲时刻的补偿修正时间Δt的计算方法为：

补偿修正时间Δt＝晶振计时器计数Δn/晶振计时器主频f。

所述步骤5中获取系统时间时刻的绝对时间Ta的计算方法为：

绝对时间Ta＝有效卫星时间SAT_TIME(PPS)+补偿修正时间Δt。

所述步骤6中此刻系统的绝对时间Ti的计算方法为：

当收到有效卫星时间：

此刻系统的绝对时间Ti＝绝对时间Ta；

当未收到有效卫星时间：

此刻系统的绝对时间Ti＝上一周期中断系统的绝对时间Ti-1+CPU中断周期ΔT。

本发明的技术效果是：本发明的方法综合卫星时间和CPU中断定时器以及晶振计时器补偿精度高的优点进行取长补短，以精度较高的卫星时间为基准对CPU中断计时进行周期修正，修正时以高精度晶振计时器补偿卫星时间的同步误差。本发明中短时时间精度由CPU中断定时器保证而长时时间精度由卫星时间修正，修正同步误差由晶振计时器补偿。本发明方法解决了机载导航系统时间获取精度纯粹依赖卫星导致获取时间精度低和不连续的问题，使获取时间精度从秒级提高到微秒级，并可获取频率较高的连续时间。

附图说明

图1为基于卫星的高精度连续时间获取方法总体流程图；

图2为基于卫星的高精度连续时间获取方法的实施示意图；

其中，ΔT为CPU中断周期、Δt为获取系统时间时刻与读取到卫星接收机秒脉冲时刻的补偿修正时间、Ta为获取系统时间时刻的绝对时间、Ti为此刻系统的绝对时间、SAT_TIME(PPS)为秒脉冲时刻的卫星时间。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

以机载导航系统为例，结合说明书附图对本发明做详细说明。

本发明总体流程图如图1所示，机载导航系统采用的卫星接收机为NovAtel_617D型GPS卫星接收机，采用的晶振计时器主频f为40MHz，CPU中断周期ΔT为2.5ms。本发明方法中短时时间精度由CPU中断定时器保证，而长时时间精度由卫星时间修正，修正同步误差由晶振计时器补偿，综合卫星时间和CPU中断定时器以及晶振计时器的优点，获取微秒级高精度的连续时间。具体步骤如下：

步骤1系统在2.5ms中断周期查询是否读取到卫星接收机秒脉冲，在读取到卫星接收机秒脉冲后，把晶振清零寄存器最低位置1从而对晶振计时器计数清零，晶振计时器启动重新开始计数；

步骤2系统在2.5ms中断周期查询是否接收到卫星数据，若接收到卫星数据则根据卫星时间有效标志判断卫星时间有效性，并解析卫星时间SAT_TIME(PPS)，包括年月日时分秒；

步骤3在获取系统时间的时刻，通过晶振时标寄存器读取此时晶振计时器计数Δn；

步骤4使用读取的晶振计时器计数Δn，计算获取系统时间时刻与读取到卫星接收机秒脉冲时刻的补偿修正时间Δt，晶振计时器主频为40MHz；

补偿修正时间Δt＝晶振计时器计数Δn/40000000(s)；

步骤5使用补偿修正时间Δt和有效卫星时间SAT_TIME(PPS)计算获取系统时间时刻的绝对时间Ta；

绝对时间Ta＝有效卫星时间SAT_TIME(PPS)+补偿修正时间Δt；

因补偿修正时间Δt一般在几十或几百毫秒，所以主要对有效卫星时间的秒进行补偿；

步骤6计算此刻系统的绝对时间Ti；

由于卫星时间输出频率为1Hz，而CPU中断频率较高为2.5ms，所以如图2所示，在计算此刻系统的绝对时间Ti时存在两种情况：

收到有效卫星时间SAT_TIME(PPS)时，此刻系统的绝对时间Ti等于绝对时间Ta：

此刻系统的绝对时间Ti＝绝对时间Ta；

未收到有效卫星时间SAT_TIME(PPS)时，需要利用上一周期中断系统的绝对时间累加CPU中断周期ΔT来计算此刻系统的绝对时间：

此刻系统的绝对时间Ti＝上一周期中断系统的绝对时间Ti-1+2.5ms；

步骤7当补偿修正导致修正后的绝对时间跨越分时，需要对此刻系统的绝对时间Ti进行时间进制转换，对分进位处理，同时若跨越时/日/月/年，也要相应进位处理。跨越日进位处理时要考虑大小月和闰年等特殊情况。

需要说明的是：在具体试验过程中，会出现获取绝对时间跳跃的现象，此为正常现象。由于存在时钟漂移效应，当长时间未收到有效卫星时间后再次收到有效卫星时间时，会使用卫星时间对系统绝对时间进行修正，可能会出现时间跳跃，跳跃幅度与时钟漂移效应大小相关。并且跳跃方向可能向前，也可能向后，取决于时钟漂移效应的方向，该跳跃即为卫星时间对机载导航系统CPU中断计时的修正过程，属正常现象。对一次开机或者某个固定CPU电路板，其跳跃方向和频度应在一定时间段内固定。

本发明的方法综合卫星时间和CPU中断定时器以及晶振计时器补偿精度高的优点进行取长补短，以精度较高的卫星时间为基准对CPU中断计时进行周期修正，修正时以高精度晶振计时器补偿卫星时间的同步误差。本发明中短时时间精度由CPU中断定时器保证而长时时间精度由卫星时间修正，修正同步误差由晶振计时器补偿。本发明方法解决了机载导航系统时间获取精度纯粹依赖卫星导致获取时间精度低和不连续的问题，使获取时间精度从秒级提高到微秒级，并可获取频率较高的连续时间。

Claims (5)

1.一种基于卫星的高精度连续时间获取方法，其特征在于：所述的基于卫星时间的高精度连续时间获取方法以高精度的卫星时间为基准，对CPU中断计时进行周期修正，修正时以高精度晶振计时器补偿卫星时间的同步误差。

2.根据权利要求1所述的基于卫星的高精度连续时间获取方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1在读取到卫星接收机秒脉冲时刻，清零并启动晶振计时器；

步骤2读取接收到的有效卫星时间SAT_TIME(PPS)；

步骤3在获取系统时间时刻，读取晶振计时器计数Δn；

步骤4使用读取的晶振计时器计数Δn，计算获取系统时间时刻与读取到卫星接收机秒脉冲时刻的补偿修正时间Δt；

步骤5使用补偿修正时间Δt计算获取系统时间时刻的绝对时间Ta；

步骤6计算此刻系统的绝对时间Ti；

步骤7对此刻系统的绝对时间Ti进行时间进制转换。

3.根据权利要求2所述的基于卫星的高精度连续时间获取方法，其特征在于：所述步骤4中获取系统时间时刻与读取到卫星接收机秒脉冲时刻的补偿修正时间Δt的计算方法为：

补偿修正时间Δt＝晶振计时器计数Δn/晶振计时器主频f。

4.根据权利要求2所述的基于卫星的高精度连续时间获取方法，其特征在于：所述步骤5中获取系统时间时刻的绝对时间Ta的计算方法为：

绝对时间Ta＝有效卫星时间SAT_TIME(PPS)+补偿修正时间Δt。

5.根据权利要求2所述的基于卫星的高精度连续时间获取方法，其特征在于：所述步骤6中此刻系统的绝对时间Ti的计算方法为：

当收到有效卫星时间：

此刻系统的绝对时间Ti＝绝对时间Ta；

当未收到有效卫星时间：

此刻系统的绝对时间Ti＝上一周期中断系统的绝对时间Ti-1+CPU中断周期ΔT。