CN110515109B - 一种基于多信息源融合自主pnt时间的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于多信息源融合自主PNT时间的方法及装置。该方法包括：检测PNT系统是否收到惯性导航系统发送的导航数据；当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳；将下一个系统内部时间戳作为导航数据的时戳。本发明能够实现自主PNT系统的收时、守时、授时。

Description

一种基于多信息源融合自主PNT时间的方法及装置
技术领域
本发明属于位置导航时间系统技术领域，涉及一种基于多信息源融合自主位置导航时间(Position,navigation and time，PNT)系统的方法及装置。
背景技术
针对卫星导航定位系统的缺陷，为了应对未来战争可能面临的电磁干扰，导航卫星信号中断等情形，亟需一种不过度依赖卫星的定位系统。因此，美国国防部提出了从国家层面构建PNT体系的战略部署。
国内方面，杨元喜院士对综合PNT的定义为：基于不同原理的多种PNT信息源，经过云平台控制、多传感器的高度集成和多源数据融合，生成时空基准统一的，且具有抗干扰、防欺骗、稳健、可用、连续、可靠的PNT服务信息。
自主PNT系统包含两个含义：一是某单一PNT系统无须其他外部系统支持，可自主完成或维持PNT服务；如基于星间链路的卫星自主定轨、测时所维持的GNSS PNT服务，惯性导航提供的PN(定位与导航)服务等；二是某一系统与其他功能组件进行紧组合实现体系的自主PNT服务，以补充单一系统PNT服务的保真性(fidelity)和稳健性(robustness)。通常采用的GNSS/INS紧组合导航即属于这类自主综合PNT。自主综合PNT系统的信息流程图如图1所示。
PNT系统的信息源主要有:天基无线电PNT信息源,地基无线电PNT信息源,匹配导航信息源,惯性导航信息源等。在获取信息后，经过传感器整合，将信息传递给PNT运控体系，继而经过信息的自适应融合得到实时的PNT信息，最后对外部提供PNT服务。
时间系统作为PNT体系中非常重要的一环，在自主导航(如惯性导航、天文导航)产品中一直没有得到充分开发。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种基于多信息源的自主PNT产品中具有收时、守时、授时功能时间系统的设计方法。
本发明的技术方案：
第一方面，提供一种基于多信息源融合自主PNT时间的方法，包括：
检测PNT系统是否收到惯性导航系统发送的导航数据；
当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳；
将下一个系统内部时间戳作为导航数据的时戳。
进一步的，在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳包括：
获取最近更新的系统内部时间；该更新的系统内部时间与唯一频标对应；
当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，获取时钟给系统发送的下一个频标；
根据下一个频标和系统内部时间，确定下一个系统内部时间戳。
进一步的，所述方法还包括：
接收不同外部信息源当前所处时刻的时刻信息；
从不同的时刻信息中提取精度最高的当前时刻；
根据预设的时间基准将当前时刻换算为换算时间；
用换算时间更新当前频标的系统内部时间。
进一步的，频标为高精度频标。
进一步的，所述方法还包括：
通过无线电或串口或网线向外部发送带时戳的导航数据。
第二方面，提供一种基于多信息源融合自主PNT时间的装置，包括：
检测模块，用于检测PNT系统是否收到惯性导航系统发送的导航数据；
提取模块，用于当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳；
处理模块，用于将下一个系统内部时间戳作为导航数据的时戳。
进一步的，提取模块包括：
获取单元，用于获取最近更新的系统内部时间；该更新的系统内部时间与唯一频标对应；当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，获取时钟给系统发送的下一个频标；
确定单元，用于根据下一个频标和系统内部时间，确定下一个系统内部时间戳。
进一步的，所述方法还包括：
接收模块，用于接收不同外部信息源当前所处时刻的时刻信息；
所述提取模块还用于：从不同的时刻信息中提取精度最高的当前时刻；
换算模块，用于根据预设的时间基准将当前时刻换算为换算时间；
更新模块，用于用换算时间更新当前频标的系统内部时间。
第三方面，提供一种计算机可读的存储介质，存储有计算机能够运行的程序，所述计算机程序被处理器执行以实现第一方面任一项所述的方法。
本发明提供一种基于多信息源融合自主PNT时间的方法及装置，具有面向GNSS、地基无线电导航、国家授时中心、通讯基站等无线电接受设备的收时功能，在某一确定的时间基准下，一定的时间长度内，以原子钟或高精度晶振等时钟实现守时功能，以时间系统的时刻为基准，对导航信号进行时间同步，生成完整的PNT信息，通过无线电发射器发送秒脉冲信号或串口发送带时戳惯导数据等方式对外发送信息，实现授时功能。
附图说明
图1为自主综合PNT信息流程图。
图2为自主PNT产品结构框图。
具体实施方式
本发明的时间体系的构建本质上是解决下式问题：
T0+nΔt＝Tn (1)
式中T0表示从外部接收到的初始时刻，Δt表示守时精度，n表示守时长度，Tn表示授时时刻。自主PNT产品的结构框图如图2所示。
时间体系中，每个功能模块应包含的具体内容有：
1、收时
收时即有能力从外部信息源获取当前所处时刻信息。外部信息源主要分为天基和地基信息源等。
天基信息源可为GNSS(精度20ns),包括中国的北斗(BDS)、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略(Galileo)系统。考虑战时需要，北斗系统的优先级高于其它卫星导航系统。
地基信息源可为地基无线电设备。时刻信息还可以通过国家授时中心(长波授时台100KHz精度us)、蜂窝网络数据(精度0.5us)等来源获得。
收时功能的硬件实现主要依靠无线电接受装置，软件需要实现所有可接收时间信息源的信号解析，转化为系统可用的时刻信息。
2、守时
守时功能首先应实现时间信息源融合，在众多时间源中通过筛选，得到唯一的收时时刻信息。筛选原则为在所有可接收信息源的采用误差最小的时间信息源。
守时功能应包括时间基准、守时精度和守时范围。
时间基准可为UTC时间、北京时间和孤立系统内部时间等。时间基准确定时间的有效范围，根据用户需求不同可为本机时间、机群时间、战区时间、国家时间或国际标准时。
守时精度根据守时元件确定，根据精度要求不同，可选择芯片级原子钟或高精度晶振，如图2所示，时钟给系统发送高精度频标数据，获得基于时间基准的以守时精度问间隔的任一时刻的时间信息。
守时范围是指在完全丧失外部信息的情况下，自主PNT产品应在一段时间内保证时间系统的精度，这段时间的长度即为守时范围。
守时功能还应实现完整PNT信息的融合，即时刻信息与导航信息融合。在收时的同时，与惯性导航信息组合，得到初始的PNT信息。惯性导航系统(INS)的采样时间间隔一般大于守时时钟精度。因此在守时过程中，PNT系统收到惯性导航系统发送导航数据，在时间系统中提取时钟发送的下一个时间戳结合，构成完整的PNT信息。
3、授时
授时主要实现数据发送功能，可通过无线电信号和带时戳的导航数据实现。对于无线电信号，硬件上需要具有无线电发送装置，通过串口发送带时戳的导航数据应更改现有产品的数据通信协议。

Claims (5)

1.一种基于多信息源融合自主PNT时间的方法，其特征在于，包括：
检测位置导航时间PNT系统是否收到惯性导航系统发送的导航数据；
当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳；
将下一个系统内部时间戳作为导航数据的时戳；
在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳包括：
获取最近更新的系统内部时间；该更新的系统内部时间与唯一频标对应；
当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，获取时钟给系统发送的下一个频标；
根据下一个频标和系统内部时间，确定下一个系统内部时间戳；
所述方法还包括：
接收不同外部信息源当前所处时刻的时刻信息；
从不同的时刻信息中提取精度最高的当前时刻；
根据预设的时间基准将当前时刻换算为换算时间；
用换算时间更新当前频标的系统内部时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，频标为高精度频标。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过无线电或串口或网线向外部发送带时戳的导航数据。
4.一种基于多信息源融合自主PNT时间的装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测PNT系统是否收到惯性导航系统发送的导航数据；
提取模块，用于当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，在时间系统中提取时钟下一个系统内部时间戳；
处理模块，用于将下一个系统内部时间戳作为导航数据的时戳；
提取模块包括：
获取单元，用于获取最近更新的系统内部时间；该更新的系统内部时间与唯一频标对应；当PNT系统收到惯性导航系统发送的导航数据时，获取时钟给系统发送的下一个频标；
确定单元，用于根据下一个频标和系统内部时间，确定下一个系统内部时间戳；
所述装置还包括：
接收模块，用于接收不同外部信息源当前所处时刻的时刻信息；
所述提取模块还用于：从不同的时刻信息中提取精度最高的当前时刻；
换算模块，用于根据预设的时间基准将当前时刻换算为换算时间；
更新模块，用于用换算时间更新当前频标的系统内部时间。
5.一种计算机可读的存储介质，存储有计算机能够运行的程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1-3任一项所述的方法。
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