CN110657800A - 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种位置测量组合导航系统的时间同步方法。方法包括四个步骤，第一步、设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差；第二步、更新导航解算时量测向量；第三步、对滤波结果进行判断；第四步、修正过程。通过本方法，可大大提高位置测量组合导航系统同步脉冲异常时的导航精度和可靠性，防止轨道检测过程中拐弯时刻测量失败。该方法也可用于其他组合导航系统同步脉冲异常时的导航解算，具有实用性、创新性。

Description

一种位置测量组合导航系统的时间同步方法
技术领域
本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种位置测量组合导航系统的时间同步方法。
背景技术
应用于轨道检测的位置测量装置，具有工作时间长、测量精度高等特点，因此可利用组合导航系统来精确测量轨道检测系统的位置、姿态、速度等信息。组合导航系统是以惯性导航系统为主，以卫星定位信息为辅进行组合导航解算的系统。为了确保组合导航算法具有较高的可靠性和导航精度，惯性导航信息和卫星定位信息时间上需要严格同步，否则滤波估计值会产生较大的误差，进而严重影响惯性/卫星组合导航的精度，甚至造成导航解算失败。一般组合导航系统中都采用时钟基准作为滤波同步信号，通常在卫星定位装置中设有同步脉冲(简称PPS)信号，但由于种种原因，位置测量组合导航系统中的同步脉冲信号经常会出现丢失或异常，如果同步信号异常，则卫星数据和惯导系统解算的数据就会存在时间不同步现象，在系统静止或匀速运动时，此数据时间不同步产生的误差可以忽略，但在轨道检测过程中经常会有变速运动或者拐弯等情况，此时数据的时间不同步就会产生较大的导航误差，从而使得轨道检测时测得的信息不准确，导致检测失败。所以在动态情况下必须对数据时间不同步这一现象进行处理。
发明内容
本发明提供了一种位置测量组合导航系统时间同步的处理方法，提高了组合导航系统在动态条件下的测量精度，使得在轨道检测过程中拐弯或者变速时刻测得的信息同样有效，保证了轨道检测装置的可靠性。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，本方法包括四个步骤，第一步、设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差；第二步、更新导航解算时量测向量；第三步、对滤波结果进行判断；第四步、修正过程。
一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，所述第一步，设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差；
设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差为：
δV＝Vn-Vm-a*T
式中：Vn为惯性导航系统的速度；
Vm为卫星定位装置的速度；
a为载体此时的加速度；
T为惯性导航系统采集速度的时刻与卫星定位装置采集速度的时刻之间的时间差，即所述时间延时。
一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，所述第二步，更新导航解算时量测向量；
导航解算时量测向量更改为，
Figure BDA0001714132000000021
式中，Z为量测向量，δVNδVUδVE分别为北、天、东三个方向卫星定位装置测得的速度与惯性导航解算的速度差，δVNGδVUGδVEG分别为北、天、东三个方向惯性导航解算的速度，δVNWδVUWδVEW分别为北、天、东三个方向卫星定位装置的速度，aN、aU、aE为组合导航系统速度采集时刻时间延时过程中的加速度，可用滤波周期过程中组合导航系统测得的加速度平均值代替，即
Figure BDA0001714132000000031
Figure BDA0001714132000000032
Figure BDA0001714132000000033
fN、fU、fE为滤波周期内三个方向组合导航系统测得的加速度；
于是量测系数阵H为：
Figure BDA0001714132000000034
将量测系数阵H带入到卡尔曼滤波方程进行计算，从而计算出卫星数据传递过程中的时间延时。
一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，所述第三步，对滤波结果进行判断；
通过第二步估计出卫星数据传递过程中的时间延时，然后对时间延时的正确性进行判断，方法如下，
a、第二步得到的时间延时-200ms≤T≤0ms；
b、第二步得到的时间延时方差≤1×10-5；
如果时间延时不满足条件a和条件b，则认为时间延时不正确，此时不对时间延时进行修正，而是直接转入第二步重新计算。如果时间延时满足判定条件，则认为时间延时正确，于是进入修正流程，将时间延时补偿掉，从而提高组合导航解算的可靠性和精度。
一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，所述第四步，修正过程；
修正方法为，
a、记录下一次卫星数据到来时刻卫星和惯性导航系统的数据；
b、设卫星到来时刻为TW，根据上次滤波推算出的时间延时T，计算惯性导航数据时刻为：
TG＝TW-T
式中：
TG为惯性导航数据时刻；
TW为卫星时刻；
T为时间延时；
将TW时刻的卫星数据作为基准，对TG时刻的惯性导航其他数据项进行修正。
本发明的有益效果为：通过本方法，可大大提高位置测量组合导航系统同步脉冲异常时的导航精度和可靠性，防止轨道检测过程中拐弯时刻测量失败。该方法也可用于其他组合导航系统同步脉冲异常时的导航解算，具有实用性、创新性。
附图说明
图1为位置测量组合导航系统时间同步处理方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明详细说明。
一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，包括：
本发明中增加了时间延时误差，公式推导如下：
第一步、设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差；
设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差为：
δV＝Vn-Vm-a*T 公式(1)
式中：Vn为惯性导航系统的速度；
Vm为卫星定位装置的速度；
a为载体此时的加速度；
T为惯性导航系统采集速度的时刻与卫星定位装置采集速度的时刻之间的时间差，即所述时间延时。
第二步、更新导航解算时量测向量；
导航解算时量测向量更改为：
Figure BDA0001714132000000051
公式(2)
式中，Z为量测向量，δVNδVUδVE分别为北、天、东三个方向卫星定位装置测得的速度与惯性导航解算的速度差，δVNGδVUGδVEG分别为北、天、东三个方向惯性导航解算的速度，δVNWδVUWδVEW分别为北、天、东三个方向卫星定位装置的速度，aN、aU、aE为组合导航系统速度采集时刻时间延时过程中的加速度，可用滤波周期过程中组合导航系统测得的加速度平均值代替，即
Figure BDA0001714132000000052
Figure BDA0001714132000000053
公式(3)
fN、fU、fE为滤波周期内三个方向组合导航系统测得的加速度。
于是量测系数阵H为：
Figure BDA0001714132000000055
将量测系数阵H带入到卡尔曼滤波方程进行计算，从而计算出卫星数据传递过程中的时间延时。
第三步、对滤波结果进行判断；
通过以上方法可以估计出卫星数据传递过程中的时间延时，然后对时间延时的正确性进行判断，方法如下：
a、第二步得到的时间延时-200ms≤T≤0ms；
b、第二步得到的时间延时方差≤1×10-5。
如果时间延时不满足条件a和条件b，则认为时间延时不正确，此时不对时间延时进行修正，而是直接转入第二步重新计算。如果时间延时满足判定条件，则认为时间延时正确，于是进入修正流程，将时间延时补偿掉，从而提高组合导航解算的可靠性和精度。
第四步、修正过程；
修正方法为：
a、记录下一次卫星数据到来时刻卫星和惯性导航系统的数据；
b、设卫星到来时刻为TW，根据上次滤波推算出的时间延时T，计算惯性导航数据时刻为：
TG＝TW-T 公式(4)
式中：
TG为惯性导航数据时刻；
TW为卫星时刻；
T为时间延时。
将TW时刻的卫星数据作为基准，对TG时刻的惯性导航其他数据项进行修正。

Claims (5)

1.一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，其特征在于：本方法包括四个步骤，第一步、设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差；第二步、更新导航解算时量测向量；第三步、对滤波结果进行判断；第四步、修正过程。
2.如权利要求1所述的一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，其特征在于：所述第一步，设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差；
设定卫星定位装置和惯性导航系统之间的速度差为：
δV＝Vn-Vm-a*T
式中：Vn为惯性导航系统的速度；
Vm为卫星定位装置的速度；
a为载体此时的加速度；
T为惯性导航系统采集速度的时刻与卫星定位装置采集速度的时刻之间的时间差，即所述时间延时。
3.如权利要求1所述的一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，其特征在于：所述第二步，更新导航解算时量测向量；
导航解算时量测向量更改为，
Figure FDA0001714131990000011
式中，Z为量测向量，δVN δVU δVE分别为北、天、东三个方向卫星定位装置测得的速度与惯性导航解算的速度差，δVNG δVUG δVEG分别为北、天、东三个方向惯性导航解算的速度，δVNWδVUW δVEW分别为北、天、东三个方向卫星定位装置的速度，aN、aU、aE为组合导航系统速度采集时刻时间延时过程中的加速度，可用滤波周期过程中组合导航系统测得的加速度平均值代替，即
Figure FDA0001714131990000021
fN、fU、fE为滤波周期内三个方向组合导航系统测得的加速度；
于是量测系数阵H为：
Figure FDA0001714131990000022
将量测系数阵H带入到卡尔曼滤波方程进行计算，从而计算出卫星数据传递过程中的时间延时。
4.如权利要求1所述的一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，其特征在于：所述第三步，对滤波结果进行判断；
通过第二步估计出卫星数据传递过程中的时间延时，然后对时间延时的正确性进行判断，方法如下，
a、第二步得到的时间延时-200ms≤T≤0ms；
b、第二步得到的时间延时方差≤1×10-5；
如果时间延时不满足条件a和条件b，则认为时间延时不正确，此时不对时间延时进行修正，而是直接转入第二步重新计算。如果时间延时满足判定条件，则认为时间延时正确，于是进入修正流程，将时间延时补偿掉，从而提高组合导航解算的可靠性和精度。
5.如权利要求1所述的一种位置测量组合导航系统的时间同步方法，其特征在于：所述第四步，修正过程；
修正方法为，
a、记录下一次卫星数据到来时刻卫星和惯性导航系统的数据；
b、设卫星到来时刻为TW，根据上次滤波推算出的时间延时T，计算惯性导航数据时刻为：
TG＝TW-T
式中：
TG为惯性导航数据时刻；
TW为卫星时刻；
T为时间延时；
将TW时刻的卫星数据作为基准，对TG时刻的惯性导航其他数据项进行修正。
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