CN110657800B - 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法 - Google Patents

一种位置测量组合导航系统的时间同步方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110657800B
CN110657800B CN201810700242.XA CN201810700242A CN110657800B CN 110657800 B CN110657800 B CN 110657800B CN 201810700242 A CN201810700242 A CN 201810700242A CN 110657800 B CN110657800 B CN 110657800B
Authority
CN
China
Prior art keywords
navigation system
time delay
time
satellite
inertial navigation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810700242.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110657800A (zh
Inventor
李海强
郭玉胜
王国锋
詹丽娟
张吉先
艾瀛涛
邓继权
王海军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Automation Control Equipment Institute BACEI
Original Assignee
Beijing Automation Control Equipment Institute BACEI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Automation Control Equipment Institute BACEI filed Critical Beijing Automation Control Equipment Institute BACEI
Priority to CN201810700242.XA priority Critical patent/CN110657800B/zh
Publication of CN110657800A publication Critical patent/CN110657800A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110657800B publication Critical patent/CN110657800B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/47—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being an inertial measurement, e.g. tightly coupled inertial

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Navigation (AREA)

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
Figure BDA0001714132000000054
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 (3)

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；
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，即时间延时；
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 FDA0002972957780000011
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 FDA0002972957780000012
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 FDA0002972957780000021
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。
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。
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。
CN201810700242.XA 2018-06-29 2018-06-29 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法 Active CN110657800B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810700242.XA CN110657800B (zh) 2018-06-29 2018-06-29 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810700242.XA CN110657800B (zh) 2018-06-29 2018-06-29 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110657800A CN110657800A (zh) 2020-01-07
CN110657800B true CN110657800B (zh) 2021-08-10

Family

ID=69026765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810700242.XA Active CN110657800B (zh) 2018-06-29 2018-06-29 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110657800B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112729290B (zh) * 2020-12-23 2023-06-02 重庆华渝电气集团有限公司 一种惯性导航设备的航姿数据同步误差补偿方法
CN113447028B (zh) * 2021-07-28 2024-08-27 徐州新电高科电气有限公司 一种无人机的惯性导航系统和无人机

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103399336A (zh) * 2013-07-29 2013-11-20 东南大学 一种非高斯噪声环境下gps/sins组合导航方法
CN103995272A (zh) * 2014-06-11 2014-08-20 东南大学 一种新型惯性辅助gps接收机实现方法
CN104181572A (zh) * 2014-05-22 2014-12-03 南京理工大学 一种弹载惯性/卫星紧组合导航方法
JP6008510B2 (ja) * 2012-02-20 2016-10-19 株式会社小野測器 計測装置及び計測方法
CN107024206A (zh) * 2017-04-17 2017-08-08 重庆邮电大学 一种基于ggi/gps/ins的组合导航系统
CN107270893A (zh) * 2017-05-27 2017-10-20 东南大学 面向不动产测量的杆臂、时间不同步误差估计与补偿方法
CN107894232A (zh) * 2017-09-29 2018-04-10 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种gnss/sins组合导航精确测速定位方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105300405B (zh) * 2014-07-28 2019-05-10 北京自动化控制设备研究所 一种主基准速度时间延迟估计和补偿方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6008510B2 (ja) * 2012-02-20 2016-10-19 株式会社小野測器 計測装置及び計測方法
CN103399336A (zh) * 2013-07-29 2013-11-20 东南大学 一种非高斯噪声环境下gps/sins组合导航方法
CN104181572A (zh) * 2014-05-22 2014-12-03 南京理工大学 一种弹载惯性/卫星紧组合导航方法
CN103995272A (zh) * 2014-06-11 2014-08-20 东南大学 一种新型惯性辅助gps接收机实现方法
CN107024206A (zh) * 2017-04-17 2017-08-08 重庆邮电大学 一种基于ggi/gps/ins的组合导航系统
CN107270893A (zh) * 2017-05-27 2017-10-20 东南大学 面向不动产测量的杆臂、时间不同步误差估计与补偿方法
CN107894232A (zh) * 2017-09-29 2018-04-10 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种gnss/sins组合导航精确测速定位方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
On-line estimation and compensation of measurement delay in GPS/SINS integration;Tao Yang 等;《Proc. SPIE 7128, Seventh International Symposium on Instrumentation and Control Technology: Measurement Theory and Systems and Aeronautical Equipment》;20081013;第71282D-1至71282D-7页 *
基于曲线拟合的SINS/GPS紧密组合导航系统;肖业伟 等;《电子设计工程》;20130430;第21卷(第8期);第71-74页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110657800A (zh) 2020-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104884902B (zh) 用于三轴磁力计和三轴加速度计的数据融合的方法和装置
CN104121905B (zh) 一种基于惯性传感器的航向角获取方法
CN108535755B (zh) 基于mems的gnss/imu车载实时组合导航方法
CA2565143C (en) System and method for aligning multiple navigation components
CN110146075B (zh) 一种增益补偿自适应滤波的sins/dvl组合定位方法
JP6008124B2 (ja) 車両方位検出方法および車両方位検出装置
CN110657800B (zh) 一种位置测量组合导航系统的时间同步方法
CN107576977B (zh) 基于多源信息自适应融合的无人机导航系统及方法
KR101741076B1 (ko) 관성항법시스템의 시간지연 보상 장치 및 그 방법
CN110426033A (zh) 基于松耦合imu阵列导航系统的时间同步算法
CN111780753B (zh) 一种姿态误差反馈修正的提高惯性制导精度的方法
CN108663067A (zh) 一种运动传感器的自适应校准方法和系统
CN110703355A (zh) 一种星载加速度计的校准方法及装置
JP4818260B2 (ja) インターフェロメトリック・センシングシステム
CN109916399B (zh) 一种阴影下的载体姿态估计方法
CN112484731B (zh) 一种高精度实时飞行导航计算方法
WO2017141469A1 (ja) 位置推定装置
CN110736482B (zh) 一种月球软着陆欠测量速度修正方法
CN109916429B (zh) 一种微机电陀螺仪校准装置、方法及无人机导航系统
CN114413933B (zh) 一种加速度计动态较准方法、系统及存储介质
CN115855063A (zh) 基于绝对姿态递推修正的交会对接敏感器数据预处理方法
CN113267183B (zh) 一种多加速度计惯导系统的组合导航方法
CN112229401B (zh) 适用于ins-gps伪距融合的量测信息同步外推方法及系统
CN114061574A (zh) 一种基于位置不变约束及零速校正的采煤机定姿定向方法
CN110733671A (zh) 一种小天体自旋角速度动力学修正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant