CN113009816B - 时间同步误差的确定方法及装置、存储介质及电子装置 - Google Patents

时间同步误差的确定方法及装置、存储介质及电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种时间同步误差的确定方法及装置、存储介质及电子装置，上述方法包括：获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差，解决了相关技术中，对于时间同步误差的确定方式繁琐，使用不便，需要进行大量计算等问题。

Description

时间同步误差的确定方法及装置、存储介质及电子装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种时间同步误差的确定方法及装置、存储介质及电子装置。
背景技术
随着相对导航、组网定位技术的发展，全球卫星导航系统(Global NavigationSatellite System,GNSS)在军事、生活服务扮演重要的角色，它可以全天时、全天候进行全球定位和授时，但在森林、多山地区、隧道、城市峡谷等场景下，存在信号被遮挡、导航不连续的问题。另一方面，惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)理论上可以自主定位，不依赖外部信息，但是定位误差随时间累积，需要外部信息进行误差校正才能保持连续、高精度导航。GNSS可以作为外部信息提供给INS，消除时间累积误差。
相关技术中，公开了一种GNSS/INS组合导航系统的两步抗差滤波方法，包括下述步骤：根据新息构建渐消因子矩阵，根据残差构建增益系数矩阵；构建GNSS/INS组合导航系统的状态方程和测量方程，按照卡尔曼滤波紧耦合方式融合GNSS/INS数据；检测动力学模型是否异常，若判定为超过设定阈值范围，通过渐消因子矩阵调整，进入时间更新；检测观测量是否正常，若判定为超过设定阈值范围，通过增益系数矩阵多通道调整观测向量，进入测量更新；更新卡尔曼滤波过程，输出GNSS/INS组合导航结果。
可见，在消除时间累积误差时，通常使用时钟信息构建模型，利用多个观测量通过系统计算来实现对时间的补偿，计算复杂，实时性差，并且使用上述方法时还需为时间同步配置较高的硬件。
针对相关技术中，对于时间同步误差的确定方式繁琐，使用不便，需要进行大量计算等问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种时间同步误差的确定方法及装置、存储介质及电子装置，以至少解决相关技术中，以至少解决相关技术中，对于时间同步误差的确定方式繁琐，使用不便，需要进行大量计算等问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种时间同步误差的确定方法，包括：获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差。
在一个示例性实施例中，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，通过目标算法对所述更新时间和所述时间间隔进行计算，以估计所述目标对象的时间同步误差之后，所述方法还包括：获取所述目标对象在运动中的白噪声的噪声频率；根据所述噪声频率从预设补偿列表中确认所述目标对象的姿态延时的补偿值；根据所述补偿值对更新时间进行误差补偿。
在一个示例性实施例中，确定目标对象的观测量，包括：获取观测量对应的参数数据，其中，所述参数数据用于描述目标对象的运动状态；确定在目标时间段内采集的所述参数数据的变化数值；根据所述变化数值确定所述目标对象的观测量。
在一个示例性实施例中，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以确定出所述目标对象的姿态延时的更新时间，包括：获取对目标观测矩阵执行目标数据融合处理的融合算法；根据所述融合算法确定所述目标观测矩阵的融合参数，以通过所述融合算法计算得到所述目标对象的姿态延时的更新时间，其中，所述融合参数包含以下至少之一：目标观测矩阵的状态转移矩阵、目标观测矩阵的协方差矩阵、目标观测矩阵的过程噪音。
在一个示例性实施例中，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，通过目标算法对所述更新时间和所述时间间隔进行计算，以估计所述目标对象的时间同步误差，包括：在所述目标对象的接入卫星定位系统后，根据所述时间间隔确定目标对象所处位置的本地时间重置；获取卫星定位系统对于目标对象的运动状态的测量的更新时间，并融合所述本地时间重置与所述更新时间，以估计所述目标对象的时间同步误差。
在一个示例性实施例中，通过目标算法对所述更新时间和所述时间间隔进行计算，以估计所述目标对象的时间同步误差之后，所述方法还包括：根据所述时间同步误差确定所述目标对象的前向状态的估计值；在所述估计值超出预设阈值的情况下，对所述目标对象进行组合导航的时间补偿。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种时间同步误差的确定装置，包括：获取模块，用于确定目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；计算模块，用于获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以确定出所述目标对象的姿态延时的更新时间；确定模块，用于获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差。
在一个示例性实施例中，上述装置还包括：第一补偿模块，用于获取所述目标对象在运动中的白噪声的噪声频率；根据所述噪声频率从预设补偿列表中确认所述目标对象的姿态延时的补偿值；根据所述补偿值对更新时间进行误差补偿。
在一个示例性实施例中，上述获取模块，还用于获取观测量对应的参数数据，其中，所述参数数据用于描述目标对象的运动状态；确定在目标时间段内采集的所述参数数据的变化数值；根据所述变化数值确定所述目标对象的观测量。
在一个示例性实施例中，上述计算模块，还用于获取对目标观测矩阵执行目标数据融合处理的融合算法；根据所述融合算法确定所述目标观测矩阵的融合参数，以通过所述融合算法计算得到所述目标对象的姿态延时的更新时间，其中，所述融合参数包含以下至少之一：目标观测矩阵的状态转移矩阵、目标观测矩阵的协方差矩阵、目标观测矩阵的过程噪音。
在一个示例性实施例中，上述确定模块，还用于在所述目标对象的接入卫星定位系统后，根据所述时间间隔确定目标对象所处位置的本地时间重置；获取卫星定位系统对于目标对象的运动状态的测量的更新时间，并融合所述本地时间重置与所述更新时间，以估计所述目标对象的时间同步误差。
在一个示例性实施例中，上述装置还包括：第二补偿模块，用于根据所述时间同步误差确定所述目标对象的前向状态的估计值；在所述估计值超出预设阈值的情况下，对所述目标对象进行组合导航的时间补偿。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种计算机可读的存储介质，该计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述时间同步误差的确定方法。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，上述处理器通过计算机程序执行上述的时间同步误差的确定方法。
在本发明实施例中，获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差，即通过获取观测量后，对数据进行融合，对时间同步误差、姿态和加速度进行估计，对时间单独一个回环进行处理，解决了相关技术中，对于时间同步误差的确定方式繁琐，使用不便，需要进行大量计算等问题，将时间延迟单独设置一个回环，保证在高动态导航下具有良好的鲁棒性，可以减少在GPS更新速率相对较低时，方程线性化和离散化的误差，也保证了组合导航系统的实时性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的一种时间同步误差的确定方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是根据本发明实施例的时间同步误差的确定方法的流程图；
图3是根据本发明可选实施例的基于时间补偿的组合导航方法的系统组成图；
图4是根据本发明实施例的时间同步误差的确定装置的结构框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、数据库或者类似的运算装置中执行。以运行在计算机终端上为例，图1是本发明实施例的一种时间同步误差的确定方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，在一个示例性实施例中，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示等同功能或比图1所示功能更多的不同的配置。
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中时间同步误差的确定方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
在本实施例中提供了一种时间同步误差的确定方法，图2是根据本发明实施例时间同步误差的确定方法的流程图，该流程包括如下步骤：
步骤S202，获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；
步骤S204，获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；
步骤S206，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差。
通过上述步骤，获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差，即通过获取观测量后，对数据进行融合，对时间同步误差、姿态和加速度进行估计，对时间单独一个回环进行处理，解决了相关技术中，对于时间同步误差的确定方式繁琐，使用不便，需要进行大量计算等问题，将时间延迟单独设置一个回环，保证在高动态导航下具有良好的鲁棒性，可以减少在GPS更新速率相对较低时，方程线性化和离散化的误差，也保证了组合导航系统的实时性。
需要说明的是，导航姿态是指目标对象处于高动态下，惯性测量单元、磁力计、GPS等目标对象上的单元进行正常工作的状态，姿态延时是指预先设置的粗略初始时间同步误差，即惯性测量单元使用加速度积分得到的速度与GPS获取的速度之间的时间误差，得惯性测量单元与GPS的速度相关性，以取得相关性函数的峰值为粗略初始时间同步误差。
在一个示例性实施例中，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，通过目标算法对所述更新时间和所述时间间隔进行计算，以估计所述目标对象的时间同步误差之后，所述方法还包括：获取所述目标对象在运动中的白噪声的噪声频率；根据所述噪声频率从预设补偿列表中确认所述目标对象的姿态延时的补偿值；根据所述补偿值对更新时间进行误差补偿。
简而言之，由于目标对象上存在的用于获取目标对象观测量的加速度计和陀螺仪受到电机振动的影响，将会把高频成分带到传感器的频率谱中，进而使得确定出的目标对象的观测量中存在一定的震动导致传感器固有的白噪声，为了保证确定出的时间同步误差中时受白噪声的影响尽可能小，通过有限脉冲响应滤波器对白噪声进行处理，并结合从预设补偿列表中确定的观测量中加速计、陀螺仪和地磁数据的补偿值，进而在滤波后减少白噪声引起的时间延迟。
在一个示例性实施例中，确定目标对象的观测量，包括：获取观测量对应的参数数据，其中，所述参数数据用于描述目标对象的运动状态；确定在目标时间段内采集的所述参数数据的变化数值；根据所述变化数值确定所述目标对象的观测量。
例如，设置16维的状态量x＝[q r v bf bω]T,其中q＝[q0 q1 q2 q3]T为四元数；r＝[rn re rd]T为NED坐标系下位置；v＝[vn ve vd]T为NED坐标系下速度；bf＝[bfx bfy bfz]T和bω＝[bωx bωy bωz]T分别为加速度和陀螺仪的测量偏差。进一步，构建观测量，可选的，观测量根据参数数据可以设置为
Figure BDA0002966194350000081
其中，m、r、v分别为地磁、位置和速度的测量量；上标b、n分别代表载体坐标系和导航坐标系，位置和速度信息由GPS获取，需要说明的是，为避免磁力计信息影响到姿态估计，只使用磁力计获取的信息校正航向角。
在一个示例性实施例中，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以确定出所述目标对象的姿态延时的更新时间，包括：获取对目标观测矩阵执行目标数据融合处理的融合算法；根据所述融合算法确定所述目标观测矩阵的融合参数，以通过所述融合算法计算得到所述目标对象的姿态延时的更新时间，其中，所述融合参数包含以下至少之一：目标观测矩阵的状态转移矩阵、目标观测矩阵的协方差矩阵、目标观测矩阵的过程噪音。
简而言之，为了使得目标观测矩阵更加快速的进行融合，在确定融合算法后，确定算法对应的用于辅助运算的融合参数，进而在计算后可以快速的确定预估的目标对象的姿态延时的更新时间。
在一个示例性实施例中，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，通过目标算法对所述更新时间和所述时间间隔进行计算，以估计所述目标对象的时间同步误差，包括：在所述目标对象的接入卫星定位系统后，根据所述时间间隔确定目标对象所处位置的本地时间重置；获取卫星定位系统对于目标对象的运动状态的测量的更新时间，并融合所述本地时间重置与所述更新时间，以估计所述目标对象的时间同步误差。
在一个示例性实施例中，通过目标算法对所述更新时间和所述时间间隔进行计算，以估计所述目标对象的时间同步误差之后，所述方法还包括：根据所述时间同步误差确定所述目标对象的前向状态的估计值；在所述估计值超出预设阈值的情况下，对所述目标对象进行组合导航的时间补偿。即通过确定目标对象的前向加速度，通过计算后确定GPS数据和IMU加速度数据之间的时间同步误差的估计值，在估计值超出提前设置的不需要调整的预设阈值的范围后，根据估值的大小对目标对象进行组合导航的时间补偿，以减少时间同步误差，保证组合导航的实时性。
为了更好的理解本发明实施例以及可选实施例的技术方案，以下结合示例对上述的时间同步误差的确定方法的流程进行解释说明，但不用于限定本发明实施例的技术方案。
本发明可选实施例中提供了一种基于时间补偿的组合导航方法，如图3所示，本方法采用软件的方法对时间进行补偿。通过IMU(inertial Measurement Unit，惯性测量单元，简称IMU)获取角度和速度；磁力计获取地磁信息；GPS获取位置和速度信息。采用EKF滤波器(Extended Kalman Filter，扩展卡尔曼滤波器，简称EFK)对数据进行融合，对时间单独一个回环进行处理。
作为一种可选的实施方式，上述系统的具体运行方式如下：
步骤一、对系统进行离线校正；
步骤二、设置粗略初始时间同步误差；惯性单元使用加速度积分得到的速度与GPS获取的速度之间的时间误差，得惯性单元与GPS的速度相关性，取相关性函数的峰值为粗略初始时间同步误差。
步骤三、建立组合导航模型。
可选的，组合导航模型通过以下几步构建：
步骤1.状态量构建
设置16维的状态量x＝[q r v bf bω]T,其中q＝[q0 q1 q2 q3]T为四元数；r＝[rnre rd]T为NED(North East Down，导航坐标系，简称NED)坐标系下位置；v＝[vn ve vd]T为NED坐标系下速度；bf＝[bfx bfy bfz]T和bω＝[bωx bωy bωz]T分别为加速度和陀螺仪的测量偏差。组合导航为非线性的模型，具体可以描述为：
Figure BDA0002966194350000101
Figure BDA0002966194350000102
其中
Figure BDA0002966194350000103
为旋转矩阵，表示为式(2)；ω为旋转速率；符号上标“·”代表微分，上标“-”代表为测量量，上标“^”代表为估计量。考虑惯性传感器是具有缓慢漂移的常值，则其在预测中的微分
Figure BDA0002966194350000104
和
Figure BDA0002966194350000105
设为0。
步骤2.观测量构建
观测量
Figure BDA0002966194350000106
其中m、r、v分别为地磁、位置和速度的测量量；上标b、n分别代表载体坐标系和导航坐标系，位置和速度信息由GPS获取。为避免磁力计信息影响到姿态估计，本方法只使用磁力计获取的信息校正航向角，具体描述为：
Figure BDA0002966194350000111
Figure BDA0002966194350000112
和m n如式(3)、式(4)、式(5)和式(6)所示：
Figure BDA0002966194350000113
Figure BDA0002966194350000114
Figure BDA0002966194350000115
mn＝[sinθicosθd sinθisinθd cosθi]T (6)
式中
Figure BDA0002966194350000116
和
Figure BDA0002966194350000117
为由四元数计算得出的翻滚角和俯仰角；
Figure BDA0002966194350000118
为地磁航向角；θd和θi为磁偏角和倾角。给出观测量模型：
Figure BDA0002966194350000119
Figure BDA00029661943500001110
式(7)中xk代表16x1的状态变量；HK为观测矩阵。
步骤四、采用EKF算法对数据进行融合，公式如式(9)所示：
Figure BDA00029661943500001111
Figure BDA00029661943500001112
Figure BDA00029661943500001113
Figure BDA0002966194350000121
其中ts为惯性传感器更新时间；A为状态转移矩阵；P为协方差矩阵；Q为过程噪音。
步骤五、分离时间误差，单独成一回路，采用GFA(gain fusion algorithm)算法，对时间误差进行估计。GFA算法具体分为本地时间重置、测量更新和GPS数据融合3个部分，具体描述为：
1.本地时间重置：
Figure BDA0002966194350000122
2.测量更新：
Figure BDA0002966194350000123
3.GPS数据融合：
Figure BDA0002966194350000124
其中，i∈[1,3]代表3个导航方向N、E、D；Qf、Ri分别为过程噪声协方差和观测噪声协方差。zτi＝τi+eτ，eτ为观测误差。式(11)中γ为不同传感器的增益权重，由于导航系下3个方向考虑一样，则将γ设置为1/3；式中Vi用来隔离传感器故障，通过加速度均方差数组和相关函数R(τ)的峰值来判定，只有加速度存在，R(τ)的峰值才能代表延迟时间。当均方差和相关函数的峰值是明显时，Vi设置为1，否则为0。式(12)中m为多传感器系统模型的观测值个数。
可选的，R(τ)的表达式如式(13)所示：
Figure BDA0002966194350000125
Figure BDA0002966194350000126
式(14)为通过速度微分求取GPS的加速度
Figure BDA0002966194350000131
来计算IMU和GPS的加速度相关函数。前向状态估计将获得的参数再经过式(1)、式(2)计算，得到前向加速度
Figure BDA0002966194350000132
经过GFA算法的3个步骤，式(12)输出
Figure BDA0002966194350000133
为GPS数据和IMU加速度数据之间的时间同步误差。
步骤六、噪声白化处理；在步骤五得到的时间同步误差后，目的为了使惯性测量数据与GPS数据融合。由于加速度计和陀螺仪受到电机振动的影响，将会把高频成分带到传感器的频率普中，以上因素不满足卡尔曼滤波对假设白噪声的测量。因此基于加速度计和陀螺仪不同的噪声频谱特性，进行噪声白化处理，抑制震动导致传感器固有的白噪声的噪声频率。采用有限脉冲响应滤波器，使用式(13)方式进行补偿：
Figure BDA0002966194350000134
式(13)得出的结果
Figure BDA0002966194350000135
用于IMU的时间补偿；其中
Figure BDA0002966194350000136
和
Figure BDA0002966194350000137
分别为加速计、陀螺仪和地磁数据的补偿值；Df和Dω分别为加速计和陀螺仪噪声白化滤波的时间延迟。
通过上述实施例，通过提出了一种基于时间补偿的组合导航方法，在组合导航中对时间补偿的方法采用软件方式，将时间延迟单独设置一个回环，保证在高动态导航下具有良好的鲁棒性。基于不同系统测量计算的加速度是全球定位系统的关键，而单独使用惯性单元得到的数据会有误差积累，因此本方法提出一种闭环反馈滤波器，同时对时间同步误差、姿态和加速度进行估计。对时间单独采用一个环路估计延时，可以减少在GPS更新速率相对较低时，方程线性化和离散化的误差，也保证了系统的实时性。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
在本实施例中还提供了一种时间同步误差的确定装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图4是根据本发明实施例的时间同步误差的确定装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：
获取模块42，用于确定目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；
计算模块44，用于获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以确定出所述目标对象的姿态延时的更新时间；
确定模块46，用于获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差。
通过上述技术方案，获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差，即通过获取观测量后，对数据进行融合，对时间同步误差、姿态和加速度进行估计，对时间单独一个回环进行处理，解决了相关技术中，对于时间同步误差的确定方式繁琐，使用不便，需要进行大量计算等问题，将时间延迟单独设置一个回环，保证在高动态导航下具有良好的鲁棒性，可以减少在GPS更新速率相对较低时，方程线性化和离散化的误差，也保证了组合导航系统的实时性。
需要说明的是，导航姿态是指目标对象处于高动态下，惯性测量单元、磁力计、GPS等目标对象上的单元进行正常工作的状态，姿态延时是指预先设置的粗略初始时间同步误差，即惯性测量单元使用加速度积分得到的速度与GPS获取的速度之间的时间误差，得惯性测量单元与GPS的速度相关性，以取得相关性函数的峰值为粗略初始时间同步误差。
在一个示例性实施例中，上述装置还包括：第一补偿模块，用于获取所述目标对象在运动中的白噪声的噪声频率；根据所述噪声频率从预设补偿列表中确认所述目标对象的姿态延时的补偿值；根据所述补偿值对更新时间进行误差补偿。
简而言之，由于目标对象上存在的用于获取目标对象观测量的加速度计和陀螺仪受到电机振动的影响，将会把高频成分带到传感器的频率谱中，进而使得确定出的目标对象的观测量中存在一定的震动导致传感器固有的白噪声，为了保证确定出的时间同步误差中时受白噪声的影响尽可能小，通过有限脉冲响应滤波器对白噪声进行处理，并结合从预设补偿列表中确定的观测量中加速计、陀螺仪和地磁数据的补偿值，进而在滤波后减少白噪声引起的时间延迟。
在一个示例性实施例中，上述获取模块，还用于获取观测量对应的参数数据，其中，所述参数数据用于描述目标对象的运动状态；确定在目标时间段内采集的所述参数数据的变化数值；根据所述变化数值确定所述目标对象的观测量。
例如，设置16维的状态量x＝[q r v bf bω]T,其中q＝[q0 q1 q2 q3]T为四元数；r＝[rn re rd]T为NED坐标系下位置；v＝[vn ve vd]T为NED坐标系下速度；bf＝[bfx bfy bfz]T和bω＝[bωx bωy bωz]T分别为加速度和陀螺仪的测量偏差。进一步，构建观测量，可选的，观测量根据参数数据可以设置为
Figure BDA0002966194350000161
其中，m、r、v分别为地磁、位置和速度的测量量；上标b、n分别代表载体坐标系和导航坐标系，位置和速度信息由GPS获取，需要说明的是，为避免磁力计信息影响到姿态估计，只使用磁力计获取的信息校正航向角。
在一个示例性实施例中，上述计算模块，还用于获取对目标观测矩阵执行目标数据融合处理的融合算法；根据所述融合算法确定所述目标观测矩阵的融合参数，以通过所述融合算法计算得到所述目标对象的姿态延时的更新时间，其中，所述融合参数包含以下至少之一：目标观测矩阵的状态转移矩阵、目标观测矩阵的协方差矩阵、目标观测矩阵的过程噪音。
简而言之，为了使得目标观测矩阵更加快速的进行融合，在确定融合算法后，确定算法对应的用于辅助运算的融合参数，进而在计算后可以快速的确定预估的目标对象的姿态延时的更新时间。
在一个示例性实施例中，上述确定模块，还用于在所述目标对象的接入卫星定位系统后，根据所述时间间隔确定目标对象所处位置的本地时间重置；获取卫星定位系统对于目标对象的运动状态的测量的更新时间，并融合所述本地时间重置与所述更新时间，以估计所述目标对象的时间同步误差。
在一个示例性实施例中，上述装置还包括：第二补偿模块，用于根据所述时间同步误差确定所述目标对象的前向状态的估计值；在所述估计值超出预设阈值的情况下，对所述目标对象进行组合导航的时间补偿。即通过确定目标对象的前向加速度，通过计算后确定GPS数据和IMU加速度数据之间的时间同步误差的估计值，在估计值超出提前设置的不需要调整的预设阈值的范围后，根据估值的大小对目标对象进行组合导航的时间补偿，以减少时间同步误差，保证组合导航的实时性。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S1，获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；
S2，获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；
S3，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
在一个示例性实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；
S2，获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；
S3，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种时间同步误差的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；
获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以得到所述目标对象的姿态延时的更新时间；
获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差；
其中，所述组合导航矩阵为全球卫星导航系统和惯性导航系统组成的组合导航对应的处理矩阵；
所述对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以确定出所述目标对象的姿态延时的更新时间，包括：
获取对目标观测矩阵执行目标数据融合处理的融合算法；
根据所述融合算法确定所述目标观测矩阵的融合参数，以通过所述融合算法计算得到所述目标对象的姿态延时的更新时间，其中，所述融合参数包含以下至少之一：目标观测矩阵的状态转移矩阵、目标观测矩阵的协方差矩阵、目标观测矩阵的过程噪音；
所述获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差，包括：
在所述目标对象的接入卫星定位系统后，根据所述时间间隔确定目标对象所处位置的本地时间重置；
获取卫星定位系统对于目标对象的运动状态的测量的更新时间，并融合所述本地时间重置与所述更新时间，以估计所述目标对象的时间同步误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差之后，所述方法还包括：
获取所述目标对象在运动中的白噪声的噪声频率；
根据所述噪声频率从预设补偿列表中确认所述目标对象的姿态延时的补偿值；
根据所述补偿值对更新时间进行误差补偿。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标对象的观测量，包括：
获取观测量对应的参数数据，其中，所述参数数据用于描述目标对象的运动状态；
确定在目标时间段内采集的所述参数数据的变化数值；
根据所述变化数值确定所述目标对象的观测量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差之后，所述方法还包括：
根据所述时间同步误差确定所述目标对象的前向状态的估计值；
在所述估计值超出预设阈值的情况下，对所述目标对象进行组合导航的时间补偿；
其中，所述时间补偿为通过以下公式确定所述组合导航对应的时间补偿
Figure FDA0003621557280000036
Figure FDA0003621557280000031
其中，所述
Figure FDA0003621557280000032
为加速计的补偿值，所述
Figure FDA0003621557280000033
为陀螺仪的补偿值，所述
Figure FDA0003621557280000034
为地磁数据的补偿值，所述Df为加速计噪声白化滤波的时间延迟，所述Dω为陀螺仪噪声白化滤波的时间延迟，所述
Figure FDA0003621557280000035
用于惯性测量单元的时间补偿。
5.一种时间同步误差的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于确定目标对象的观测量，其中，所述观测量用于指示所述目标对象进入导航姿态后的坐标信息与运动状态的测量值；
计算模块，用于获取预设的目标对象的组合导航矩阵，通过所述组合导航矩阵对所述观测量进行计算，以确定出目标观测矩阵，对所述目标观测矩阵执行目标数据融合处理，以确定出所述目标对象的姿态延时的更新时间；其中，所述组合导航矩阵为全球卫星导航系统和惯性导航系统组成的组合导航对应的处理矩阵；
确定模块，用于获取所述目标对象的接入卫星定位系统的时间间隔，根据所述更新时间和所述时间间隔确定所述目标对象的时间同步误差；
所述计算模块，还用于获取对目标观测矩阵执行目标数据融合处理的融合算法；根据所述融合算法确定所述目标观测矩阵的融合参数，以通过所述融合算法计算得到所述目标对象的姿态延时的更新时间，其中，所述融合参数包含以下至少之一：目标观测矩阵的状态转移矩阵、目标观测矩阵的协方差矩阵、目标观测矩阵的过程噪音；
所述确定模块，还用于在所述目标对象的接入卫星定位系统后，根据所述时间间隔确定目标对象所处位置的本地时间重置；获取卫星定位系统对于目标对象的运动状态的测量的更新时间，并融合所述本地时间重置与所述更新时间，以估计所述目标对象的时间同步误差。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：补偿模块，用于获取所述目标对象在运动中的白噪声的噪声频率；根据所述噪声频率从预设补偿列表中确认所述目标对象的姿态延时的补偿值；根据所述补偿值对更新时间进行误差补偿。
7.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述权利要求1至4任一项中所述的方法。
8.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行所述权利要求1至4任一项中所述的方法。
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