[发明专利]一种SDINS/GPS组合导航系统时间同步及同步数据提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种SDINS(捷联惯性导航系统Strapdown INS)/GPS组合导航系统时间同步及同步数据提取方法，属于组合导航技术领域，适用于以脉冲方式输出的惯性测量单元组成的SDINS和GPS组合导航系统，同步精度高，实时性好。

背景技术

SDINS/GPS组合导航系统采用数据融合方法进行信息融合，以提高系统的整体导航精度。而在进行信息融合时，必须保证来自SDINS和GPS的导航信息是同一时刻的数据，即首先要求解决两个子系统的数据同步问题。而SDINS和GPS两个子系统采用的是独立的时间系统：SDINS中IMU具有自己的频标，在实际使用中由于温度特性等因素的影响，SDINS的频标还会出现漂移，而GPS采用协调世界时UTC时间，并且两者的数据更新率也不一样，GPS的更新率通常为1Hz，而SDINS的更新率一般大于20HZ，二者的导航信息在时间上不同步，为使二者在时间上同步，一般采用软硬件结合的时间同步方法。

当前软硬件结合的时间同步方法常采用1PPS脉冲触发CPU中断，利用CPU定时器测量GPS的1PPS后的第一个SDINS数据与1PPS的时间间隔，根据SDI NS固定的更新周期与该时间间隔作差，便得到1PPS前一个SDINS数据与1PPS的时间间隔，然后通过插值处理或多项式拟合得到在GPS的1PPS时间点上的SDINS数据，这种方法缺点是每次同步都需要CPU参与，进行数据处理，从而占用较多的CPU时间，增加CPU的任务量，且动态性越大，同步精度越低。中国专利申请200710099611.6所述的一种位置姿态系统的硬件时间同步方法，以1PPS为中断信号，采用CPU定时器产生与1PPS同步的采样时钟，实现数据采集与1PPS同步，该方法在同步过程中同样始终需要CPU参与，由CPU控制数据采集，增加了CPU的任务量。这两种方法都采用1PPS向CPU申请中断，由于CPU响应外部中断本身具有一定的延迟，限制了同步精度。

发明内容

本发明的目的是：针对SDINS/GPS组合导航系统在作数据融合时，必须保证来自两个系统的数据同步的问题，提供一种SDINS/GPS组合导航系统时间同步及同步数据提取方法，本发明采用硬件同步，时间同步精度高，稳定性好，为组合导航解算提供高精度同步数据，且实时性好，提高了组合导航系统整体性能。

本发明的技术解决方案是：一种SDINS/GPS组合导航系统时间同步及同步数据提取方法，其特点在于步骤如下：

①以GPS接收机的1PPS秒脉冲前沿为基准，在FPGA中分频生成周期为2秒、50％占空比的周期信号T_2S。

②根据IMU采样频率的要求，以导航系统时钟T_B为基频，当T_2S为高电平时，分频产生IMU采样时钟T_S，当T_2S为低电平时，重新分频产生IMU采样时钟T_S，实现IMU数据采样与1PPS同步，从而实现IMU数据与GPS数据同步，当GPS接收机失锁导致1PPS不可用时，T_2S保持前一个1PPS处的电平，仍以导航系统时钟T_B为基准，分频产生采样时钟信号T_S，当1PPS恢复正常时，T_2S恢复为正常的周期信号，实现IMU数据采样与1PPS再次同步，重新实现IMU数据与GPS数据同步。

③在FPGA中通过计数器对IMU脉冲信号进行采样，其方法为：对每一路IMU脉冲信号采用两个计数器交替计数，第一计数器在T_S上升沿开始在T_S前半周期内对IMU脉冲计数，在T_S下降沿，第一计数器停止计数，完成一次采样，同时第二计数器开始在T_S后半周期对同一路IMU脉冲信号计数，在T_S上升沿，第二计数器停止计数，完成第二次采样，同时第一计数器开始对IMU脉冲计数，如此交替计数；每次采样完毕保存数据，产生DSP外部中断，然后计数器复位，准备下次计数，第一计数器的数据保存和复位在T_S后半周期内完成，第二计数器的数据保存和复位在T_S前半周期内完成，该方法保证同步数据读取的可靠性；通过采样计数器对T_S上升沿计数，记录每秒内IMU采样次数，该计数器在1PPS脉冲前沿复位。在每完成一次IMU数据采样时，将包头、IMU采样数据、当前采样次数存为一个IMU数据包，数据包大小根据IMU输出的脉冲路数和最大输出频率确定，其中包头用于导航计算机识别数据包类型，将该数据包存于FPGA的双口RAM。该方法较之采用一路计数器提高了数据读取的可靠性，且计数器复位为多线程机制，不但复位可靠而且不会由于复位而损失IMU信息，从而提高了采样精度。