[发明专利]一种位置和姿态测量系统的软件时间同步方法

权利要求书

1.一种位置和姿态测量系统的软件时间同步方法，其特征在于步骤如下：

(1)在POS导航计算机中利用GPS秒脉冲、世界协调时时间数据和时间计数器将POS导航计算机时间同步到世界协调时；

(2)在POS导航计算机中利用GPS秒脉冲、IMU发送给POS导航计算机的数据采集时间同步脉冲和时间计数器，计算IMU时间误差修正量，然后由POS导航计算机向IMU发送时间误差修正命令；

(3)IMU响应POS导航计算机发来的时间误差修正命令，对IMU的数据采集脉冲时钟分频周期进行修正，完成IMU时间与世界协调时的同步；

(4)IMU利用其与世界协调时同步的数据采集脉冲对陀螺仪、加速度计等传感器进行数据采集，使POS中GPS接收机、IMU和其它传感器如温度传感器数据的获取时间统一于世界协调时，实现位置和姿态测量系统数据的整体时间同步；

(5)判断POS工作是否结束，如果没有结束，则继续执行步骤(1)至步骤(4)，直至结束。

2.根据权利要求1所述的位置和姿态测量系统的软件时间同步方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述的将POS导航计算机时间同步到世界协调时的实现步骤如下：

a.由POS导航计算机内部的时间计数器记录GPS秒脉冲到来时间；

b.在POS导航计算机内以连续两个GPS秒脉冲时间间隔为基准，根据该时间段内时间计数器数值增量计算出POS导航计算机系统时钟的漂移率，实时标定出POS导航计算机的系统时钟误差，使得后续时间同步过程中POS导航计算机各部分因时钟漂移导致的时间同步误差最小，假设POS导航计算机系统时钟标称频率为f，在连续的两个GPS秒脉冲时间间隔内时间计数器的增量为n，则POS导航计算机系统时钟周期误差计算公式为：1000000×(n-f)/(n×f)，单位为：微秒；

c.由POS导航计算机的时间计数器记录POS导航计算机系统事件发生时刻，然后根据时间计数器的数值及POS导航计算机系统时钟误差计算POS导航计算机系统事件发生时刻相对于GPS秒脉的时间差，进而根据GPS秒脉冲对应的世界协调时数据计算获得POS导航计算机系统事件时间，实现POS导航计算机时间与世界协调时的同步；

d.在GPS秒脉冲到来时，将前一个GPS秒脉冲对应的世界协调时数据加上两个GPS秒脉冲之间的绝对时间间隔，即获得当前GPS秒脉冲的世界协调时数据。

3.根据权利要求1所述的位置和姿态测量系统的软件时间同步方法，其特征在于：所述步骤(2)中IMU时间误差修正量的计算过程如下：假设当IMU的数据采集时钟分频周期为a时相应的数据采集脉冲时间长度短于GPS秒脉冲，当IMU的数据采集时钟分频周期为a+1时相应的数据采集脉冲时间长度长于GPS秒脉冲，则POS导航计算机通过时间计数器获取GPS秒脉冲与IMU发来的数据采集时间同步脉冲的时间差，然后POS导航计算机根据该时间差计算出IMU的数据采集脉冲时钟分频周期分别为a的个数和a+1的个数，以便在下一个GPS秒脉冲到来时IMU的数据采集时间同步脉冲与GPS秒脉冲对齐，时间差为零，根据当前的IMU时钟分频周期及计算出的时钟分频周期可获得IMU的数据采集脉冲时钟分频周期误差，即IMU的时间误差修正量。

4.根据权利要求1所述的位置和姿态测量系统的软件时间同步方法，其特征在于：所述步骤(3)中对IMU的数据采集脉冲时钟分频周期进行修正过程如下：IMU在接收到POS导航计算机通过串口发来的时间误差修正量后自行对其下一阶段的数据采集脉冲时钟分频周期进行修正，具体可分为两种模式，第一种为当数据采集脉冲时钟分频周期为a的个数大于分频周期为a+1的个数时，应当根据分频周期为a的个数相对于分频周期为a+1个数的整数倍而交替修正数据采集脉冲的时钟分频周期，使得时钟分频周期为a的个数是时钟分频周期为a+1个数的整数倍且两者均匀出现在下一阶段的整个时钟分频过程；第二种模式为当数据采集脉冲时钟分频周期为a的个数小于分频周期为a+1的个数时，处理方法与第一种模式相反；在保证IMU时钟漂移误差累积时间最短的同时实现IMU时间与世界协调时的同步。