[发明专利]一种位置和姿态测量系统的软件时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置和姿态测量系统(Position and Orientation System，POS)的软件时间同步方法，属于遥感信息获取领域，用于位置和姿态测量系统数据及外部事件的时间同步。

背景技术

位置和姿态测量系统由POS导航计算机(POS Computer System，PCS)、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)和GPS接收机等构成。PCS首先获取IMU输出的角速度、加速度，GPS接收机输出的速度、位置，以及其它辅助传感器输出的辅助信息，如温度、姿态等数据，然后PCS进行数据融合处理获得载体高精度的运动信息，提供给应用载荷使用。

对于在不同时刻获取的数据进行融合处理是没有意义的，所以位置和姿态测量系统在工作过程中必须保证各部分数据在获取时间上的一致性，也就是要解决各部分独立工作的POS系统同时获取满足数据融合处理算法对数据时间一致性要求的问题，这样从各传感器获取的数据对位置和姿态测量系统才具有应用价值，整个POS系统数据的时间同步精度越高，最终获得的导航信息精度越高。

所谓的软件时间同步是以与世界协调时(Coordinate Universal Time，UTC)秒点高精度对齐的GPS秒脉冲作为时间基准，通过软件方法对PCS系统时钟进行实时标定以及通过软件参数实时控制调整IMU等分系统的系统运行时间，使其统一工作于UTC时间，实现位置和姿态测量系统时间的整体同步。

现有的位置和姿态测量系统时间同步方法(公开号1：CN101105401，公开号2：CN101067656)通过利用GPS秒脉冲对系统时钟进行重置或以GPS秒脉冲为基准生成时间同步脉冲实现系统的时间同步，没有解决两个GPS秒脉冲间隔内因系统时钟漂移导致短期时间同步精度下降进而导致系统时间同步总体精度不够高的问题，而且其时间同步误差在短时间内总是向同一方向累积使得系统时间同步误差出现锯齿状跳变现像。针对位置和姿态测量系统的测量特性对时间同步精度要求很高的问题，在克服系统时钟漂移不随时间长期累积的同时，也要考虑两个GPS秒脉冲间隔内因系统时钟漂移误差导致时间同步精度下降的问题，由于在两个GPS秒脉冲时间间隔内没有时间基准，所以必须提出一种能够同时提高两个GPS秒脉冲间隔内的时间同步精度而且时间同步误差均匀围绕真值变化的时间同步方法进而提高系统总体时间同步精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可实时同步位置和姿态测量系统时间并修正系统时钟漂移，且时间同步精度高、抗干扰能力强的位置和姿态测量系统的软件时间同步方法。

本发明的技术解决方案是：一种位置和姿态测量系统的软件时间同步方法，实现步骤如下：

(1)在PCS中根据GPS秒脉冲及其UTC时间数据和时间计数器将PCS时间同步到UTC时间；

(2)PCS利用GPS秒脉冲、时间计数器和IMU发送给PCS的数据采集时间同步脉冲计算出IMU的时间误差修正量，并通过串口向IMU发送时间误差修正命令；

(3)IMU响应PCS发来的误差修正命令，根据接收到的时间误差修正量，对其数据采集脉冲时钟分频周期进行修正，实现IMU时间与UTC时间的同步；

(4)IMU利用其与UTC时间同步的数据采集脉冲，对陀螺仪、加速度计和其它辅助传感器进行数据采集，使位置和姿态测量系统中GPS接收机、IMU和其它辅助传感器数据统一于UTC时间，实现位置和姿态测量系统中所有数据的时间同步；

(5)判断POS工作是否结束，如果不是，则继续执行步骤(1)至步骤(4)，直到结束。

所述步骤(1)中将PCS时间同步到UTC时间的步骤如下：

(a)在PCS当中设置一时间计数器，作为内部时间差计算的依据并用于记录每一次GPS秒脉冲到来时间；

(b)当获得与UTC秒点高精度对齐的GPS秒脉冲后，时间计数器清零，且根据两次GPS秒脉冲时间间隔内的时间计数器数值增量实时标定出PCS的系统时钟漂移率，获取PCS的系统时钟周期误差，然后根据PCS获得的与GPS秒脉冲对应的UTC时间数据及时间计数器的数值计算任一PCS系统事件发生时间直至下一GPS秒脉冲到来；