CN103576178B - 基于卫星pps的gps/ins组合导航***时钟误差修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法。本发明的方法利用GPS原子钟等级时钟修正INS***时钟，解决了现有技术中GPS/INS组合导航***存在时钟误差的技术问题，将INS时间的短期稳定度和GPS时间的长期稳定度结合起来，使组合***获得较高的导航定位精度。

Description

基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法
技术领域
本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法。
背景技术
GPS卫星接收机是接收全球定位***卫星信号并确定地面空间位置以及接收GPS卫星提供的高精度（原子钟等级）时间标准进行授时的仪器。卫星PPS信号为同步秒脉冲信号，常用其上升沿时刻来指示整秒时刻以及对应的国际协调时间UTC。GPS***能够实时提供高精度的三维位置、三维速度及时间等导航信息，在诸多领域应用日益广泛，但GPS接收机高动态条件下，卫星信号容易失锁，动态适应能力较差，而且易受人为与非人为干扰、外界信号遮挡等环境影响。
INS惯性导航***通过惯性传感器加速度计以及陀螺仪测量出***加速度以及角速度来确定***位置信息的一种导航***。INS惯性导航***在初始对准后完全处于自主状态，可消除外界环境的影响，但存在陀螺仪和加速度计误差和重力场模型误差，而使得给出位置中的误差随时间增长。
GPS／INS组合导航***保持了INS惯性导航***的自主性、隐蔽性及信息全面、频带宽等特有优点，又克服了其导航误差随时间累积的缺点，特别是当运载体在高动态环境下，也能获得较高的导航定位精度。
常见GPS／INS组合导航***，由于GPS和INS各自内部时钟频率标准不同，以及各自时钟的稳定度以及准确度不同，如何使GPS和INS时间同步以获得高精度的导航定位数据，是本领域亟需解决的问题。
一般情况下，GPS接收机的数据更新频率为1～10Hz，INS的数据更新频率则可达到l00Hz以上，INS***的频标准确性以及稳定性大概在1ppm量级，其1s定时误差在1us左右。在往常的***设计中仅仅把GPS与INS时钟同步到INS更新周期内（如5ms），而未进一步提高同步精度，同时也未考虑INS***频标准确性以及稳定性，难以实现高精度导航。
发明内容
本发明需要解决的技术问题为：现有技术中的GPS/INS组合导航***存在时钟误差，难以实现高精度导航。
本发明的技术方案如下所述：
一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法，包括以下步骤：
步骤1
对INS温度补偿石英晶体振荡器的CLKINS时钟信号进行计数，每接收到a个INS的CLKINS时钟信号，产生一个SAM信号，即SAM信号的周期为a个CLKINS时钟信号周期；
步骤2
在CLKINS时钟信号下检测PPS信号与SAM信号的时间间隔：PPS信号到来时刻开始对CLKINS时钟信号计数，与上述PPS信号最近的SAM信号到来时刻结束对CLKINS时钟信号计数；对先后相继到来的两个PPS信号进行检测，上述时间间隔依次为N1、N2；
步骤3
对先后相继到来的两个PPS信号间的SAM信号计数，当计数结果为M时进行步骤4，
步骤4
当计数结果到达M时，下一个SAM信号的周期为b个CLKINS时钟信号周期，b=a-（N2-N1）；在这个被修正周期的SAM信号之后产生的SAM信号周期仍为a个CLKINS时钟信号周期；之后，返回步骤2，实现持续侧时钟误差修正。
作为优选方案，a=5000，M=200。
本发明的有益效果为：
本发明的一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法，利用GPS（原子钟等级）时钟修正INS***时钟，将INS时间的的短期稳定度和GPS时间的长期稳定度结合起来，使组合***获得较高的导航定位精度。
附图说明
图1为本发明的一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法流程示意图；
图2为PPS补偿导航***时间误差时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法，包括以下步骤：
步骤1
采用计数器T1对INS温度补偿石英晶体振荡器的CLKINS时钟信号进行DIV计数，每接收到a个INS的CLKINS时钟信号，计数器T1产生一个SAM信号，即SAM信号的周期为a个CLKINS时钟信号周期。
步骤2
如图2所示，计数器T2接收INS温度补偿石英晶体振荡器的CLKINS时钟信号、GPS发送的PPS信号和计数器T1产生的SAM信号，并在CLKINS时钟信号下检测PPS信号与SAM信号的时间间隔：PPS信号到来时刻计数器T2开始对CLKINS时钟信号计数，与上述PPS信号最近的SAM信号到来时刻计数器T2结束对CLKINS时钟信号计数。对先后相继到来的两个PPS信号进行检测，上述时间间隔依次为N1、N2。
步骤3
计数器T3接收GPS发送的PPS信号和计数器T1产生的SAM信号，对先后相继到来的两个PPS信号间的SAM信号计数，当计数结果为M时进行步骤4，以保证CLKINS时钟信号的误差值在1秒内被修正。
步骤4
修正计数器T1产生下一个SAM信号的周期，下一个SAM信号的周期为b个CLKINS时钟信号周期，b=a-（N2-N1）。在这个被修正周期的SAM信号之后，计数器T1产生的SAM信号周期仍为a个CLKINS时钟信号周期。之后，返回步骤2，实现持续侧时钟误差修正。
步骤2中，存储N1、N2可以通过所存电路实现；步骤4中，修正计数器T1可以通过DIV分频控制电路实现。
本实施例中，a=5000，N1=2，N2=3，M=200，b=5000-（3-2）=4999。

Claims (2)

1.一种基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1
对INS温度补偿石英晶体振荡器的CLKINS时钟信号进行计数，每接收到a个INS的CLKINS时钟信号，产生一个SAM信号，即SAM信号的周期为a个CLKINS时钟信号周期；
步骤2
在CLKINS时钟信号下检测PPS信号与SAM信号的时间间隔：PPS信号到来时刻开始对CLKINS时钟信号计数，与上述PPS信号最近的SAM信号到来时刻结束对CLKINS时钟信号计数；对先后相继到来的两个PPS信号进行检测，上述时间间隔依次为N1、N2个CLKINS时钟信号周期；
步骤3
对先后相继到来的两个PPS信号间的SAM信号计数，当计数结果为M时进行步骤4，
步骤4
当计数结果到达M时，下一个SAM信号的周期为b个CLKINS时钟信号周期，b＝a-(N2-N1)；在这个被修正周期的SAM信号之后产生的SAM信号周期仍为a个CLKINS时钟信号周期；之后，返回步骤2，实现持续侧时钟误差修正。
2.根据权利要求1所述的基于卫星PPS的GPS/INS组合导航***时钟误差修正方法，其特征在于：a＝5000，M＝200。
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