基于卫星PPS的GPS/INS组合导航系统时钟误差修正方法

摘要

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组合导航系统时钟误差修正方法。本发明的方法利用GPS原子钟等级时钟修正INS系统时钟，解决了现有技术中GPS/INS组合导航系统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，使组合系统获得较高的导航定位精度。

说明书

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 组合导航系统时钟误差修正方法。

背景技术

GPS卫星接收机是接收全球定位系统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系统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惯性导航系统通过惯性传感器加速度计以及陀螺仪测量出系统加速 度以及角速度来确定系统位置信息的一种导航系统。INS惯性导航系统在初 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组合导航系统保持了INS惯性导航系统的自主性、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组合导航系统，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系统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。在往常的系统设计中仅仅把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系统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组合导航系统存 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组合导航系统时钟误差修正方法，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组合导航系统时钟误差修正方 法，利用GPS（原子钟等级）时钟修正INS系统时钟，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，使组合系统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组合导航系统时钟误差修 正方法流程示意图；

图2为PPS补偿导航系统时间误差时序图。

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 航系统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组合导航系统时钟 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。