微型定位导航授时系统技术方案

本发明专利技术提出一种微型定位导航授时系统，包括：芯片原子钟、微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机，其中，芯片原子钟用于为微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机提供时钟信号，并辅助全球卫星定位系统软件接收机进行导航定位运算，以及根据全球卫星定位系统软件接收机发送的校正信号进行校正；微惯性测量单元用于根据时钟信号测量被测目标的运动信息，其中，运动信息包括加速度和角速度；全球卫星定位系统软件接收机用于接收全球卫星定位系统发出的定位信号，并根据定位信号、被测目标的运动信息进行导航定位运算，以得到定位、导航与授时信息。本发明专利技术的系统具有PNT服务鲁棒性高、精度高、抗干扰性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
微型定位导航授时系统
本专利技术涉及定位导航授时
，特别涉及一种微型定位导航授时系统。
技术介绍
定位、导航和时间(Positioning，NavigationandTiming，PNT)是描述时间和空间的关键技术。随着时代的发展，人类对PNT的依赖超过了任何历史时期。PNT技术服务于国民经济、国家安全和军事领域，是综合国力和国际地位的战略标志。美国、俄罗斯、欧盟以及中国等都先后制定了国家PNT发展规划，建立和完善本国的PNT体系。军事领域是PNT技术最重要的应用方向，是PNT技术的最主要动力来源，牵引PNT技术发展。PNT服务的战场主体包括装备(飞机、舰船、战车等)、武器(导弹、炮弹等)、人员(士兵、指战员等)等。定位功能为战场主体提供精确和精密的二维或三维位置、方向；导航功能为战争主体提供现行的位置和所希望的位置，矫正航向、速度信息，到达目标地；授时功能为战场主体提供公共时间基准，使其获得并保持精确和精密时间。由于军事斗争的严酷性，应用于军事领域的PNT技术在可用性、准确度、精密度、完好性、安全性和实效性等方面有着特殊的要求，必须适应战场环境。全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)是应用最广泛的PNT技术，各国已经建设了多种基于GNSS的PNT系统，比如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo以及中国的北斗，实现不同精度和覆盖范围的定位导航和授时服务。然而，GNSS的缺点在于易受遮挡、干扰以及数据刷新率低。惯性导航系统建立在牛顿经典力学定律的基础之上，利用加速度计和陀螺仪通过坐标变换和积分算法确定载体的位置、速度和姿态。惯性导航系统一旦获取运载体初始位置之后，不需要从运载体传送信号或者接收信号，即可通过自身系统完成导航定位功能，具有非常优异的自主性和隐蔽性。MEMS惯性测量组合(MIMU)固结于载体，构成捷联惯性导航系统(SINS)，然而SINS具有误差积累的缺点。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种微型定位导航授时系统，该系统具有PNT服务鲁棒性高、精度高、抗干扰性强的优点。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种微型定位导航授时系统，其特征在于，包括：芯片原子钟、微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机，其中，所述芯片原子钟用于为所述微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机提供时钟信号，并辅助所述全球卫星定位系统软件接收机进行导航定位运算，以及根据所述全球卫星定位系统软件接收机发送的校正信号进行校正；所述微惯性测量单元用于根据所述时钟信号测量被测目标的运动信息，其中，所述运动信息包括加速度和角速度；所述全球卫星定位系统软件接收机用于接收全球卫星定位系统发出的定位信号，并根据所述定位信号、所述被测目标的运动信息进行导航定位运算，以得到定位、导航与授时信息。根据本专利技术实施例的微型定位导航授时系统，芯片原子钟CSAC、微惯性测量单元MIMU与全球卫星定位系统软件接收机SDR之间深度耦合，并通过组合滤波方法提供鲁棒的定位、导航和时间信息。该系统具有PNT服务鲁棒性高、精度高、抗干扰性强的优点，适用于对PNT服务鲁棒性、精度、抗干扰性要求高的场合，例如飞机、火箭、车辆、行人等。另外，根据本专利技术上述实施例的微型定位导航授时系统还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述全球卫星定位系统软件接收机包括：射频前端，所述射频前端用于对所述定位信号进行放大、滤波、变频和采集；数字信号处理器，所述数字信号处理器用于实现信号捕获、跟踪、导航电文提取、定位解算及组合滤波功能。在一些示例中，所述微惯性测量单元包括：三轴正交的微电机系统加速度计和三轴正交的微电机系统陀螺仪；三轴正交结构，所述三轴正交的微机电系统加速度计和三轴正交的微机电系统陀螺仪分别设置在所述三轴正交结构上；处理电路，所述处理电路用于进行数据采集和标定补偿，其中，所述微惯性测量单元用于将所述三轴正交的微电机系统加速度计和三轴正交的微电机系统陀螺仪组合，以得到被测目标的加速度和角速度。在一些示例中，所述微惯性测量单元还用于通过所述加速度和角速度预测所述软件接收机的射频信号的多普勒频移和多普勒频移变化率。在一些示例中，所述微惯性测量单元还用于辅助所述全球卫星定位系统软件接收机进行信号跟踪。在一些示例中，所述芯片原子钟为基于CPT原理的被动型原子钟。在一些示例中，所述加速度和角速度通过如下公式表示：其中，为加速度矢量，为角速度矢量。在一些示例中，所述全球卫星定位系统软件接收机发送的校正信号为1PPS信号。在一些示例中，所述芯片原子钟基于线性最优估计原则辅助所述全球卫星定位系统软件接收机进行导航定位运算。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的微型定位导航授时系统的结构框图；图2是根据本专利技术一个实施例的全球卫星定位系统软件接收机的结构框图；图3是根据本专利技术一个实施例的微惯性测量单元的结构框图；图4是根据本专利技术一个实施例的微型定位导航授时系统的耦合关系示意图；以及图5是根据本专利技术一个实施例的微型定位导航授时系统的工作流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。以下结合附图描述根据本专利技术实施例的微型定位导航授时系统。该系统100可用于提供运动载体例如导弹、飞机、车辆、人员等的定位导航与时间信息。图1是根据本专利技术一个实施例的微型定位导航授时系统的结构框图。如图1所示，该系统100包括：芯片原子钟(ChipScaleAtomicClock，CSAC)101、微惯性测量单元(MicroInertialMeasurementUnit，MIMU)103和全球卫星定位系统软件接收机(SoftDefinedReceiver，SDR)102。其中，需要说明的是，在具体实施过程中，芯片原子钟101、微惯性测量单元103和全球卫星定位系统软件接收机102可以制造于同一印刷电路板，也可以以任意方式组合，例如芯片原子钟101与微惯性测量单元103在同一印刷电路板，而全球卫星定位系统软件接收机102在另一印刷电路板，它们之间通过低损耗线缆连接。通常情况下，芯片原子钟101和微惯性测量单元103被设置在同一印刷电路板，全球卫星定位系统软件接收机102利用线缆与芯片原子钟101和微惯性测量单元103所在的电路板连接。在一些示例中，芯片原子钟101的时钟信号例如为但不限于10MHz。如果芯片原子钟101与微惯性测量单元103未被设置在同一印刷电路板，那么，芯片原子钟101的时钟信号需以尽可能短的同轴电缆与103连接。具体地说，芯片原子钟101用于为微惯性测量单元103和全球卫星定位系统软件接收机102提供时钟信号，并辅助全球卫星定位系统软件接收机102进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型定位导航授时系统，其特征在于，包括：芯片原子钟、微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机，其中，所述芯片原子钟用于为所述微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机提供时钟信号，并辅助所述全球卫星定位系统软件接收机进行导航定位运算，以及根据所述全球卫星定位系统软件接收机发送的校正信号进行校正；所述微惯性测量单元用于根据所述时钟信号测量被测目标的运动信息，其中，所述运动信息包括加速度和角速度；所述全球卫星定位系统软件接收机用于接收全球卫星定位系统发出的定位信号，并根据所述定位信号、所述被测目标的运动信息进行导航定位运算，以得到定位、导航与授时信息。

【技术特征摘要】
1.一种微型定位导航授时系统，其特征在于，包括：芯片原子钟、微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机，所述芯片原子钟、微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机之间存在强耦合关系，其中，所述芯片原子钟用于为所述微惯性测量单元和全球卫星定位系统软件接收机提供时钟信号，并辅助所述全球卫星定位系统软件接收机进行导航定位运算，以及根据所述全球卫星定位系统软件接收机发送的校正信号进行校正，其中，所述芯片原子钟为基于CPT原理的被动型原子钟；所述微惯性测量单元用于根据所述时钟信号测量被测目标的运动信息，其中，所述运动信息包括加速度和角速度，所述微惯性测量单元还用于通过所述加速度和角速度预测所述全球卫星定位系统软件接收机的射频信号的多普勒频移和多普勒频移变化率；所述全球卫星定位系统软件接收机用于接收全球卫星定位系统发出的定位信号，并根据所述定位信号、所述被测目标的运动信息进行导航定位运算，以得到定位、导航与授时信息。2.根据权利要求1所述的微型定位导航授时系统，其特征在于，所述全球卫星定位系统软件接收机包括：射频前端，所述射频前端用于对所述定位信号进行放大、滤波、变频和采集；数字信号处理器，所述数字信号处理器用于实现信号捕获、跟踪、导航电...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤政，马林，李滨，周斌，邢飞，韩润奇，郑伦贵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11