一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法技术

本发明专利技术涉及天文导航技术领域，尤其是一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法，包括解算系统和解算方法，解算系统包括天文导航解算单元、测星传感器和惯性测量单元，惯性测量单元分别与天文导航解算单元和测星传感器通信连接，且测星传感器与天文导航解算单元通信连接，本发明专利技术通过跨时钟域同步和时戳同步进行高精度导航解算，可在天文导航系统中得以广泛应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法


[0001]本专利技术涉及天文导航
，具体领域为一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法。

技术介绍

[0002]天文导航系统是以自然或人造天体为信标，作为一种全自主导航手段，能够在复杂的电磁环境下为舰船提供精度稳定的位置、航向、姿态信息，是战时可靠的备份导航手段。相比惯性导航，天文导航很容易实现1海里/30天的定位精度，可满足海军执行远海遂行任务的导航需求。
[0003]天文导航系统采用天文测量单元直接与惯性测量单元刚性固联的设计方式，在导航过程中测星传感器在星体跟踪伺服机构的控制下对多颗恒星进行跟踪观测，实现多位置测星，并将脱靶量送入天文导航解算单元。为了实现天文定位解算，除了需要测星获取载体惯性姿态矩阵外，还需要准确的时间信息和水平基准信息，时间信息由时统提供，水平基准信息由惯性测量单元提供。因此，为保证星体测量信息与姿态信息同步，测星积分与水平基准信息之间的高精度同步是天文导航系统实现高精度定位定向的关键因素之一。
[0004]传统同步方式中测星传感器采用内触发方式积分，如图1所示，测星组件内部产生帧复位信号，测星积分的中间时刻与200Hz的水平基准信息无法精确对齐，存在
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t的时间误差，最大时间误差接近2.5ms。天文导航解算单元收到脱靶量信息及水平基准信息后，需要将脱靶量信息往前推Tdelay时间，Tdelay为积分时间中心点至脱靶量输出延时时间，然后在附近查询相邻的水平基准信息进行导航解算，用于解算的测星信息与水平基准信息最大相差2.5ms时间，影响天文导航系统定位定向精度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法，采用跨时钟域同步及时戳同步相结合的方式，将测星传感器的积分中间时刻与惯性测量单元的姿态测量时刻对齐，在天文导航解算单元通过时戳信息倒推测星积分中间时刻对应的瞬时姿态信息，实现测星积分与水平基准信息同步精度优于0.1ms，从而提高天文导航系统导航解算精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法，包括解算系统和解算方法，
[0007]解算系统包括天文导航解算单元、测星传感器和惯性测量单元，惯性测量单元分别与天文导航解算单元和测星传感器通信连接，且测星传感器与天文导航解算单元通信连接；
[0008]基于解算系统的解算方法，其方式为：
[0009](1)通过惯性测量单元传送同步脉冲及时戳信息至测星传感器；
[0010](2)测星传感器通过接收的同步脉冲与水平基准信息跨时钟域同步，并将接收的
时戳信息组包进脱靶量信息中，发送给天文导航解算单元；
[0011](3)通过惯性测量单元传送同步脉冲及水平基准信息至天文导航解算单元；
[0012](4)天文导航解算单元依据接收的含时戳的脱靶量信息和水平基准信息，将脱靶量对应的测星时刻与此时刻的水平基准信息对应，进行高精度天文导航解算。
[0013]在其中一些实施例中，根据解算方法中的步骤(1)
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(2)所示，其测星传感器接收同步脉冲具体实现方式为：
[0014](1)测星传感器接收惯性测量单元传送的同步脉冲，通过FPGA进行采样，接收到同步脉冲频率周期外同步信号后，延迟18个采样时钟周期，避免跨时钟域问题，取同步信号下降沿；
[0015](2)根据帧时间及控制命令选择有效的外同步，取上升沿低电平滤波处理以后作为帧复位信号；
[0016](3)对跨时钟域后同步信息进行1
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8计数，计数由水平基准同步信号的上升沿触发，计数为8的同步信息作为测星传感器帧复位信号，实现测星传感器帧周期与水平基准信息的跨时钟域同步。
[0017]在其中一些实施例中，根据解算方法中的步骤(1)
‑
(2)所示，其测星传感器接收时戳信息具体实现方式为：
[0018](1)测星传感器接收惯性测量单元传送的时戳信息，在测星积分中间时刻由FPGA产生上升沿触发DSP外部中断；
[0019](2)在中断服务子函数中对最近一次收到的由惯性测量单元传送过来的时戳信息进行缓存；
[0020](3)在测星传感器进行图像采集、图像校正、星目标提取后将缓存的时戳信息组包进当前脱靶量信息中。
[0021]在其中一些实施例中，根据解算方法中的步骤(3)
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(4)所示，其天文导航解算单元进行天文导航解算具体实现方式为：
[0022](1)天文导航解算单元接收测星传感器传送的含时戳的脱靶量信息，同时同步接收惯性测量单元传送的水平基准信息；
[0023](2)对水平基准信息进行缓存；
[0024](3)解析脱靶量中包含的时间标注信息，将脱靶量对应的测星时刻与此时刻的水平基准信息对应；
[0025](4)实现测星传感器测星信息与水平基准信息的时戳同步，进行高精度天文导航解算。
[0026]在其中一些实施例中，所述惯性测量单元与测星传感器之间的通信方式为同步脉冲采用差分线进行信号传送，时戳信息采用RS422串口进行数据传输。
[0027]在其中一些实施例中，所述惯性测量单元与天文导航解算单元之间的通信方式为同步脉冲采用差分线进行信号传送，水平基准信息采用RS422串口进行数据传输。
[0028]在其中一些实施例中，所述测星传感器与天文导航解算单元之间的通信方式为采用RS422串口方式传输脱靶量信息。
[0029]在其中一些实施例中，所述的同步脉冲为200Hz同步脉冲。
[0030]在其中一些实施例中，所述的测星传感器积分时间设置为水平基准信息周期的偶
数倍。
[0031]在其中一些实施例中，所述的惯性测量单元输出的水平基准信息周期为5ms，测星传感器帧周期为40ms，积分时间为10ms。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0033](1)通过测星积分与水平基准信息高精度同步后，测星积分中间时刻与瞬时姿态信息对齐，可将同步时间误差由2.5ms降低到0.1ms以内，显著提高天文导航系统导航解算精度；
[0034](2)采用串口传输200Hz同步信息及时戳信息，电气接口简单，延时小，系统改造方便。
[0035]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂，通过本申请的实施例对本申请进行详尽说明和了解。
附图说明
[0036]图1为测星传感器内同步方式；
[0037]图2为天文导航系统内部信息流示意图；
[0038]图3为跨时钟域同步示意图；
[0039]图4为本专利技术的同步方法示意图；
[0040]图5为本专利技术的同步方法实际测量图；
[0041]图6为测星图像帧起始与外同步时间差测试图。
具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法，其特征在于：包括解算系统和解算方法，解算系统包括天文导航解算单元、测星传感器和惯性测量单元，惯性测量单元分别与天文导航解算单元和测星传感器通信连接，且测星传感器与天文导航解算单元通信连接；基于解算系统的解算方法，其方式为：(1)通过惯性测量单元传送同步脉冲及时戳信息至测星传感器；(2)测星传感器通过接收的同步脉冲与水平基准信息跨时钟域同步，并将接收的时戳信息组包进脱靶量信息中，发送给天文导航解算单元；(3)通过惯性测量单元传送同步脉冲及水平基准信息至天文导航解算单元；(4)天文导航解算单元依据接收的含时戳的脱靶量信息和水平基准信息，将脱靶量对应的测星时刻与此时刻的水平基准信息对应，进行高精度天文导航解算。2.根据权利要求1所述的一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法，其特征在于：根据解算方法中的步骤(1)
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(2)所示，其测星传感器接收同步脉冲具体实现方式为：(1)测星传感器接收惯性测量单元传送的同步脉冲，通过FPGA进行采样，接收到同步脉冲频率周期外同步信号后，延迟18个采样时钟周期，避免跨时钟域问题，取同步信号下降沿；(2)根据帧时间及控制命令选择有效的外同步，取上升沿低电平滤波处理以后作为帧复位信号；(3)对跨时钟域后同步信息进行1
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8计数，计数由水平基准同步信号的上升沿触发，计数为8的同步信息作为测星传感器帧复位信号，实现测星传感器帧周期与水平基准信息的跨时钟域同步。3.根据权利要求1所述的一种高精度测星积分与水平基准信息同步方法，其特征在于：根据解算方法中的步骤(1)
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(2)所示，其测星传感器接收时戳信息具体实现方式为：(1)测星传感器接收惯性测量单元传送的时戳信息，在测星积分中间时刻由FPGA产生上升沿触发DSP外部中断；(2)在中断服务子函数中对最近一次收到的由惯性测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭煜，宣扬，付加顺，顾逸霏，杨仁鹏，
申请(专利权)人：武汉华中天易星惯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：