[发明专利]基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，包括GNSS接收机、导航传感器组、FPGA模块和组合导航计算机，所述的GNSS接收机和导航传感器组分别通过FPGA模块的数据接口与FPGA模块连接，所述的GNSS接收机和FPGA模块分别通过组合导航计算机的数据接口与组合导航计算机连接；

FPGA模块接收GNSS接收机的输出数据和导航传感器组的测量数据，对GNSS接收机输出数据进行解码后获得接收机时间，将接收机时间作为时间标签添加到导航传感器组的测量数据中，编码获得同步测量数据发送到组合导航计算机，组合导航计算机对接收到的同步测量数据和GNSS接收机输出数据进行处理，输出最终的导航定位结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，所述的导航传感器组包括惯性导航测量单元和辅助导航传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，所述的辅助导航传感器包括电子罗盘、高度计、深度计、风速仪中的一个或多个。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，所述的GNSS接收机的输出数据包括秒脉冲信号、可变频率信号、接收机时间、位置、速度、伪距、载波测量信息和接收机导航状态信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，所述的FPGA模块将接收机时间作为时间标签添加到导航传感器组的测量数据中，编码获得同步测量数据，具体包括数据解码步骤、延时累计步骤和编码发送步骤，其中，

所述的解码步骤具体为：

101)设置GNSS接收机输出数据的输出格式、速率和类别；

102)设置导航传感器组测量数据的输出速率；

103)FPGA模块对GNSS接收机的输出数据进行解码，判定接收机输出导航信息的状态，当导航状态可用时获得接收机时间；

104)FPGA模块接收导航传感器组的测量数据，根据校验和判别测量数据的有效性，然后剔除测量数据中的校验和及无用数据位；

所述的延时累计步骤具体为：

201)FPGA模块接收GNSS接收机的秒脉冲信号1PPS和可变频率信号VARF；

202)利用VARF作为时钟基准，将1PPS跨越到FPGA模块自身的时钟域系统，产生新的触发脉冲信号ppsFlag，其脉冲宽度持续一个FPGA时钟周期；

203)在FPGA模块中设置延时状态标志，该延时状态标志表示ppsFlag和导航传感器组测量数据之间的延时关系；

204)在FPGA模块中设置时钟延时计数器clknum1，用于累计从ppsFlag开始到它后面第一组导航传感器组的测量数据之间的时间间隔；设置时钟延时计数器clknum2，用于累计导航传感器组相邻两组测量数据之间的时间间隔；

205)根据步骤203)中的延时状态标志，获得ppsFlag和导航传感器组测量数据之间的时间延时；

所述的编码发送步骤具体为：

301)将ppsFlag和导航传感器组测量数据之间的时间延时，添加到相应的接收机时间中，得到当前测量数据接收时间；

302)按协调世界时格式，对当前测量数据接收时间进行二进制编码，获得二进制时间标签；

303)将二进制时间标签与有效的测量数据组合编码，并添加校验标志得到同步测量数据；

304)FPGA模块以大于或等于接收测量数据的速率，发送同步测量数据到组合导航计算机。

6.根据权利要求5所述的一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，所述的二进制时间标签的内容包括：小时、分钟、毫秒、状态标志和延时计数。

7.根据权利要求5所述的一种基于FPGA的多传感器组合导航时间同步系统，其特征在于，所述的组合导航计算机对接收到的同步测量数据和GNSS接收机输出数据进行处理具体为：

组合导航计算机通过数据接口接收同步测量数据和GNSS接收机输出数掘，比对GNSS接收机的接收时间和同步测量数据的时间标签，得到同步测量数掘与接收机时间之间的时间差；根据同步测量数据带有的时间标签和已知的时间差，将同步测量数据插值到组合导航解算的时刻，采用多传感器融合的组合导航算法求解最终导航定位结果。