[发明专利]原子钟、微惯性测量组合和导航系统的耦合方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统的耦合方法及系统。

背景技术

导航技术是军民两用的战略性关键技术。常用的导航技术分别是基于无线电的全球卫星导航系统和基于牛顿经典力学的惯性导航技术。

GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)是应用最广泛的导航定位技术，多个国家建立了GNSS系统，包括美国的GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS(Global Navigation Satellite System，格洛纳斯)、欧盟的Galileo(伽利略)以及中国的北斗2号。然而，GNSS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(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)MIMU(Micro Inertial Measurement Units，惯性测量组合)固结于载体，构成SINS(Strap-down Inertial Navigation System，捷联惯性导航系统)，然而，SINS具有误差积累的缺点。

相关技术中，将GNSS和MIMU组合起来，构成组合导航系统是较为常见的做法。GNSS与MIMU组合导航继承了GNSS无误差积累的优势和MIMU导航高刷新率、导航信息全的优势。组合导航适用于飞机、舰船、车辆、导弹、炮弹等应用。但是，该组合导航发挥作用，要求可见卫星数不得低于三颗，如果可见卫星数低于三颗的情况下，组合导航则退化为惯性导航，即GNSS信息不可用，由于过于依赖更多的可见卫星，所以导致这种组合导航的可用性差，从而降低导航系统的精确度。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统的耦合方法，该方法通过将芯片级原子钟耦合到传统的组合导航系统中，实现了在只要有可见卫星的情况下，即可通过该组合导航系统进行组合导航，不仅提高了时间信息的准确性，还大大改善了组合导航的可用性和精确度。

本发明的第二个目的在于提出一种芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统的耦合系统。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统的耦合方法，该方法包括以下步骤：对所述芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统进行时空初始对准；开始进行导航循环，并分别获取所述芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统的数据序列，并对所述微惯性测量组合和卫星导航系统的数据序列进行时间同步；获取当前可见卫星的个数，并判断所述当前可见卫星的个数是否为0；如果所述当前可见卫星的个数不为0，则以所述芯片级原子钟提供精确时钟为辅助，通过所述微惯性测量组合和卫星导航系统所提供的数据序列构造耦合状态方程；根据所述当前可见卫星与接收机之间的距离和距离变化率误差构造耦合量测方程；对所述耦合状态方程和耦合量测方程进行组合滤波，并修正所述微惯性测量组合的误差。

根据本发明实施例的芯片级原子钟、微惯性测量组合和卫星导航系统的耦合方法，在时空初始对准后，开始进行导航循环，并对微惯性测量组合和卫星导航系统的数据序列进行时间同步，之后，如果判断获取的当前可见卫星的个数不为0，则以芯片级原子钟提供精确时钟为辅助，构造耦合状态方程和耦合量测方程，并对耦合状态方程和耦合量测方程进行组合滤波，最后修正微惯性测量组合的误差。该方法通过将芯片级原子钟耦合到传统的组合导航系统中，实现了在只要有可见卫星的情况下，即可通过该组合导航系统进行组合导航，不仅提高了时间信息的准确性，还大大改善了组合导航的可用性和精确度。

在本发明的一个实施例中，如果所述当前可见卫星的个数为0，则通过所述微惯性测量组合进行导航定位。