微型定位導航授時系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位導航授時技術領域，特別涉及一種微型定位導航授時系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]定位、導航和時間（Positioning，Navigation and Timing，PNT)是描述時間和空 間的關鍵技術。隨著時代的發(fā)展，人類對PNT的依賴超過了任何歷史時期。
[0003]PNT技術服務于國民經(jīng)濟、國家安全和軍事領域，是綜合國力和國際地位的戰(zhàn)略標 志。美國、俄羅斯、歐盟以及中國等都先后制定了國家PNT發(fā)展規(guī)劃，建立和完善本國的PNT 體系。軍事領域是PNT技術最重要的應用方向，是PNT技術的最主要動力來源，牽引PNT技 術發(fā)展。PNT服務的戰(zhàn)場主體包括裝備（飛機、艦船、戰(zhàn)車等）、武器（導彈、炮彈等）、人員 (士兵、指戰(zhàn)員等）等。定位功能為戰(zhàn)場主體提供精確和精密的二維或三維位置、方向；導 航功能為戰(zhàn)爭主體提供現(xiàn)行的位置和所希望的位置，矯正航向、速度信息，到達目標地；授 時功能為戰(zhàn)場主體提供公共時間基準，使其獲得并保持精確和精密時間。由于軍事斗爭的 嚴酷性，應用于軍事領域的PNT技術在可用性、準確度、精密度、完好性、安全性和實效性等 方面有著特殊的要求，必須適應戰(zhàn)場環(huán)境。
[0004]全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS)是應用最 廣泛的PNT技術，各國已經(jīng)建設了多種基于GNSS的PNT系統(tǒng)，比如美國的GPS、俄羅斯的 GLONASS、歐盟的Galileo以及中國的北斗，實現(xiàn)不同精度和覆蓋范圍的定位導航和授時服 務。然而，GNSS的缺點在于易受遮擋、干擾以及數(shù)據(jù)刷新率低。慣性導航系統(tǒng)建立在牛頓 經(jīng)典力學定律的基礎之上，利用加速度計和陀螺儀通過坐標變換和積分算法確定載體的位 置、速度和姿態(tài)。慣性導航系統(tǒng)一旦獲取運載體初始位置之后，不需要從運載體傳送信號或 者接收信號，即可通過自身系統(tǒng)完成導航定位功能，具有非常優(yōu)異的自主性和隱蔽性。MEMS 慣性測量組合（MMU)固結于載體，構成捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)（SINS)，然而SINS具有誤差積累 的缺點。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0006]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種微型定位導航授時系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有PNT服務 魯棒性高、精度高、抗干擾性強的優(yōu)點。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種微型定位導航授時系統(tǒng)，其特征 在于，包括：芯片原子鐘、微慣性測量單元和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機，其中，所述芯片 原子鐘用于為所述微慣性測量單元和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機提供時鐘信號，并輔助 所述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機進行導航定位運算，以及根據(jù)所述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟 件接收機發(fā)送的校正信號進行校正；所述微慣性測量單元用于根據(jù)所述時鐘信號測量被測 目標的運動信息，其中，所述運動信息包括加速度和角速度；所述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接 收機用于接收全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)出的定位信號，并根據(jù)所述定位信號、所述被測目標的 運動信息進行導航定位運算，以得到定位、導航與授時信息。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)，芯片原子鐘CSAC、微慣性測量單元 MMU與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機SDR之間深度耦合，并通過組合濾波方法提供魯棒的 定位、導航和時間信息。該系統(tǒng)具有PNT服務魯棒性高、精度高、抗干擾性強的優(yōu)點，適用于 對PNT服務魯棒性、精度、抗干擾性要求高的場合，例如飛機、火箭、車輛、行人等。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)還可以具有如下附加的技 術特征：
[0010] 在一些示例中，所述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機包括：射頻前端，所述射頻前端 用于對所述定位信號進行放大、濾波、變頻和采集；數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器 用于實現(xiàn)信號捕獲、跟蹤、導航電文提取、定位解算及組合濾波功能。
[0011] 在一些示例中，所述微慣性測量單元包括：三軸正交的微電機系統(tǒng)加速度計和三 軸正交的微電機系統(tǒng)陀螺儀；三軸正交結構，所述三軸正交的微機電系統(tǒng)加速度計和三軸 正交的微機電系統(tǒng)陀螺儀分別設置在所述三軸正交結構上；處理電路，所述處理電路用于 進行數(shù)據(jù)采集和標定補償，其中，所述微慣性測量單元用于將所述三軸正交的微電機系統(tǒng) 加速度計和三軸正交的微電機系統(tǒng)陀螺儀組合，以得到被測目標的加速度和角速度。
[0012] 在一些示例中，所述微慣性測量單元還用于通過所述加速度和角速度預測所述軟 件接收機的射頻信號的多普勒頻移和多普勒頻移變化率。
[0013] 在一些示例中，所述微慣性測量單元還用于輔助所述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收 機進行信號跟蹤。
[0014] 在一些示例中，所述芯片原子鐘為基于CPT原理的被動型原子鐘。
[0015] 在一些示例中，所述加速度和角速度通過如下公式表示：
[0017] 其中，3為加速度矢量，6為角速度矢量。
[0018] 在一些示例中，所述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機發(fā)送的校正信號為1PPS信號。
[0019] 在一些示例中，所述芯片原子鐘基于線性最優(yōu)估計原則輔助所述全球衛(wèi)星定位系 統(tǒng)軟件接收機進行導航定位運算。
[0020] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0021] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0022] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)的結構框圖；
[0023] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機的結構框圖；
[0024] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微慣性測量單元的結構框圖；
[0025] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)的耦合關系示意圖；以及
[0026] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)的工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0028] 以下結合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)。該系統(tǒng)100可用 于提供運動載體例如導彈、飛機、車輛、人員等的定位導航與時間信息。
[0029] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微型定位導航授時系統(tǒng)的結構框圖。如圖1所 示，該系統(tǒng)100包括：芯片原子鐘（Chip Scale Atomic Clock，CSAC) 101、微慣性測量單元 (Micro Inertial Measurement Unit，MIMU) 103 和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機（Soft Defined Receiver，SDR)102。其中，需要說明的是，在具體實施過程中，芯片原子鐘101、微 慣性測量單元103和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機102可以制造于同一印刷電路板，也可 以以任意方式組合，例如芯片原子鐘101與微慣性測量單元103在同一印刷電路板，而全球 衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件接收機102在另一印刷電路板，它們之間通過低損耗線纜連接。通常情 況下，芯片原子鐘101和微慣性測量單元103被設置在同一印刷電路板，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 軟件接收機102利用線纜與芯片原子鐘101和微慣性測量單元103所在的電路板連接。在 一些示例中，芯片原子鐘101的時鐘信號例如為但不限于10MHz。如果芯片原子鐘101與微 慣性測量單元103未被設置在同一印刷電路板，那么，芯片原子鐘101的時鐘信號需以盡可 能短的同軸電纜與103連接。
[0030] 具體地說，芯片原子鐘101用于為微慣性測量單元103和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軟件 接收機1