分布式POS時(shí)間同步算法及軟件設(shè)計(jì)

賈黎冬 李建利 葉文 白立建

摘 要： 分布式POS是一種基于慣性/衛(wèi)星組合技術(shù)的柔性基線多節(jié)點(diǎn)高精度時(shí)空測(cè)量系統(tǒng)，是多任務(wù)航空遙感載荷高精度成像的關(guān)鍵裝置。為了實(shí)現(xiàn)分布式POS系統(tǒng)高精度數(shù)據(jù)融合，該文設(shè)計(jì)了分布式POS數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)融合的時(shí)間同步算法，設(shè)計(jì)分布式POS傳遞對(duì)準(zhǔn)算法，編寫分布式POS數(shù)據(jù)處理電路軟件，并對(duì)算法進(jìn)行車載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分布式POS時(shí)間同步算法實(shí)現(xiàn)了分布式POS各節(jié)點(diǎn)位置、速度、姿態(tài)信息的高精度測(cè)量。

關(guān)鍵詞： 分布式POS； 多傳感器； 數(shù)據(jù)融合； 時(shí)間同步

中圖分類號(hào)： TN911?34； V243.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）08?0001?05

Design of time synchronous algorithm and software for airborne distributed POS

JIA Lidong， LI Jianli， YE Wen， BAI Lijian

（Key Laboratory for Inertial Technology， Beihang University， Beijing 100191， China）

Abstract： The distributed POS is a flexible baseline multi?node high?precision measurement system based on SINS/GPS integrated navigation technique. It is a key high?accurate imaging device for multitask airborne loading remote sensors. For high?precision data fusion of the airborne distributed POS， a time synchronization algorithm for data acquisition and data fusion of the distributed POS is proposed in this paper. A transfer alignment algorithm was designed. The software of data processing circuit for the distributed POS was compiled. The vehicle?mounted experiment was carried out to validate the algorithm. The experiment results show that the proposed time synchronization algorithm realized the high?precision measurement of multi?modes position， velocity and attitude for distributed POS.

Keywords： distributed POS； multi?sensor； data fusion； time synchronization

0 引 言

機(jī)載對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)是以飛機(jī)為觀測(cè)平臺(tái)，利用成像載荷獲取地球表層大范圍、高精度、多層次空間信息的一種尖端綜合性技術(shù)[1]，隨著高分辨率航空遙感技術(shù)的發(fā)展，新型航空遙感系統(tǒng)如基于同一飛行平臺(tái)的高效多任務(wù)載荷聯(lián)合成像系統(tǒng)、陣列天線SAR系統(tǒng)逐漸成為提高航空遙感成像效率和分辨率的有效手段，由于多個(gè)或多種觀測(cè)載荷安裝在飛機(jī)的不同位置，迫切需要開展分布式位置姿態(tài)系統(tǒng)（Position and Orientation System，POS）研究，解決多個(gè)成像載荷時(shí)空信息精確測(cè)量難題[2]。分布式POS是一種基于慣性/GPS（Global Positioning System）組合及傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的柔性基線多節(jié)點(diǎn)高精度時(shí)空測(cè)量裝置，已成為航空遙感的關(guān)鍵技術(shù)之一[3?4]。

對(duì)于同一載機(jī)的多種或多個(gè)觀測(cè)載荷，采用傳統(tǒng)的單一POS顯然無(wú)法滿足不同安置點(diǎn)多載荷的高精度運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量的需求，而且因體積、重量、成本等因素的限制，在各觀測(cè)載荷處均安裝一個(gè)高精度POS也不現(xiàn)實(shí)。因此，迫切需要建立起高精度分布式POS系統(tǒng)[5]。較為可行的分布式POS系統(tǒng)由一個(gè)高精度主POS和多個(gè)子慣性測(cè)量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）組成。其中子IMU依靠主POS高精度位置、速度、姿態(tài)等運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)子IMU運(yùn)動(dòng)信息精確測(cè)量。

本文設(shè)計(jì)了分布式POS數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)融合兩個(gè)層次的時(shí)間同步算法，進(jìn)行了分布式POS數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，為驗(yàn)證算法有效性，進(jìn)行了車載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了分布式POS的基本功能，能夠測(cè)量主/子節(jié)點(diǎn)高精度位置、速度、姿態(tài)信息。

1 分布式POS組成及特點(diǎn)

機(jī)載分布式POS由安裝在機(jī)體中軸上的主POS和對(duì)稱分布在兩側(cè)機(jī)翼下方的兩個(gè)子IMU構(gòu)成。如圖1所示，主POS由一個(gè)高精度的主IMU，GPS天線以及安裝在機(jī)艙內(nèi)的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)組成，其工作原理與傳統(tǒng)單一POS相同，由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)將GPS數(shù)據(jù)與主IMU慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，輸出主節(jié)點(diǎn)高精度的位置、速度、姿態(tài)信息。子IMU利用傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，將主POS的實(shí)時(shí)導(dǎo)航結(jié)果與自身慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合，獲取子節(jié)點(diǎn)高精度的位置、速度、姿態(tài)信息。

分布式POS是典型的多傳感器測(cè)量系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)單一POS，更多的傳感器數(shù)量帶來(lái)了更復(fù)雜的時(shí)間同步問(wèn)題；此外，子IMU需要利用傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，將桿臂補(bǔ)償后的主POS實(shí)時(shí)導(dǎo)航結(jié)果與自身慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)，完成子節(jié)點(diǎn)位置、速度、姿態(tài)信息的獲取。本文的分布式POS系統(tǒng)由一臺(tái)分布式POS處理計(jì)算機(jī)（Distributed POS Computer System，DPCS），GPS天線，一個(gè)主IMU和兩個(gè)子IMU組成。主IMU為高精度環(huán)形激光陀螺（Ring Laser Gyroscope，RLG）IMU，子IMU為FOG（Fiber Optic Gyroscope，光纖陀螺）IMU。DPCS完成3個(gè)IMU與GPS數(shù)據(jù)接收、時(shí)間同步、導(dǎo)航解算、數(shù)據(jù)輸出功能，其核心是分布式POS數(shù)據(jù)處理電路。

為滿足分布式POS系統(tǒng)短時(shí)間超高精度，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的高頻解算、高精度濾波組合[6]，因此需要數(shù)據(jù)處理電路具有高速的運(yùn)算能力和高精度的處理能力[7]。分布式POS數(shù)據(jù)處理電路采用了大規(guī)模FPGA芯片與6片高精度浮點(diǎn)DSP芯片符合使用的架構(gòu)方案。

FPGA芯片用于完成3個(gè)IMU的陀螺和加速度計(jì)脈沖數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)緩存，并通過(guò)邏輯控制完成管理和調(diào)度整個(gè)數(shù)據(jù)處理電路的工作進(jìn)程；DSP是數(shù)據(jù)處理的核心，6片DSP采用兩兩并行主從處理器架構(gòu)，包括3個(gè)主DSP處理器和3個(gè)從DSP處理器，分別完成3個(gè)IMU的導(dǎo)航解算。

本文設(shè)計(jì)了一種分布式POS時(shí)間同步算法，并設(shè)計(jì)了分布式POS數(shù)據(jù)處理電路軟件。該軟件接收主IMU、兩個(gè)子IMU和GPS提供的原始信息，并完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、時(shí)間同步、初始對(duì)準(zhǔn)、捷聯(lián)解算、組合濾波、傳遞對(duì)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)發(fā)送等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了分布式POS主/子節(jié)點(diǎn)高精度位置、速度、姿態(tài)信息的測(cè)量。

2 分布式POS數(shù)據(jù)采集時(shí)間同步算法

區(qū)別于傳統(tǒng)單一POS，分布式POS具有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)融合算法在初始對(duì)準(zhǔn)、捷聯(lián)解算、組合濾波的基礎(chǔ)上仍需要考慮更加復(fù)雜的時(shí)間同步算法以及傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。

對(duì)于分布式POS這樣的多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)，各傳感器在不同時(shí)刻獲取的數(shù)據(jù)是不能直接進(jìn)行融合的[8]，其時(shí)間同步一直是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[9?10]。分布式POS系統(tǒng)包含3個(gè)IMU時(shí)鐘，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)時(shí)鐘以及GPS時(shí)鐘共5個(gè)時(shí)鐘源，其時(shí)間同步機(jī)制相比單一POS系統(tǒng)更為復(fù)雜。它的高精度時(shí)間同步技術(shù)對(duì)分布式POS能否可靠工作和進(jìn)行高精度測(cè)量意義重大。基于此，本文進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理兩個(gè)層面的時(shí)間同步方法設(shè)計(jì)。

（1） 在IMU數(shù)據(jù)采集層次，將PPS秒脈沖作為同步信號(hào)引入各IMU數(shù)據(jù)采集電路中，編寫FPGA采集程序，實(shí)現(xiàn)各IMU以同步脈沖為基準(zhǔn)進(jìn)行陀螺數(shù)據(jù)、加速度計(jì)數(shù)據(jù)采集的功能，并實(shí)時(shí)修正激光陀螺IMU內(nèi)部時(shí)鐘漂移，具體修正算法如下：

假設(shè)IMU數(shù)據(jù)采集脈沖理論周期為T，則在GPS 秒脈沖到來(lái)前后[T2]時(shí)間內(nèi)，惟一存在一個(gè)數(shù)據(jù)采集脈沖，通過(guò)IMU內(nèi)部的計(jì)數(shù)器獲取該脈沖相對(duì)于GPS 秒脈沖的時(shí)間差[Δt]，[Δt]可以用晶振偏移數(shù)[Δf]來(lái)表示：

[Δt=Δff] （1）

式中：[f]為IMU時(shí)鐘頻率，即每秒鐘晶振脈沖數(shù)，為使[Δt]趨于零，本文采用將每秒內(nèi)的[Δf]分配到IMU數(shù)據(jù)采集周期的方式進(jìn)行控制，即對(duì)IMU原始數(shù)據(jù)采集脈沖產(chǎn)生的周期進(jìn)行調(diào)整。IMU原始時(shí)鐘頻率為[f]，數(shù)據(jù)采集頻率為[fC]，每個(gè)數(shù)據(jù)采集脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘分頻數(shù)固定，設(shè)為[n]。當(dāng)[f]不發(fā)生漂移時(shí)，有：

[f=n?fC=nT] （2）

當(dāng)[f]發(fā)生漂移[Δf]時(shí)，需要對(duì)[f+Δf]進(jìn)行分頻，將[Δf]分配到[fC]個(gè)數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，有：

[f+Δf=n1?a+n2?b] （3）

式中：[a+b=fC]，[n1-n2=1]；[a]表示在1 s 時(shí)間內(nèi)根據(jù)IMU 系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行[n1]倍分頻而生成的IMU 采樣脈沖的次數(shù)；[b]表示在1 s 時(shí)間內(nèi)根據(jù)IMU系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行[n2]倍分頻而生成的IMU 采樣脈沖的次數(shù)。由于[a]與[b]的和為[fC]，所以IMU采集頻率保持不變，又由于[n1-n2=1]，因此各個(gè)數(shù)據(jù)采集脈沖的時(shí)間間隔基本相等。根據(jù)以上關(guān)系式，對(duì)IMU數(shù)據(jù)采集脈沖進(jìn)行修正即可控制在下一個(gè)GPS秒脈沖到來(lái)時(shí)刻，[Δf]趨于零，即[Δt]為零，保證了IMU數(shù)據(jù)采集脈沖與PPS的時(shí)間同步性以及各IMU之間數(shù)據(jù)采集的同步性，時(shí)間同步算法具體流程如圖2所示。

3 分布式POS數(shù)據(jù)處理電路算法

分布式POS數(shù)據(jù)處理在DPCS中進(jìn)行，DPCS電路軟件接收主/子IMU原始數(shù)據(jù)和GPS原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步、初始對(duì)準(zhǔn)、捷聯(lián)解算、組合濾波以及傳遞對(duì)準(zhǔn)功能，最終輸出主/子IMU高精度實(shí)時(shí)導(dǎo)航結(jié)果。

3.1 分布式POS數(shù)據(jù)處理時(shí)間同步算法

將各IMU數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一時(shí)間基準(zhǔn)下是分布式POS數(shù)據(jù)融合的前提。數(shù)據(jù)處理時(shí)間同步算法首先將各IMU的數(shù)據(jù)時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行處理，補(bǔ)償各IMU的數(shù)據(jù)采集過(guò)程中由于低通濾波和平滑濾波引起的時(shí)間延遲，產(chǎn)生各IMU準(zhǔn)確的時(shí)間標(biāo)簽；其次，采用分段線性插值的方法將各IMU數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一時(shí)刻，以便后續(xù)組合濾波和傳遞對(duì)準(zhǔn)的進(jìn)行。

3.2 分布式POS傳遞對(duì)準(zhǔn)算法

分布式POS系統(tǒng)通過(guò)傳遞對(duì)準(zhǔn)能夠?yàn)樽酉到y(tǒng)及其遙感設(shè)備提供高精度的位置、速度、姿態(tài)等信息。機(jī)載對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)成像過(guò)程中要求每個(gè)子IMU根據(jù)主POS輸出信息做實(shí)時(shí)傳遞對(duì)準(zhǔn)，且對(duì)實(shí)時(shí)性的要求較高。而完整的傳遞對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)變量維數(shù)通常高達(dá)24維甚至更高，這就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算速度低從而無(wú)法滿足對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。本文采用15維狀態(tài)變量進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)算法設(shè)計(jì)，降低運(yùn)算復(fù)雜度，以滿足實(shí)時(shí)性的要求。

傳遞對(duì)準(zhǔn)算法流程如圖3所示，首先將主POS實(shí)時(shí)導(dǎo)航結(jié)果進(jìn)行桿臂誤差補(bǔ)償，DPCS中的傳遞對(duì)準(zhǔn)濾波器將主POS實(shí)時(shí)導(dǎo)航結(jié)果和子IMU捷聯(lián)解算結(jié)果進(jìn)行卡爾曼濾波，估計(jì)子IMU位置、速度、姿態(tài)和慣性器件誤差，并將估計(jì)出的誤差進(jìn)行反饋校正，得到高精度的子IMU位置、速度、姿態(tài)等信息。

本文設(shè)計(jì)的傳遞對(duì)準(zhǔn)方法以位置誤差、速度誤差作為量測(cè)信息，估計(jì)子IMU捷聯(lián)解算的誤差，系統(tǒng)誤差方程包括姿態(tài)誤差方程、速度誤差、位置誤差方程和慣性儀表誤差方程，分別為：

[?nv=-ωnin×?nv+δωnin+Cnbεbv] （4）

[δVn=fn×?nv-（2δωnie+δωnen）×Vn-（2ωnie+ωnen）×δVn +Cnb?b] （5）

[δL=δVNRM+H-VNRM+H2δHδλ=secLRN+HδVE+VEsecLtanLRN+HδL-VEsecLRN+H2δHδH=δVU] （6）

[εv=0?=0] （7）

式中：[?nv=[?vE?vN?vU]T]；[ωnin]為子IMU導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度在其導(dǎo)航坐標(biāo)系中的投影；[δωnin]為[ωnin]的計(jì)算誤差；[Cnb]為子IMU載體坐標(biāo)系到其導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣；[εbv]為陀螺隨機(jī)誤差，包括隨機(jī)常值漂移和白噪聲漂移；[δVn=δVEδVNδVUT]，[Vn=[VEVNVU]T]；[VE]，[VN]和[VU]分別為子IMU導(dǎo)航坐標(biāo)系的東向、北向和天向速度；[fn=[fEfNfU]T]，[fE]，[fN]和[fU]分別為子IMU在其導(dǎo)航坐標(biāo)系中東向、北向和天向加速度；[ωnie]為地球坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度在子IMU導(dǎo)航坐標(biāo)系的投影；[ωnen]為子IMU導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)地球坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度在其導(dǎo)航坐標(biāo)系的投影；[δωnie]和[δωnen]分別為[ωnie]和[ωnen]的計(jì)算誤差；[δL]，[δλ]和[δH]分別為緯度誤差、經(jīng)度誤差和高度誤差， 其中，[ωie]為地球自轉(zhuǎn)角速度；[RM]和[RN]分別為地球沿子午圈和卯酉圈的主曲率半徑；[L]和[H]分別為子IMU的緯度和高度；[?]為加計(jì)隨機(jī)誤差，包括隨機(jī)常值偏置和白噪聲偏置；[εv=[εvx εvy εvz]T]，[?=[?x ?y ?z]T]；子IMU的系統(tǒng)誤差模型采用15維，狀態(tài)變量包括3個(gè)姿態(tài)誤差、3個(gè)速度誤差、3個(gè)位置誤差、3個(gè)陀螺漂移誤差和3個(gè)加速度計(jì)漂移誤差，狀態(tài)變量[X]可表示為：

[X=[?E ?N ?U δVE δVN δVU δL δλ δH εE εN εU ?E ?N ?U]] （8）

系統(tǒng)量測(cè)方程可表示為：

[Z=HX+V] （9）

其中，[V]為量測(cè)噪聲矩陣，系統(tǒng)量測(cè)矩陣[H]為：

[H=03×3 I3×3 03×903×6 H1 03×6] （10）

[H1=RM+H000RN+H0001] （11）

根據(jù)狀態(tài)方程與量測(cè)方程建立卡爾曼濾波方程，校正子IMU捷聯(lián)解算的誤差，從而得出高精度的子IMU位置、速度和姿態(tài)。

3.3 分布式POS數(shù)據(jù)融合軟件設(shè)計(jì)

分布式POS軟件是數(shù)據(jù)同步融合算法的載體，是實(shí)現(xiàn)分布式POS功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，主要包括FPGA軟件和DSP軟件，分別完成不同功能，軟件流程如圖4所示。

FPGA軟件主要完成數(shù)據(jù)的管理和調(diào)度功能，因此，可將其分為時(shí)鐘模塊、IMU通信模塊、GPS通信模塊、時(shí)間同步模塊、DSP的并口通信模塊、外部通信模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

（1） 時(shí)鐘模塊。利用有源晶振輸入的時(shí)鐘作為主時(shí)鐘，通過(guò)不同分頻比得到各子時(shí)鐘。

（2） IMU數(shù)據(jù)接收模塊。接收IPS脈沖信號(hào)，并以200 Hz，307 200 b/s接收各IMU發(fā)送來(lái)的原始脈沖數(shù)據(jù)，并打包發(fā)送到緩沖區(qū)中。

（3） GPS數(shù)據(jù)接收模塊。接收PPS脈沖信號(hào)并以1 Hz，115 200 b/s接收GPS原始數(shù)據(jù)，將GPS信息打包發(fā)送到緩沖區(qū)中。

（4） 時(shí)間同步模塊。以PPS信號(hào)作為時(shí)間同步信號(hào)發(fā)送至各IMU中，并完成其他時(shí)間同步功能。

（5） DSP通信模塊。接收完IMU、GPS數(shù)據(jù)后，通過(guò)外部中斷方式通知主DSP取數(shù)，主DSP啟動(dòng)并口總線通信讀取FPGA發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。在DSP完成計(jì)算后，將DSP發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。

（6） 外部接口及上位機(jī)通信模塊。接收完各主DSP的最終導(dǎo)航結(jié)果后，以200 Hz通過(guò)RS 422向外部發(fā)送至載荷，同時(shí)將GPS原始數(shù)據(jù)，IMU原始數(shù)據(jù)通過(guò)RS 232向外部發(fā)送，以進(jìn)行監(jiān)控。

（7） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。將每個(gè)IMU的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分包存儲(chǔ)，同時(shí)將GPS的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便于事后處理。

DSP軟件是完成導(dǎo)航算法的核心，包括時(shí)間同步、初始對(duì)準(zhǔn)、捷聯(lián)解算、組合濾波、傳遞對(duì)準(zhǔn)等模塊。

（1） 時(shí)間同步模塊。首先將各IMU數(shù)據(jù)標(biāo)簽進(jìn)行濾波實(shí)驗(yàn)補(bǔ)償和平滑時(shí)延補(bǔ)償，然后通過(guò)線性插值的方法，將各IMU數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)統(tǒng)一到基準(zhǔn)時(shí)刻，以保證后續(xù)組合導(dǎo)航及傳遞對(duì)準(zhǔn)時(shí)間精度。

（2） 初始對(duì)準(zhǔn)模塊。該模塊利用IMU數(shù)據(jù)獲取初始姿態(tài)，利用GPS數(shù)據(jù)獲取位置和速度，為后續(xù)的捷聯(lián)解算提供高精度的初始位置、速度和姿態(tài)等信息。

（3） 捷聯(lián)解算模塊。以上一時(shí)刻的位置、速度、姿態(tài)等信息作為當(dāng)前捷聯(lián)解算的初始值，結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻的IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行捷聯(lián)解算，獲得當(dāng)前時(shí)刻的位置、速度、姿態(tài)信息。

（4） 組合濾波模塊。讀取GPS數(shù)據(jù)和IMU捷聯(lián)解算結(jié)果進(jìn)行卡爾曼濾波，對(duì)捷聯(lián)解算模塊輸出的位置、速度和姿態(tài)以及慣性器件的誤差進(jìn)行估計(jì)，并將估計(jì)出的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高主POS測(cè)量精度。

（5） 傳遞對(duì)準(zhǔn)模塊。首先進(jìn)行桿臂誤差補(bǔ)償，將主POS實(shí)時(shí)導(dǎo)航結(jié)果補(bǔ)償?shù)阶庸?jié)點(diǎn)，傳遞對(duì)準(zhǔn)濾波器將主POS的實(shí)時(shí)導(dǎo)航信息與子IMU捷聯(lián)解算結(jié)果融合，獲得子IMU高精度位置、速度、姿態(tài)等信息。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的分布式POS多源數(shù)據(jù)同步融合算法，進(jìn)行了車載半物理仿真實(shí)驗(yàn)，如圖5所示，采用一個(gè)高精度的RLG IMU作為主IMU，一個(gè)小型FOG IMU作為子IMU，將兩個(gè)IMU安裝在減震平臺(tái)上，減震平臺(tái)固定于車內(nèi)，GPS天線安裝于車頂。首先將實(shí)驗(yàn)車靜止300 s，完成兩個(gè)IMU的初始對(duì)準(zhǔn)，然后沿預(yù)定路線行駛1 h，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以差分GPS作為基準(zhǔn)，比較主POS與子IMU實(shí)時(shí)導(dǎo)航精度。結(jié)果如表1所示，主POS實(shí)時(shí)導(dǎo)航位置均方根誤差（RMSE）為0.967 m和1.182 m，子IMU實(shí)時(shí)導(dǎo)航位置均方根誤差（RMSE）為1.315 m和1.594 m。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種分布式POS數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)融合的時(shí)間同步算法，設(shè)計(jì)了分布式POS傳遞對(duì)準(zhǔn)算法以及分布式POS數(shù)據(jù)處理電路軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了車載半物理仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本文設(shè)計(jì)的分布式POS多源數(shù)據(jù)同步融合算法，主POS實(shí)時(shí)導(dǎo)航位置精度達(dá)到0.967 m和1.182 m，子IMU實(shí)時(shí)導(dǎo)航位置誤差達(dá)到1.315 m和1.594 m，實(shí)現(xiàn)了分布式POS的基本功能，驗(yàn)證了多源數(shù)據(jù)同步融合算法的有效性。

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