微PNT系统信息处理单元技术研究

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定位导航授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)技术提供了位置和时间两个社会上最为基本的信息。目前在无人机、物联网、自动驾驶、无线通信等领域得到广泛的应用。随着科学技术的飞速发展与进步,定位导航授时信息在社会中起到的作用也越来越大。PNT技术在国家安全和军事应用层面都有着举足轻重的作用,是关乎国家战略的军民两用技术。传统的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在一些特殊物理环境下不能提供稳定的导航服务,容易受到干扰和遮挡,惯性导航系统自身也存在着误差积累的问题,二者提供的PNT服务都存在其固有缺陷。为了增强PNT服务性能,基于信息处理单元以微惯性测量单元、高精度时钟两个部分作为研究的核心器件,同时以卫星导航系统作为辅助,开展PNT技术的研究。微惯性测量单元(Miniature Inertial Measurement Unit,MIMU)和芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)技术的发展促使定位导航授时微系统(微PNT系统)的研究工作取得有效进展。本文基于PNT技术背景,主要研究了微PNT系统的信息处理单元,主要内容包括:(1)微PNT系统组成单元原理介绍。分别针对卫星导航系统、惯性导航系统和芯片原子钟三个主要组成部分进行原理描述。(2)微PNT系统信息处理单元硬件设计。对微系统中的信息处理单元进行硬件设计,主要完成原理图和PCB的设计同时考虑各模块间通信接口、核心芯片的选型分析等。(3)信息处理单元软件驱动设计。主要分析基于DSP的驱动软件设计,包括信息处理单元与外界信息交互的UART口以及CAN总线通信接口。(4)信息处理单元深组合导航技术研究。基于深组合导航系统结构,分析GNSS和惯性导航系统的误差模型,建立系统的状态方程和量测方程。研究惯性信息辅助接收机捕获和重定位技术以及芯片原子钟对接收机定位精度的影响。(5)功能测试与实验验证分析。分别对每个子模块进行测试分析,对整个微PNT系统进行跑车实验等,验证设计的微PNT系统信息处理单元的性能。
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