复合制导信息处理中的时钟匹配技术*

姚　勤

(海军驻上海地区航天系统军事代表室,上海　201109)



复合制导信息处理中的时钟匹配技术*

姚勤

(海军驻上海地区航天系统军事代表室,上海201109)

摘要:在部分复合制导应用中,不同测量系统无法使用同一时钟,也无法完成系统对时,时钟不匹配将会产生较大误差。针对这种情况,文中使用线性插值时间校准方法来完成时间校准,并通过仿真分析了时钟匹配的影响以及测量值插值输出对减小误差的作用,结果表明测量值插值输出可以很大程度上改善误差,具有较强的工程实际应用价值。

关键词:复合制导;时间校准;时钟匹配

0引言

复合制导已成为当代导弹制导技术的一个显著特点,在精度和实时性要求较高的复合制导系统中,时钟匹配关系对复合制导信息处理会产生不可忽略的影响,只有各量测数据在同一时刻产生,才能正确进行融合,计算出目标的真实状态。因此,对多测量系统的数据进行时间配准是复合制导的前提条件。在部分复合制导应用中由于系统功能限制、使用流程等原因,不同测量系统无法使用同一时钟也无法完成系统对时,时钟不匹配将会产生较大误差,需要使用信息处理方法来减小或者消除该误差。

1复合制导信息处理中的时间对准

1.1时钟匹配问题

双模复合制导实现时间校准一般需要3个嵌入式系统配合完成:测量系统A、测量系统B、信号处理单元C,实际上存在3个时间序列,信号处理单元计算周期一般与测量系统A周期相同或更短。

当测量系统A和信息处理单元若使用同一时钟,信息处理单元在其计算时间序列上获取测量系统A数据时,由于两者时间序列完全相同(如图1),则数据不存在误差。

图1　无影响时间序列

实际实践中,测量系统A和信息处理单元往往不能使用同一时钟,当两者时间序列如图2所示时,信息处理单元获取的数据将存在误差。

图2　有影响时间序列

若系统具备系统对时功能,则可以通过记录时戳的匹配来消除该误差,而某些系统中无法完成系统对时,需要研究其他信息处理方法来减小该误差。

1.2线性插值时间校准方法

时间校准的基本原理就是根据已知时间节点的数据来估计某一时间节点的数据,将两个测量系统的数据的时间进行对齐。首先将测量系统按照测量数据更新速率从高到低排序,然后对数据更新速率高的测量系统数据采用内插外推的方法,匹配到数据更新速率低的测量系统上。

图3　内插外推时间对齐方法示意图

如图3所示,测量系统A数据更新率高于测量系统B,则计算测量系统A对应于时间Tbi的内插外推值。对准后,测量系统A的估计值序列和测量系统B的测量序列对应关系如图4。基于匀速直线模型的配准时间数据的计算公式为:

(1)

图4　内插外推时间对齐方法示意图

2数字仿真

仿真实验设计为测量系统A数据以DA输出形式,信息处理单元对其数据进行采样,对时钟失配和校准两种情况下信息处理单元采样数据的误差分别进行仿真。仿真组成框图分别如图5、图6所示。

图5仿真组成部分(无校准)

图6仿真组成部分(校准)

测量系统A测量目标位置信息,目标位置信息真值表达式为:

(2)

测量系统A数据输出刷新周期为1 ms,信息处理单元采样周期为1 ms。

对以下几种情况进行仿真:

1)测量系统A和信息处理单元采用同样的系统时钟;

2)测量系统A和信息处理单元1 ms周期完全相同,但周期序列起始点存在0.6 ms时间差;

3)测量系统A的1 ms周期实际值为1 ms,信息处理单元的1 ms周期实际值为0.999 999 9 ms。

三种情况的时钟示意图如图7所示。

图7　3种情况时钟示意图

将3种情况的真值、测量系统A输出值、信息处理单元采样值及信息处理单元采样值与真值之差进行比较,结果见图8、图9。

图8　无校准仿真结果

图9　时间校准后仿真结果

从仿真结果可以看出,没有校准时,在情况1)中信息处理单元采样值没有误差,在情况2)中信息处理单元采样值误差最大值为0.038左右,在情况3)中信息处理单元采样值误差最大值为0.063左右。时间校准后,可以看出信息处理单元误差分别减小至0.005和0.006左右。

3结束语

文中根据复合制导信息处理中时间对准的方法及过程,针对复合制导中不具备使用同一时钟且无法完成系统对时功能的情况,仿真分析了不同时钟失配情况下信息处理单元获取数据的误差,并提出了线性插值减小误差的方法,具有较强的工程实际应用价值。

参考文献:

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[3]练学辉, 李伟, 蔡文彬. 曲线匹配法在雷达动态标校中的应用 [J]. 雷达与对抗, 2013, 33(1): 30-33.

[4]林华, 玄兆林, 刘忠. 用于多传感器目标跟踪的数据时空对准方法 [J]. 系统工程与电子技术, 2004, 26(6): 833-835.

[5]林华. 多传感器数据融合中的数据预处理技术 [J]. 海军工程大学学报, 2002, 14(3): 33-35.

*收稿日期:2015-02-07

作者简介:姚勤(1970-),女,上海人,高级工程师,研究方向:导弹工程。

中图分类号:TJ765.3

文献标志码:A

Clock Match Technique in Combined Guidance Information Processing

YAO Qin

(Military Representative Office of Astronautical Industry in Shanghai Area, PLA Navy， Shanghai 201109, China)

Abstract:In some combined controlling and guiding systems, different measurement units cannot use the same clock, also, time calibration cannot be completed, clock mismatch will bring great error. In this paper, the measured data interpolation method was introduced to reduce the error, and simulate the influence of clock mismatch and the role of measured data interpolation to reduce the influence. The simulation results show that this method can greatly improve the error and has significant practical value.

Keywords:combined guidance; time calibration; clock match technique