CN110553645B - 一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法，涉及时钟同步处理技术领域。所述双***时钟同步处理方法，主、从***在各自传感器进行数据采集时并不需要时钟同步，当数据采集完成，且主***采集的数据经解算后将解算结果全部发送给从***后，通过主***产生的周期脉冲基准信号使主、从***的时钟同步，同时，从***的可编程逻辑器件发送的同步信号，使从***的数字信号处理器开始根据主***的解算结果对从***采集的数据进行导航解算处理，实现了主、从***有效数据的同步处理，避免了有效数据处理不同步而导致的组合导航解算效果不佳的问题。

Description

一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法
技术领域
本发明属于时钟同步处理技术领域，尤其涉及一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法。
背景技术
将不同的单一***进行整合，通过各个***提供的有效数据，对组合后的数据进行优劣互补，共同组形成具有高性能指标、功能强大的导航***，被称之为组合导航。随着导航技术的发展, 导航***的种类越来越多, 将多种导航技术组合形成组合导航***是导航技术发展的一种必然趋势。
单一***采用内部统一的时钟基准，以一定的采样频率采集传感器数据并进行导航解算，得出相关计算结果。采用双***的组合导航方式，传统的做法是数字信号处理芯片通过定时器设置一定的控制周期，在控制周期内完成数据的采样，并以多控制周期的采样数据进行导航解算。由于频率、相位受环境影响变化结果不同等因素，双***各自的时钟基准存在时钟不同步现象，导致了双***的有效数据出现处理不同步的问题，极大地影响了组合导航解算结果。
发明内容
针对现有技术中，双***时钟基准不同步导致的组合导航解算结果不佳的问题，本发明提供一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法，利用主***产生的周期脉冲基准信号实现主、从***的时钟同步，从而实现有效数据的同步处理。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法，包括以下步骤：
步骤1：主***、从***分别完成各自传感器数据的采集，且主***采集的数据经解算后将解算结果发给从***；
步骤2：主***的可编程逻辑器件以其内部时钟为基准产生周期脉冲基准信号，并将该周期脉冲基准信号传输给从***，从***的可编程逻辑器件识别到该周期脉冲基准信号的上升沿；
步骤3：从***的可编程逻辑器件以其内部时钟为基准同步复位计数器并产生采样周期，同时，从***的可编程逻辑器件发送一同步信号给从***的数字信号处理器，从***的数字信号处理器根据主***的解算结果对从***采集的数据进行导航解算处理。
本发明所述双***时钟同步处理方法，主、从***在各自传感器进行数据采集时并不需要时钟同步，当数据采集完成，且主***采集的数据经解算后将解算结果发给从***后，通过主***产生的周期脉冲基准信号使主、从***的时钟同步，同时，从***的可编程逻辑器件发送的同步信号，使从***的数字信号处理器开始根据主***的解算结果对从***采集的数据进行导航解算处理，实现了主、从***有效数据的同步处理，避免了有效数据处理不同步而导致的组合导航（双***）解算效果不佳的问题；该时钟同步处理方法以同步信号作为从***数字信号处理器的外部中断输入源，而无需采用定时器产生周期性中断，减少了资源使用，降低了设计成本，提高了设计的可靠性。
进一步地，所述步骤2中，周期脉冲基准信号以RS422通信方式传输给从***，RS422传输方式是差模传输，抗干扰能力强，且传输距离远。
进一步地，所述周期脉冲基准信号的产生时间是由主***、从***的数据采样周期来决定的。
当上一个周期脉冲基准信号发出时，从***可编程逻辑器件的计数器同步复位，采样周期T1累加，主、从***开始下一轮数据的采集，下一轮数据的采样周期T2为T1的整数倍，同时从***的数字信号处理器开始上一轮采集数据的解算；当主从***下一轮数据采集完成，主***的可编程逻辑器件产生下一个周期脉冲基准信号，并传输给从***，以此循环，使双***的数据处理均同步。
进一步地，所述可编程逻辑器件为FPGA，FPGA具有更大的灵活性和更高的集成度，并且FPGA更适合于完成时序逻辑，更适合于触发器丰富的结构。
相应的，一种利用所述的方法进行时钟同步处理的组合导航***，包括相互通信连接的主惯导***和从惯导***；
所述主惯导***包括主数据采集单元、主FPGA单元、主DSP单元以及主数据存储单元；所述主数据采集单元，用于获取载体的加速度主数据和角速度主数据；所述主FPGA单元，用于将主数据的导航解算结果发给从惯导***，且在主数据和从数据采集完成后产生周期脉冲基准信号，并将该周期脉冲基准信号发送给从惯导***；所述主数据存储单元，用于储存主数据采集单元所采集的主数据，以及主数据导航解算结果；所述主DSP单元，用于对主数据采集单元采集的主数据进行导航解算；
所述从惯导***包括从数据采集单元、从FPGA单元、从数据存储单元以及从DSP单元；所述从数据采集单元，用于获取载体的加速度从数据和角速度从数据；所述从FPGA单元，用于在识别到所述周期脉冲基准信号上升沿时同步复位计数器并产生采样周期，同时发送一同步信号给从DSP单元；所述从数据存储单元，用于储存从数据采集单元所采集的从数据，以及从数据导航解算数据；所述从DSP单元，用于在接收到同步信号时根据主惯导***的解算结果对从数据进行导航解算。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法，主、从***在各自传感器进行数据采集时并不需要时钟同步，当数据采集完成，且主***采集的数据经解算后将解算结果发给从***后，通过主***产生的周期脉冲基准信号使主、从***的时钟同步，同时，从***的可编程逻辑器件发送的同步信号，使从***的数字信号处理器开始根据主***的解算结果对从***采集的数据进行导航解算处理，实现了主、从***有效数据的同步处理，避免了有效数据处理不同步而导致的组合导航（双***）解算效果不佳的问题。
该时钟同步处理方法以同步信号作为从***数字信号处理器的外部中断输入源，而无需采用定时器产生周期性中断，减少了资源使用，降低了设计成本，提高了设计的可靠性。
该时钟同步处理方法对于主、从***其他数据相关算法的同步处理也同样适用，可扩展性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中双***的基准信号、数据传输框图；
图2是本发明实施例中基准信号、采样周期以及同步信号的同步时序图；
图3是本发明实施例中时钟不同步时惯导方位对比曲线图；
图4是本发明实施例中时钟同步时惯导方位对比曲线图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法，包括以下步骤：
1、主***、从***分别完成各自多个传感器数据的采集，主***采集的数据经解算后将解算结果发给从***，以便后续从***的数字信号处理器根据主***的解算结果对从***采集的数据进行解算处理，如图1所示，主***的解算结果对从***的导航解算起到辅助或矫正作用。
2、主***的FPGA以主***内部时钟为基准产生周期脉冲基准信号，并将该周期脉冲基准信号通过RS422通信方式传输给从***，从***的FPGA识别到该周期脉冲基准信号的上升沿，如图1和2所示。先进行数据采集以及主***解算结果发送给从***，再产生周期脉冲基准信号，使主从***时钟同步，保证了主***解算结果发送到从***的传输完整性。
3、从***的FPGA以从***内部时钟为基准同步复位计数器并产生采样周期T1，同时，从***的FPGA发送一同步信号给从***的数字信号处理器，从***的数字信号处理器根据主***的解算结果对从***采集的数据进行导航解算处理，如图2所示。
周期脉冲基准信号的产生时间是由主***、从***的上一轮数据采样周期T2，从***的上一轮数据解算时间来决定。当上一个周期脉冲基准信号发出时，从***FPGA的计数器同步复位，采样周期T1累加，主、从***开始下一轮数据的采集，下一轮数据的采样周期T2为T1的整数倍，同时从***的数字信号处理器开始上一轮采集数据的解算（同步信号作为数字信号处理器的外部中断输入源，中断接收主***发送的数据，利用主、从***时钟同步后各自的有效数据完成组合导航解算）；当主从***下一轮数据采集完成，主***的FPGA产生下一个周期脉冲基准信号，并通过RS422通信方式传输给从***，以此循环，使双***的所有数据处理均同步。
对于时间同步或不同步进行仿真分析对比：如图3所示，在时钟不同步条件下，主惯导与从惯导针对各自的采样数据计算40s内各时刻下的惯导方位角度，根据图3中的局部放大显示可知，主惯导与从惯导对方位角度的计算结果出现了明显偏差（主惯导的解算结果未起到辅助或矫正作用），特别是在行进转弯等机动条件下，偏差会进一步增大，最终影响导航解算的对准精度；如图4所示，在时钟同步条件下，主惯导与从惯导针对各自的采样数据计算40s内各时刻下的惯导方位角度，根据图4中的局部放大显示可知，主惯导与从惯导对方位角度的计算结果基本重合；因此，通过时钟同步设计保证了主惯导与从惯导解算数据的时间一致性，进而能够进行从惯导方位角、俯仰角、滚动角的有效估计，尤其是在行进转弯等机动条件下能够抑制误差的增大，保证了导航解算后的对准精度。
本发明的双***时钟同步处理方法，主、从***在各自传感器进行数据采集时并不需要时钟同步，当数据采集完成，且主***采集的数据经解算后将解算结果全部发送给从***后，通过主***产生的周期脉冲基准信号使主、从***的时钟同步，同时，从***的FPGA发送的同步信号，使从***的数字信号处理器根据主***的解算结果对从***采集的数据进行组合导航解算处理，通过主***的解算结果辅助或矫正从***采集数据的导航解算，实现了主、从***有效数据的同步处理，避免了有效数据处理不同步而导致的组合导航（双***）解算效果不佳的问题；该时钟同步处理方法以同步信号作为从***数字信号处理器的外部中断输入源，而无需采用定时器产生周期性中断，减少了资源使用，降低了设计成本，提高了设计的可靠性。
如图1所示，一种利用所述的方法进行时钟同步处理的组合导航***，包括相互通信连接的主惯导***和从惯导***；
主惯导***包括主数据采集单元、主FPGA单元、主DSP单元以及主数据存储单元；主数据采集单元，用于获取载体的加速度主数据和角速度主数据；主FPGA单元，用于将主数据的导航解算结果发给从惯导***，且在主数据和从数据采集完成后产生周期脉冲基准信号，并将该周期脉冲基准信号发送给从惯导***；主数据存储单元，用于储存主数据采集单元所采集的主数据，以及主数据导航解算结果；主DSP单元，用于对主数据采集单元采集的主数据进行导航解算（主惯导***的解算结果为航向角、俯仰角、滚动角等姿态结果）；
从惯导***包括从数据采集单元、从FPGA单元、从数据存储单元以及从DSP单元；从数据采集单元，用于获取载体的加速度从数据和角速度从数据；从FPGA单元，用于在识别到周期脉冲基准信号上升沿时同步复位计数器并产生采样周期，同时发送一同步信号给从DSP单元；从数据存储单元，用于储存从数据采集单元所采集的从数据，以及从数据导航解算数据；从DSP单元，用于在接收到同步信号时根据主惯导***的解算结果对从数据进行导航解算（从惯导***在主惯导***解算结果的辅助或矫正下，解算出航向角，俯仰角，滚动角，经度，纬度，高度，东向速度，北向速度，天向速度等姿态结果）。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于周期脉冲基准的双***时钟同步处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：主***、从***分别完成各自传感器数据的采集，且主***采集的数据经解算后将解算结果发给从***；
步骤2：主***的可编程逻辑器件以其内部时钟为基准产生周期脉冲基准信号，并将该周期脉冲基准信号传输给从***，从***的可编程逻辑器件识别到该周期脉冲基准信号的上升沿；
步骤3：从***的可编程逻辑器件以其内部时钟为基准同步复位计数器并产生采样周期，同时，从***的可编程逻辑器件发送一同步信号给从***的数字信号处理器，从***的数字信号处理器根据主***的解算结果对从***采集的数据进行导航解算处理。
2.如权利要求1所述的双***时钟同步处理方法，其特征在于，所述步骤2中，周期脉冲基准信号以RS422通信方式传输给从***。
3.如权利要求1所述的双***时钟同步处理方法，其特征在于，所述周期脉冲基准信号的产生时间是由主***、从***的数据采样周期来决定的。
4.如权利要求1所述的双***时钟同步处理方法，其特征在于，所述可编程逻辑器件为FPGA。
5.一种利用权利要求1-4任一所述的方法进行时钟同步处理的组合导航***，其特征在于，包括相互通信连接的主惯导***和从惯导***；
所述主惯导***包括主数据采集单元、主FPGA单元、主DSP单元以及主数据存储单元；所述主数据采集单元，用于获取载体的加速度主数据和角速度主数据；所述主FPGA单元，用于将主数据的导航解算结果发给从惯导***，且在主数据和从数据采集完成后产生周期脉冲基准信号，并将该周期脉冲基准信号发送给从惯导***；所述主数据存储单元，用于储存主数据采集单元所采集的主数据，以及主数据导航解算结果；所述主DSP单元，用于对主数据采集单元采集的主数据进行导航解算；
所述从惯导***包括从数据采集单元、从FPGA单元、从数据存储单元以及从DSP单元；所述从数据采集单元，用于获取载体的加速度从数据和角速度从数据；所述从FPGA单元，用于在识别到所述周期脉冲基准信号上升沿时同步复位计数器并产生采样周期，同时发送一同步信号给从DSP单元；所述从数据存储单元，用于储存从数据采集单元所采集的从数据，以及从数据导航解算数据；所述从DSP单元，用于在接收到同步信号时根据主惯导***的解算结果对从数据进行导航解算。
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