基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法技术

本发明专利技术公开一种基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法，可靠性高，实时性强。本发明专利技术方法包括以下步骤：(10)数据解析去格式化：对由ZYNQ中PL接收的不同格式多种传感器数据包进行解析和去格式化，提取其中数据；(20)数据标准化：对数据进行标准化，统一加入对应的信息；(30)数据存储：将标准化后的各种传感器数据依次存入FIFO存储器；(40)数据更新：依次读取FIFO数据，并判断相邻数据的时间戳是否一致；(50)数据传输：PL将数据解析，标准化和更新之后写入PS进行时间配准后再送回PL；(60)数据时间配准：采用卡尔曼滤波算法和拉格朗日三点插值算法，将各传感器数据配准到一个基准时间上。上。上。

【技术实现步骤摘要】
基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法


[0001]本专利技术属于数据采集
，具体为基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法。

技术介绍

[0002]ZYNQ是指ZYNQ全称Zynq
‑
7000 All Programmable SoC，是赛灵思公司(Xilinx)推出的新一代全可编程片上系统(APSoC),它组合了一个双核ARM Cortex
‑
A9处理器(PS)和一个传统的现场可编程门阵列(FPGA)逻辑部件(PL)。
[0003]由于传感器采样周期不同、传感器开机时刻不一致，以及通信网络的不同延迟等因素的影响,各传感器对同一目标观测所得数据有可能存在时间差,需要将关于同一目标的各传感器不同步的量测信息同步到同一时刻，称为时间配准。
[0004]对于多传感器数据时间配准，有如下解决方法：
[0005]一是采用FPGA芯片进行硬件同步。这种时间同步方案的同步精度高，稳定性好。但在多源导航中，GPS和IMU等其他传感器采样速率相差较大，会造成采样率高的部分数据缺失，可靠性不高。
[0006]二是采用软件同步。常用的时间配准算法有最小二乘法、内插外推法、拉格朗日插值法等。基于最小二乘法的时间配准方法应用最广，但是该方法只适用于传感器的采样起始时间相同、采用速率比为整数的情形下。内插外推法将同一时间片内的高精度数据向低精度数据进行内插外推，得到一系列等间隔的配准数据。但是，该方法的假设运动模型过于简单，在目标运动复杂时，配准误差较大。拉格朗日插值法能够很好地进行时间配准，但是只能在数据采样时间段内进行插值运算，实时性不高。
[0007]因此，现有技术存在的问题是：多传感器数据时间配准的可靠性低、误差大且实时性不高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法，可靠性高，实时性强。
[0009]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0010]一种基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法，包括以下步骤：
[0011](10)数据解析去格式化：对由ZYNQ中PL接收的不同格式多种传感器数据包进行解析和去格式化，提取其中数据；
[0012](20)数据标准化：对所述数据进行标准化，统一加入对应的信息，使各种数据格式相同，所述对应的信息包括传感器戳、时间戳、长度；
[0013](30)数据存储：将所述标准化后的各种传感器数据依次存入FIFO存储器；
[0014](40)数据更新：更新算法依次读取FIFO数据，并判断相邻数据的时间戳是否一致；不一致则将收到的数据送入后续的传输和时间配准算法中；一致则继续判断更新；
[0015](50)数据传输：在ZYNQ嵌入式系统中，PL将数据解析，标准化和更新之后写入PS进行时间配准后再送回PL；
[0016](60)数据时间配准：采用卡尔曼滤波算法和拉格朗日三点插值算法，将各传感器数据配准到一个基准时间上。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0018]可靠性高，实时性强：本方法是使用ZYNQ开发板，PL将多种传感器数据解析，标准化和更新之后，PL将数据通过AXI4总线FDMA写入PS内存中。采用卡尔曼滤波器对传感器观测数据进行滤波、预测及更新。利用所得的滤波数据和预测数据进行拉格朗日三点插值，得到当前配准时刻的观测数据。数据在PS内存中配准后，PL通过AXI4总线FDMA读取PS中的数据。该方法使用软硬件相结合，硬件上使用FPGA和ARM处理器能保证数据的可靠性和普遍性，算法上配准实时性高，误差小。
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。
附图说明
[0020]图1为本专利技术基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法的主流程图。
[0021]图2为图1中数据标准化步骤的流程图。
[0022]图3为图1中数据传输步骤的流程图。
具体实施方式
[0023]如图1所示，本专利技术基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法，包括以下步骤：
[0024](10)数据解析去格式化：对由ZYNQ中PL接收的不同格式多种传感器数据包进行解析和去格式化，提取其中数据；
[0025]所述(10)数据解析去格式化步骤中，ZYNQ中PL接收多种传感器数据，不同传感器采用不尽相同的协议，包括帧头、帧尾、校验位和数据内容。
[0026]PL通过解析数据包将数据内容部分提取出来。
[0027](20)数据标准化：对所述数据进行标准化，统一加入对应的信息，使各种数据格式相同，所述对应的信息包括传感器戳、时间戳、长度；
[0028]如图2所示，所述(20)数据标准化步骤包括：
[0029](21)加入长度信息：在数据内容之前加入长度信息；
[0030](22)加入时间戳：根据外部原子钟在数据到来时打上时间戳；
[0031](23)加入传感器戳：给每种传感器打上不同的传感器戳。
[0032](30)数据存储：将所述标准化后的各种传感器数据依次存入FIFO存储器；
[0033]所述(30)数据存储步骤中，数据标准化后进入FIFO缓冲器，不同的传感器分别存储到各自的FIFO中。
[0034](40)数据更新：更新算法依次读取FIFO数据，并判断相邻数据的时间戳是否一致；不一致则将收到的数据送入后续的传输和时间配准算法中；一致则继续判断更新；
[0035]假设data1进入到FIFO中，数据更新算法将此数据的时间戳与下一时刻FIFO中data2的时间戳进行比较，若时间戳不一致，则表明数据是最新的，将data1传送给后端，data2则继续在FIFO中与下一数据进行判断；若时间戳一致，则表明数据未更新，继续与下
一数据时间戳进行比较。
[0036](50)数据传输：在ZYNQ嵌入式系统中，PL将数据解析，标准化和更新之后写入PS进行时间配准后再送回PL；
[0037]如图3所示，所述(50)数据传输步骤包括：
[0038](51)PL写数据到PS：数据经解析、标准化和更新之后，PL将数据通过AXI4总线FDMA写入PS内存中进行后续的时间配准；
[0039](52)PS发数据到PL：数据在PS内存中配准后，PS通过AXI4总线FDMA将数据发给PL。
[0040](60)数据时间配准：采用卡尔曼滤波算法和拉格朗日三点插值算法，将各传感器数据配准到一个基准时间上。
[0041]所述(60)数据时间配准具体步骤为：
[0042]采用卡尔曼滤波器对传感器观测数据进行滤波、预测及更新。利用所得的滤波数据和预测数据进行拉格朗日三点插值，得到当前配准时刻的观测数据。
[0043](61)卡尔曼滤波算法：采用卡尔曼滤波器对传感器观测数据进行滤波、预测及更新；
[0044](62)拉格朗日三点插本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZYNQ的多传感器数据实时时间配准方法，其特征在于，包括以下步骤：(10)数据解析去格式化：对由ZYNQ中PL接收的不同格式多种传感器数据包进行解析和去格式化，提取其中数据；(20)数据标准化：对所述数据进行标准化，统一加入对应的信息，使各种数据格式相同，所述对应的信息包括传感器戳、时间戳、长度；(30)数据存储：将所述标准化后的各种传感器数据依次存入FIFO存储器；(40)数据更新：更新算法依次读取FIFO数据，并判断相邻数据的时间戳是否一致；不一致则将收到的数据送入后续的传输和时间配准算法中；一致则继续判断更新；(50)数据传输：在ZYNQ嵌入式系统中，PL将数据解析，标准化和更新之后写入PS进行时间配准后再送回PL；(60)数据时间配准：采用卡尔曼滤波算法和拉格朗日三点插值算法，将各传感器数据配准到一个基准时间上。2.根据权利要求1所述的多传感器数据实时时间配准方法，其特征在于：所述(10)数据解析去格式化步骤中，ZYNQ中PL接收多种传感器数据，不同传感器采用不尽相同的协议，包括帧头、帧尾、校验位和数据内容。3.根据权利要求1所述的多传感器数据实时时间配准方法，其特征在于，所述(20)数据标准化步骤包括：(21)加入长度信息：在数据内容之前加入长度信息；(22)加入时间戳：根据外部原子钟在数据到来时打上时间戳；(23)加入传感器戳：给每种传...

【专利技术属性】
技术研发人员：王虹，陈静，庄志洪，袁冠杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：