一种基于FPGA的多源导航信号同步方法及同步装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的多源导航信号同步方法及同步装置，同步方法包括：FPGA模块对输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并获取1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的对应关系；FPGA模块基于对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳；IMU模块接收本地触发脉冲信号并触发，进行姿态测量并向FPGA模块输出测量数据和测量数据有效信号；相机模块接收相机触发脉冲信号并进行曝光，向FPGA模块输出曝光脉冲；FPGA模块基于本地同步时间戳，接收到测量数据有效信号和曝光脉冲时晶振周期计算出输出同步时间戳，并将输出同步时间戳和测量数据一起输出。时间戳和测量数据一起输出。时间戳和测量数据一起输出。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多源导航信号同步方法及同步装置


[0001]本专利技术涉及导航领域，尤其涉及一种基于FPGA的多源导航信号同步方法及同步装置。

技术介绍

[0002]随着我国北斗三号全球卫星导航系统的全面建成，全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System,GNSS)能力得到进一步提升和发展(目前，世界上共有四个GNSS系统—美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo和我国北斗)。然而，由于无线电定位技术的先天特点，导航卫星信号十分容易受到遮挡和干扰，北斗等GNSS系统依然无法满足室内、地下、隧道等环境下的用户使用需求。为此，多源融合导航已成为解决和突破这一瓶颈问题的主要技术手段。
[0003]GNSS传感器、惯性测量器件(Inertial MeasurementUnit,IMU)与视觉(Visual)传感器的组合，是目前最常见的多源融合导航方案之一。一方面，GNSS系统能够在可用的情况下为整个方案提供准确的绝对坐标位置基准，从而修正IMU与相机传感器的累积误差，并对其误差参数进行估计和标定；另一方面，IMU与相机传感器所构成的视觉里程计(Visual
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InertialOdometry,VIO)则能在GNSS卫星信号遮挡或不可用的情况下，维持高精度的位姿估计与连续输出。从而，能够形成良好互补，更好地满足室内机器人、无人驾驶、辅助自动驾驶等领域的应用需求。
[0004]而现有的GNSS导航系统、IMU系统和相机是相互独立的系统，其时间基准和数据更新频率不一致，这就需要对不同系统的信息进行同步处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA的多源导航信号同步方法及同步装置。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于FPGA的多源导航信号同步方法，包括：
[0007]S1.FPGA模块对GNSS模块输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系；
[0008]S2.所述FPGA模块基于所述时间对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳；
[0009]S3.所述IMU模块接收所述本地触发脉冲信号并触发，进行姿态测量并向所述FPGA模块输出测量数据和测量数据有效信号；以及，所述相机模块接收所述相机触发脉冲信号并进行曝光，并向所述FPGA模块输出曝光脉冲；
[0010]S4.所述FPGA模块基于所述本地同步时间戳，接收到所述测量数据有效信号和所述曝光脉冲时所述晶振的晶振周期计算出输出同步时间戳，并将所述输出同步时间戳和所述测量数据一起输出；其中，所述输出同步时间戳包括IMU时间戳和相机时间戳。
[0011]根据本专利技术的一个方面，步骤S1中，FPGA模块对GNSS模块输入的1PPS基准同步脉
冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，则包括：
[0012]所述FPGA模块基于所述晶振记录所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿到来时刻的本地时钟计数；
[0013]所述FPGA模块解析接收到的所述时间戳信息，并将所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数建立时间对应关系。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述FPGA模块解析接收到的所述时间戳信息，并将所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数建立时间对应关系的步骤中，若所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数之间的时间间隔超过1s，则重新执行步骤S1以建立新的所述时间对应关系。
[0015]根据本专利技术的一个方面，步骤S1中，FPGA模块对GNSS模块输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系的步骤中，若所述FPGA模块在预设时间内没有收到后续的所述1PPS基准同步脉冲信号，则判定所述1PPS基准同步脉冲信号中断；
[0016]若所述1PPS基准同步脉冲信号中断，则包括：
[0017]所述FPGA模块保留前一次所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿建立的时间对应关系；
[0018]所述FPGA模块以前一次建立时间对应关系时刻的本地时钟计数Npps
’
为基准继续对所述晶振进行外推计数。
[0019]根据本专利技术的一个方面，步骤S2中，所述FPGA模块基于所述时间对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，以所述时间对应关系中的所述时间戳信息作为所述本地同步时间戳的基准；
[0020]若所述1PPS基准同步脉冲信号中断，以前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息作为所述本地同步时间戳的基准。
[0021]根据本专利技术的一个方面，步骤S2中，所述FPGA模块基于所述时间对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，则所述FPGA模块在产生所述IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号的同时，记录所述晶振的本地时钟计数Npps；
[0022]若所述1PPS基准同步脉冲信号中断，则所述FPGA模块在产生所述IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号的同时，基于所述晶振的外推计数持续进行本地时钟计数。
[0023]根据本专利技术的一个方面，步骤S4中，所述FPGA模块基于所述本地同步时间戳，接收到所述测量数据有效信号和所述曝光脉冲时所述晶振的晶振周期计算出输出同步时间戳的步骤中，包括：
[0024]所述FPGA模块接收到所述测量数据有效信号后，记录下所述测量数据有效信号上升沿到来时所述晶振的本地时钟计数Nimu；
[0025]所述FPGA模块接收到所述曝光脉冲后，记录与其上升沿和下降沿中点相对应的本地时钟计数Ncrm；
[0026]所述FPGA模块分别基于所述本地时钟计数Nimu和本地时钟计数Ncrm计算所述输出同步时间戳。
[0027]根据本专利技术的一个方面，步骤S4中，所述FPGA模块分别基于所述本地时钟计数Nimu和本地时钟计数Ncmu计算所述输出同步时间戳的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，则所述FPGA模块基于所述本地时钟计数Nimu、所述时间对应关系中的所述时间戳信息、所述本地时钟计数Npps计算所述IMU时间戳，表示为：
[0028]其中，Timu表示IMU时间戳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多源导航信号同步方法，包括：S1.FPGA模块对GNSS模块输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系；S2.所述FPGA模块基于所述时间对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳；S3.所述IMU模块接收所述本地触发脉冲信号并触发，进行姿态测量并向所述FPGA模块输出测量数据和测量数据有效信号；以及，所述相机模块接收所述相机触发脉冲信号并进行曝光，并向所述FPGA模块输出曝光脉冲；S4.所述FPGA模块基于所述本地同步时间戳，接收到所述测量数据有效信号和所述曝光脉冲时所述晶振的晶振周期计算出输出同步时间戳，并将所述输出同步时间戳和所述测量数据一起输出；其中，所述输出同步时间戳包括IMU时间戳和相机时间戳。2.根据权利要求1所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤S1中，FPGA模块对GNSS模块输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，则包括：所述FPGA模块基于所述晶振记录所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿到来时刻的本地时钟计数；所述FPGA模块解析接收到的所述时间戳信息，并将所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数建立时间对应关系。3.根据权利要求2所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，所述FPGA模块解析接收到的所述时间戳信息，并将所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数建立时间对应关系的步骤中，若所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数之间的时间间隔超过1s，则重新执行步骤S1以建立新的所述时间对应关系。4.根据权利要求2所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤S1中，FPGA模块对GNSS模块输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系的步骤中，若所述FPGA模块在预设时间内没有收到后续的所述1PPS基准同步脉冲信号，则判定所述1PPS基准同步脉冲信号中断；若所述1PPS基准同步脉冲信号中断，则包括：所述FPGA模块保留前一次所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1PPS基准同步脉冲信号上升沿或下降沿建立的时间对应关系；所述FPGA模块以前一次建立时间对应关系时刻的本地时钟计数Npps
’
为基准继续对所述晶振进行外推计数。5.根据权利要求4所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤S2中，所述FPGA模块基于所述时间对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，以所述时间对应关系中的所述时间戳信息作为所述本地同步时间戳的基准；若所述1PPS基准同步脉冲信号中断，以前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息
作为所述本地同步时间戳的基准。6.根据权利要求5所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤S2中，所述FPGA模块基于所述时间对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳的步骤中，若所述1PPS基准同步脉冲信号连续输入，则所述FPGA模块在产生所述IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号的同时，记录所述晶振的本地时钟计数Npps；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，刘成，董启甲，张爽娜，李芳，田润，汪陶胜，宋志鹏，
申请(专利权)人：北京眸星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：