基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法技术

本发明专利技术公开一种基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法，包括以下步骤：(10)传感器数据采集：基于ZYNQ平台，采集传感器发送的原始数据；(20)时钟基准建立：构建微秒级时钟计数器，获得时间戳数据，根据数据传输停止时的计数值得到本次采集的数据时间戳；(30)数据类型识别：识别接收到的不同传感器数据或相同传感器的不同类型数据，建立相应的处理线程；(40)相同结构数据帧组建：将各传感器有效数据与采集的数据时间戳结合，构成相同结构的新组建数据帧，并添加数据类型ID；(50)数据帧传输：将新组建数据帧传输到上位机。本发明专利技术的数据时间同步方法，同步精度稳定性好、时间准确性高，便于对数据进行后续处理。便于对数据进行后续处理。便于对数据进行后续处理。

【技术实现步骤摘要】
基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法


[0001]本专利技术属于导航数据预处理
，特别是一种基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法。

技术介绍

[0002]导航技术是无人驾驶安全的基础，是无人驾驶系统的关键组成部分。由于对导航技术的要求不断提高，采用单一传感器数据进行导航定位的方式变得不再可靠，组合导航系统成为更好的选择。组合导航系统本质是对各导航设备测量的导航信息进行综合处理的系统。
[0003]目前组合导航系统根据不同应用需求，配置不同传感器，具有不同的特定功能，其工作原理大致相同。系统需要对载体安装的GPS、IMU等传感器原始数据进行采集，数据类型分类，时间同步等预处理后传输至处理中心进行融合处理。导航系统对多源数据进行融合处理时需要知晓数据的类型和含义，并考虑如何使多种传感器向中央处理器提供的导航信息是同一时刻的。
[0004]由于这些数据来源于不同传感器或不同的系统，各传感器和系统遵循的数据采集与传输的标准也不统一，同时，各传感器执行的任务不同、自身性能优劣有所差异，所处环境也不相同等多方面原因，使得各传感器的量测数据时间上不同步。增加了数据融合的难度，致使导航系统多源异构数据融合效果差。
[0005]目前,多传感器数据采集时间同步的方法如文献“SINS/GPS组合导航系统时序同步技术研究”(作者，黄凤钊等，中国惯性技术学报，2001，9)所述，包括SINS/GPS时序接收机同步启动；SINS和GPS接收机任务时序保持同步。即通过GPS接收机输出的1PPS脉冲信号作为INS采样控制电路时序启动的触发脉冲，实现SINS和GPS接收机同步启动。通过动态调节SINS基本时序发生器的分频率值实现SINS和GPS接收机任务时序保持同步。
[0006]上述方法针对GPS和SINS脉冲信号采样频率不同的问题，以GPS的脉冲信号作为输出的基准信号对SINS的脉冲信号进行校正，实现SINS和GPS的数据同步。然而，由于各传感器都以GPS接收机的1PPS脉冲信号为基准对自身时序进行修正，当GPS接收机失锁时，其1PPS信号精度随着时间推移越来越差，从而使各传感器之间的时间同步精度越来越差。
[0007]同时，由于各传感器子系统完成测量数据更新后，要通过通信总线传输给数据融合中心，融合中心接收到数据后还需进行如平滑去噪或积分等预处理操作，而数据传输和预处理也需要时间，因此，也存在融合中心对数据进行同步时对应的是数据融合的时刻而非各传感器数据更新的时刻，从而导致时间准确性不够高。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于提供一种基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法，同步精度稳定性好、时间准确性高，便于对数据进行后续处理。
[0009]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0010]一种基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法，包括以下步骤：
[0011](10)传感器数据采集：根据传感器通信总线及传输协议，基于ZYNQ平台，采集传感器发送的原始数据；
[0012](20)时钟基准建立：利用全局时钟构建微秒级时钟计数器，获得微秒级时间戳数据，根据数据传输停止时的计数值得到本次采集的数据时间戳；
[0013](30)数据类型识别：通过通信总线接口和传输协议标识符，识别接收到的不同传感器数据或相同传感器的不同类型数据，并根据不同类型传感器或相同类型传感器不同的数据类型建立相应的处理线程；
[0014](40)相同结构数据帧组建：将各传感器有效数据与采集的数据时间戳结合，构成相同结构的新组建数据帧，并在新组建数据帧中添加数据类型ID；
[0015](50)数据帧传输：将打好时间戳和数据类型ID符的新组建数据帧传输到上位机。
[0016]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0017]1、时间同步精度稳定性好：本专利技术以PPS脉冲为基准建立微秒级时间计数器并对时间计数器进行清零更新，并在各传感器数据更新时刻提取微秒级时间计数器的时间戳数据，在GPS失锁、PPS脉冲随时间精度降低的情况下，仍能获得各传感器之间数据更新时刻的微秒级精确时间差，保证同步精度不会降低；
[0018]2、时间准确性高：本专利技术在各传感器量测数据更新时刻获得时间戳数据，并组合成新的数据帧再传输给数据融合中心，使用各传感器数据更新时刻的时间戳数据进行融合，抵消了数据传输和预处理的产生的时延，确保需要同步的数据对应的时刻是其更新时刻，而不是融合中心进行融合的时刻；
[0019]3、时间误差小：本专利技术利用ZYNQ平台指令并行处理的特点，相较于ARM的指令顺序执行，可以做到各模块同时工作，减少了指令逐条执行产生的时间误差。
[0020]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0021]图1为本专利技术基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法的主流程图。
[0022]图2为图1中传感器数据采集步骤的流程图。
[0023]图3为图1中时钟基准建立步骤的流程图。
[0024]图4为图1中数据类型识别步骤的流程图。
[0025]图5为图1中相同结构数据帧组建步骤的流程图。
具体实施方式
[0026]如图1所示，本专利技术基于ZYNQ的组合导航多源异构数据时间同步方法，包括以下步骤：
[0027](10)传感器数据采集：根据传感器通信总线及传输协议，基于ZYNQ平台，采集传感器发送的原始数据；
[0028]判定传感器的传输接口及协议，驱动传感器开始发送数据并驱动ZYNQ相应通信总线接口对发送的数据进行接收，串行数据接收后以一字节格式缓存，建立字节计数器计数已接收的字节个数。
[0029]如图2所示，所述(10)传感器数据采集步骤包括：
[0030](11)配置ZYNQ平台外设驱动：根据所使用的传感器对应的通信总线接口，编写ZYNQ平台对应的接口外设驱动，确保ZYNQ平台与各传感器可以进行正常通信。
[0031]ZYNQ(例如，ZYNQ
‑
7000All Programmable SoC)是赛灵思公司(Xilinx)推出的新一代全可编程片上系统(APSoC)，它将处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性进行完美整合，以提供无与伦比的系统性能、灵活性与可扩展性。与传统SoC解决方案不同的是，高度灵活的可编程逻辑(FPGA)可以实现系统的优化和差异化，允许添加定制外设与加速器，从而适应各种广泛的应用。
[0032](12)初始化传感器：将所述接口外设驱动通过ZYNQ平台与各传感器之间的通信总线，写入各传感器内部寄存器。
[0033]参考传感器数据手册，通过所述步骤(11)配置的ZYNQ平台与各传感器之间的通信总线连接，向传感器内部寄存器写入对应数据，实现对传感器的初始化配置并使能传感器开始工作。
[0034](13)开始数据传输：当传感器从通信总线上接收到数据传输起始信号，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的组合导航多源异构数据时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：(10)传感器数据采集：根据传感器通信总线及传输协议，基于ZYNQ平台，采集传感器发送的原始数据；(20)时钟基准建立：利用全局时钟构建微秒级时钟计数器，获得微秒级时间戳数据，根据数据传输停止时的计数值得到本次采集的数据时间戳；(30)数据类型识别：通过通信总线接口和传输协议标识符，识别接收到的不同传感器数据或相同传感器的不同类型数据，并根据不同类型传感器或相同类型传感器不同的数据类型建立相应的处理线程；(40)相同结构数据帧组建：将各传感器有效数据与采集的数据时间戳结合，构成相同结构的新组建数据帧，并在新组建数据帧中添加数据类型ID；(50)数据帧传输：将打好时间戳和数据类型ID符的新组建数据帧传输到上位机。2.根据权利要求1所述的组合导航多源异构数据时间同步方法，其特征在于，所述(10)传感器数据采集步骤包括：(11)配置ZYNQ平台外设驱动：根据所使用的传感器对应的通信总线接口，编写ZYNQ平台对应的接口外设驱动，确保ZYNQ平台与各传感器可以进行正常通信；(12)初始化传感器：将所述接口外设驱动通过ZYNQ平台与各传感器之间的通信总线，写入各传感器内部寄存器；(13)开始数据传输：当传感器从通信总线上接收到数据传输起始信号，则拉高相应的传输起始标志位，开始数据传输；(14)接收异步串行数据：以50MHz全局时钟建立时钟周期计数器，当时钟周期计数器计数到一比特数据在通信总线上保持的系统时钟周期个数N时，累加已接收比特计数器的值并清零时钟周期计数器，重新开始计数；当已接收比特计数器的值计数到8时，将8比特数据以一字节格式缓存，清空已接收比特计数器；(15)更新字节计数器：每缓存一字节数据，将字节计数器的值加1。3.根据权利要求1所述的组合导航多源异构数据时间同步方法，其特征在于，所述(20)时钟基准建立步骤包括：(21)建立全局时钟：利用ZYNQ平台的晶振外设提供的50MHz信号作为系统工作的全局时钟；(22)提取数据时间戳：根据传输起始标志位被拉高，开始数据传输时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王虹，陈亚彬，饶庆，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：