[发明专利]一种基于GPS时标的多传感器数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种数据采集系统，特别涉及一种基于GPS时标的多传感器数据采集系统。

背景技术

随着科技的不断进步，导航制导技术已经渗透到社会的不同方面中。在军事领域，导航制导技术的成熟与否直接关系到导弹或无人机能否精准的命中目标或到达指定位置。在日常生活领域，车载导航技术的发展为人们的生活带来了更多的便利。

确定一个运动物体的姿态和位置信息，进而引导和控制载体向目标方向运动的过程称之为导航。导航的重要内容之一，就是提供运动物体的六个自由度的参数，即运动物体的三维角度和三维方位信息。这六个参数决定了运动物体的空间位置和状态信息。

一个完整的导航制导系统由以下几部分组成：传感器测量部分，控制计算机，执行机构和被控对象。传感器测量部分用于测量运动物体的位置，姿态，速度等信息。在早期的导航系统中，这些测量工作通常是由功能较为单一的仪器组成的，随着科学技术的不断进步，这些功能单一的仪器逐步被传感器所取代。而且，一个载体上通常会搭载多个传感器，如GPS接收机用于给出载体的位置信息，惯性元件用于给出载体的姿态信息，高度计用于给出载体的高度信息等。要想对载体进行精确的导航制导控制，就需要得到某一时刻下，载体的位置，姿态，速度等信息。可见，对传感器信息进行同步采集对导航制导系统具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GPS时标的多传感器数据同步采集系统的方案，可以实现惯性元件、GPS接收机、高度表等多种传感器数据的同步接收。

一种基于GPS时标的多传感器数据采集系统，其特征是本发明主要由GPS接收机、MTI航姿参考系统、FPGA芯片和上位机四部分组成。

所述的一种基于GPS时标的多传感器数据采集系统，其特征在于所述的核心部分是完成基于FPGA的GPS导航信息和GPS秒脉冲的接收处理。

所述的一种基于GPS时标的多传感器数据采集系统，其特征在于所述的GPS导航信息接收模块和MEMS陀螺仪信号接收模块的主要任务是编写串口接收程序，实现FPGA和GPS接收机、MEMS陀螺仪的数据接收。

本发明的目的是这样实现的：

本发明主要由GPS接收机、MTI航姿参考系统、FPGA芯片和上位机四部分组成。基于GPS时标的多传感器数据同步采集系统的主要任务是完成GPS接收机导航信息和MEMS陀螺仪输出姿态信息的同步接收。本设计用FPGA作为核心控制芯片，以GPS秒脉冲作为数据同步接收的时间基准。核心内容是如何利用GPS秒脉冲实现数据的同步接收，GPS秒脉冲出现上升沿后，接收机随之就会发送导航信息，可以认为此时导航信息中的位置信息就是载体在GPS秒脉冲上升沿时的位置信息，发送给上位机。MEMS陀螺仪的发送频率和GPS接收机的不同，不能将所有接收到的姿态信息都传送给上位机，只有在检测到GPS脉冲上升沿时，收到的MEMS陀螺信息传送给上位机。这样就采集到了在秒脉冲上升沿时刻的位置信息和姿态信息，并且采集的频率是1Hz，从而实现了GPS接收机导航信息和MEMS陀螺仪输出姿态信息的同步接收。接收到的数据还需要发送到上位机进行数据的后处理，最终可以得到在秒脉冲上升沿时刻的时间信息，载体的位置信息和载体的姿态信息。

本发明的核心部分是完成基于FPGA的GPS导航信息和GPS秒脉冲的接收处理，在此基础上完成GPS导航信息有效信息的提取和MEMS陀螺仪同步采集，具体任务可以分解为以下几个FPGA功能子模块：GPS秒脉冲信号处理模块，GPS导航信息接收模块，GPS导航信息提取模块，MEMS陀螺仪信息接收模块，信息发送模块。

其中，GPS导航信息接收模块和MEMS陀螺仪信号接收模块的主要任务是编写串口接收程序，实现FPGA和GPS接收机、MEMS陀螺仪的数据接收。GPS导航信息提取模块的主要作用是从GPS接收机发送的导航数据中识别和分离出时间，纬度，经度和高度信息。GPS秒脉冲信号处理模块的主要作用是正确识别出秒脉冲信号的上升沿，作为时间基准控制信息发送模块向上位机发送信息。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的FPGA的设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

一种基于GPS时标的多传感器数据采集系统，其特征是本发明主要由GPS接收机、MTI航姿参考系统、FPGA芯片和上位机四部分组成。

上述的核心部分是完成基于FPGA的GPS导航信息和GPS秒脉冲的接收处理。