[发明专利]一种分布式POS子IMU数据同步采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式POS子IMU数据同步采集系统，属于惯性技术领域，主要应用于分布式POS子系统的数据采集。

背景技术

航空遥感实现高精度成像要求飞机做匀速直线运动，但是飞机受气流扰动、飞控系统误差等因素影响，必然偏离理想的匀速直线运动，形成运动误差，导致遥感成像分辨率和精度严重下降，必须进行高精度运动补偿。位置姿态测量系统（Position and Orientation System，POS）是一种特殊的惯性/卫星组合测量系统，可精确测量遥感载荷中心的位置、速度和姿态等运动参数，是高分辨率航空遥感系统实现运动补偿的关键设备。

随着飞行平台技术的革新，航空遥感向多遥感载荷及阵列载荷方向发展。但是，由于多个观测载荷分布在非刚性平台的不同位置，存在挠曲变形、振动等因素，传统的单一POS无法实现多点的高精度测量。此时，每个载荷都需要使用POS提供运动参数进行补偿，形成一个多测量节点的分布式POS系统。但是，简单的在每个载荷上安装一个POS，会带来系统体积、质量和成本的急剧增加。因此，分布式POS系统设计由一个高精度的主POS系统和分布在不同测量节点的多个小型惯性测量单元（Inertia Measurement Unit，IMU）共同构成，其中，小型子IMU完成不同测量节点运动信息的测量，并传输给主POS系统实现数据融合，最终在主POS中得到不同测量节点的高精度位置、速度和姿态信息，实现多个观测载荷的运动补偿。但是，主POS系统与不同测量节点的子IMU之间属于独立的系统，存在不同的时间基准，无法有效实现分布式POS系统的数据融合。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种分布式POS子IMU数据同步采集系统，从而满足分布式POS子IMU小型化的需求，实现分布式POS系统的时间同步。

本发明的技术解决方案是：本发明包括基于FPGA的同步控制与数据接收模块、高速异步串行总线和基于ARM的数据采集与处理模块；基于FPGA的同步控制与数据接收模块属于主POS系统，模块产生同步脉冲信号送入高速异步串行总线，用于分布式POS不同测量节点子IMU的时间同步；同时接收通过高速异步串行总线传送的不同测量节点子IMU的导航数据，将数据并行送入分布式POS信息处理计算机进行数据融合运算；基于ARM的数据采集与处理模块属于子IMU系统，接收通过高速异步串行总线传送的同步脉冲信号，在同步脉冲信号的同步作用下并行采集三轴一体光纤陀螺信号、三路加速度计信号以及陀螺和加速度计温度信号，并对采集的数据进行数字低通滤波、温度误差补偿和加和平滑，通过高速异步串行总线传送给主POS系统实现数据的信息融合。

基于FPGA的同步控制与数据接收模块内部设置一个定时器，当存在GPS秒脉冲信号时，基于FPGA的同步控制与数据接收模块接收该秒脉冲信号，根据秒脉冲修正定时器误差，保证定时精度，同时利用秒脉冲产生同步脉冲信号，通过高速异步串行总线传送到子IMU，重置基于ARM的数据采集与处理模块内部的定时器，实现不同测量节点子IMU的时间同步；当不存在GPS秒脉冲信号时，FPGA利用内部定时器的定时功能，在整秒时刻产生同步脉冲信号，通过高速异步串行总线传送到子IMU，重置基于ARM的数据采集与处理模块内部的定时器，实现不同测量节点子IMU的时间同步。

高速异步串行总线采用RS-422总线实现主POS系统和位于不同测量节点的子IMU之间的通信。

基于ARM的数据采集与处理模块通过核心处理器ARM完成三轴一体光纤陀螺信号、三路加速度计信号以及陀螺和加速度计温度信号的采集与数据处理，包括数据采集模块和数据处理模块；数据采集模块将三轴一体光纤陀螺信号、三路加速度计信号以及陀螺和加速度计温度信号调理成ARM能够处理的数字信号送入数据处理模块；数据处理模块通过接收同步脉冲信号同步采集时钟，实时读取三轴一体光纤陀螺、三路加速度计以及陀螺和加速度计温度数据，存入相应的数据队列，然后对光纤陀螺数据及三路加速度计数据进行数字低通滤波；利用陀螺温度数据和加速度计温度数据分别对陀螺数据和加速度计数据进行查找表式温度补偿；将经过低通滤波和温度误差补偿的陀螺数据和加速度计数据进行加和平滑，利用高速异步串行总线将数据发送主POS系统接收数据，实现多个子IMU数据的信息融合。