[发明专利]多传感器数据同步采集装置及采集方法

说明书

本发明公开了一种基于ZYNQ的多传感器数据同步采集装置及采集方法，该装置采用ZYNQ系列SOC作为主控芯片，集成多个测绘领域常用传感器如惯性测量单元、激光雷达、GNSS接收机以及相机。利用SOC上的FPGA及ARM资源，本发明设计了多个传感器的数据同步采集方法，该方法通过高精度时间基准模块、相机授时模块、激光雷达授时模块、GNSS接收机授时模块、惯性测量单元授时模块以及数据接收与整合模块综合作用而实现，对多传感器的数据采集进行时间同步控制，极大提高了数据采集的实时性和时间准确性。

技术领域

本发明涉及多传感器数据采集及移动测绘技术领域，特别涉及一种基于ZYNQ实现的多传感器数据同步采集装置及采集方法。

背景技术

多传感器数据同步采集技术是移动测量的关键技术之一，同步采集是指各传感器的多源数据统一于同一时间基准，保证各传感器数据同步，同步采集装置是多传感器互相联系的纽带，移动测量系统中的多传感器集成到同步采集装置上，进行采集工作。随着影像测绘技术、激光扫描技术、以及惯性导航技术的发展，传统的、单一的空间数据采集系统已经迅速地被多传感器集成采集系统所取代，传统的人工测量方式已经不能满足现代地理空间数据的采集需求，地形信息数据已经从传统地图数据发展到了真三维、街景等新的数据形式，集成多种传感器的移动测量系统已经成为现代地理空间系统数据采集的趋势。

以往，多传感器数据同步采集装置的主控芯片多采用x86或ARM架构的SOC，而该类SOC的特点在于其串行计算能力较强，但并发处理能力较弱，同时，使用该类SOC的采集装置一般搭载非实时操作系统，这使得多传感器数据采集的时间同步难以保证。

当前，随着测绘技术的应用推广，对多传感器数据采集系统的采集精度和实时性都有了很高的要求，这也使得多传感器采集装置的主控芯片需要有更强大的并发和实时处理能力。Xilinx公司推出ZYNQ系列的SOC以ARM架构为主导，同时SOC内部也集成了FPGA资源，而FPGA的特点在于其并发处理能力强，且可严格保证程序执行的实时性。将多传感器数据信号接口集成于ZYNQ的FPGA端，利用FPGA的并发处理能力和实时性对多传感器进行实时的数据采集和同步控制，而在ARM端实现多传感器数据的整合、储存功能。ARM和FPGA结合带来的诸多优点使得ZYNQ系列SOC在多传感器数据同步采集装置的设计中得到了广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有多传感器采集系统的采集实时性和同步性不足的问题，提供一种多传感器数据同步采集装置及采集方法。该系统的主控芯片2采用了ZYNQ系列SOC，可实现多数常用传感器的同步采集控制，利用主控芯片2上FPGA端3强大的并行和实时处理能力，将传感器接入FPGA端3进行数据采集，利用主控芯片2上ARM端4集成现有的多种硬件资源，实现将采集到的数据进行整合、储存。该装置高度集成，可装载于各类高速移动的测绘装置如测绘车、测绘无人机等，为测绘系统提供高精度数据源。

本发明的目的通过下述硬件平台方案实现：

一种基于ZYNQ的多传感器数据同步采集装置，所述数据同步采集装置包括硬件设备载板1和多种硬件设备，其中，硬件设备载板1由电路板构成，用于集成多种硬件设备；

所述硬件设备均与硬件设备载板1相连，包括：主控芯片2，分为FPGA端3与ARM端4；

激光雷达5，用于采集三维距离数据的传感器；

惯性测量单元6，用于采集本装置运动过程中角速度和加速度数据的传感器；

GNSS接收机7，用于采集本装置实时位置数据的传感器，并且用于提供PPS秒脉冲信号；

相机8，用于采集图像数据的传感器；

板载差分晶振9，用于为本装置提供高精度时间信息；

无线数传电台10，用于本装置装置远程通讯；