[发明专利]一种面向导航系统的传感器数据智能采集系统

说明书

本发明公开一种面向导航系统的传感器数据智能采集系统，对采集得到的传感器数据在传输前即可进行预处理，提升了采集数据的抗干扰能力，且具有一定的误差补偿能力，预处理过程不需要远端主控处理器干预，系统集成有RS422电平的全双工双冗余高速异步串行接口，完成了对惯组传感器测量数据高可靠、高速的传输及更新，便于CPU及时进行导航解算任务。

技术领域

本发明属于弹载惯性导航系统数据采集与处理技术领域，实现面向导航系统的传感器数据高精度采集、预处理及传输功能。

背景技术

惯性导航系统利用自身的惯性元件来建立和保持空间基准，并测量载体运动，惯导系统处理器将采集得到的传感器数据经过解算，输出载体的航向、航速、位置和姿态等数据。然而惯导装置内部空间较小，各模块放置位置紧凑且受到一定限制，惯导传感器数据采集模块与惯导处理器模块无法紧邻放置，两模块之间进行惯导传感器数据传输时，受到的干扰会随着距离的增长以及电磁环境复杂度的增加而增大。同时，惯导系统采集数据量也越来越大，为保证导航系统及时获取最新传感器数据，实时解算出载体信息，系统要求以一个较小的周期不停地传输更新惯导测量数据，这对惯导数据传输接口的速率、可靠性提出了更高的要求。

发明内容

本发明目的是提供一种面向导航系统的传感器数据智能采集系统，完成在数据传输前端进行采集数据的预处理，提高数据抗干扰性，完成数据的高速可靠传输。

本发明的技术方案包括以下:

一种面向导航系统的传感器数据智能采集系统，包括惯导系统传感器数据智能采集电路、全双工双冗余高速异步串行通信接口、惯组测量数据处理电路三部分，其中，所述惯导系统传感器数据智能采集电路不仅完成传感器数据的采集转换，还利用可编程器件实现了在数据传输前端即采集板上对待传输数据进行预处理的功能，预处理过程不需要远端主控处理器干预，预处理后的传感器数据通过全双工双冗余高速异步串行接口电路传输到导航系统的主控处理器进行数据处理，完成导航解算。

1、惯性导航系统传感器数据智能采集电路设计

传感器数据采集电路设计包含三部分，第一部分是对传感器模拟量的采集转换，第二部分是对陀螺抖频脉冲信号的采集计数，第三部分是对传感器数据的预处理。

对传感器模拟量的采集转换电路设计如下。首先对输入传感器模拟量进行调理，对小信号模拟量进行放大，使其满足A/D转换芯片对输入信号幅值的要求，对满足幅值要求的模拟量进行过压保护，防止因传感器故障输出信号幅值过大而导致对后端电路造成损伤。而后将调理后的模拟量送至模数转换器进行模拟量到数字量的转换。对于温度模拟量的采集，在温度模拟量转换的A/D芯片上增加一路自校正通道，采集一可预知的电平。

陀螺抖频脉冲信号进入惯导系统后，首先进入施密特反相器进行处理，一方面是为了对信号进行隔离，防止外部干扰对系统的损伤，另一方面是为了消除信号毛刺。

将采集转换得到的传感器数据送入采集板上可编程器件进行预处理，在传输前端增强惯组测量数据抗干扰能力且提供一定的误差补偿，该预处理过程不需要远端主控处理器干预。

2、惯性导航系统全双工双冗余高速异步串行接口设计

本设计中高速异步串行接口以频标作为同步，在频标脉冲的一个周期内进行惯组测量数据的传输，并衡量惯组测量数据量大小，确定高速异步串口通信速率。

高速异步串行接口设计包含RS422电平高速异步串行接口硬件电路设计、高速异步串行接口协议的实现以及高速异步串行接口软件驱动的实现。

其中，硬件电路设计包括，采用差分线总线驱动器实现RS422差分电平与单端TTL电平的相互转换，提高驱动能力、接收灵敏度以及抗干扰能力；采用电平转换器件实现TTL电平与FPGA逻辑电平的转换；采用FPGA实现高速异步串行接口的协议；采用DSP芯片实现高速异步串行接口驱动软件的运行。