[发明专利]一种数据同步采集系统及数据同步采集方法

说明书

本申请公开一种数据同步采集系统及数据同步采集方法。系统包括GNSS板卡、IMU、FPGA和采集板；GNSS板卡和IMU均与FPGA连接，GNSS板卡和IMU均与采集板连接。GNSS板卡将PPS同时传输给FPGA和采集板，并向采集板传输GNSS数据；FPGA根据PPS的上升沿产生同步脉冲序列，并将同步脉冲序列发送给IMU；IMU根据同步脉冲序列采集IMU数据，将IMU数据传输给采集板，向采集板发送TOV脉冲；采集板用于根据接收到的秒脉冲PPS和TOV脉冲对IMU数据和GNSS数据进行时间同步。FPGA产生高精度同步脉冲提高计数精度。同步脉冲序列的脉冲沿与PPS脉冲沿是对齐，提高时间同步精度。

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种数据同步采集系统及数据同步采集方法。

背景技术

在以机载方式采集数据的技术领域，机载端通常需要采集高精度的位姿数据。依据位姿数据来进行航迹和姿态的解算。以记载激光雷达为例，通过解算出的航姿和姿态数据可以生成点云数据。

机载端采集的位姿数据通常包括：全球导航卫星系统（Global NavigationSatellite System，GNSS）提供的导航数据和惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）提供的惯导数据。导航数据在下文简称GNSS数据，惯导数据在下文简称IMU数据。GNSS数据自带精确的卫星同步时间，因此要求IMU数据与GNSS数据时间同步。

图1示出了一种现有的数据同步采集系统，该系统包括GNSS板卡、IMU和采集板。IMU配置为固定采样率，利用GNSS板卡输出的时间同步信号脉冲进行同步。其中，时间同步信号脉冲是秒脉冲（pulses per second，PPS），即脉冲周期是1秒，下文以PPS作为时间同步信号脉冲的简称。IMU向采集板提供的脉冲称为时间有效（Time of Validity，TOV）脉冲。

在图1所示的系统中，采集板捕捉PPS，重置采集板内部的计数器。采集板捕捉IMU提供的TOV脉冲，以TOV脉冲触发内部中断并读取当前计数值，换算出时间。然后，采集板读取下一帧IMU数据，将前面换算出的时间作为该帧IMU数据的同步时间。

在图1系统中，通过采集板单片机的内部时钟进行计数，然后用计数值乘以时钟周期作为IMU数据的同步时间。该系统存在以下缺陷：首先，单片机通常使用石英振荡器或者内部RC时钟作为脉冲源，脉冲周期的精度有限。其次，图2示出了PPS与单片机内部时钟的脉冲，PPS的脉冲沿与内部时钟的脉冲沿不是对齐的，即图2中的延迟时间T是未知的。综合以上两点，现有技术方案中对IMU数据和GNSS数据的时间同步精度不足。时间同步精度差会影响最终形成的点云数据的精度。目前机载激光雷达技术在测绘、农业植保、林业调查和电力巡检等领域都有广泛的应用。以测绘为例，点云数据的精度不足在多航带测绘过程中会导致航带之间的重叠部分无法对齐，很可能导致数据无法达到验收质量。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种数据同步采集系统及数据同步采集方法，以解决IMU数据和GNSS数据的时间同步精度较低的问题。

本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种数据同步采集系统，包括：全球导航卫星系统GNSS板卡、惯性测量单元IMU、现场可编程逻辑门阵列FPGA和采集板；所述GNSS板卡和所述IMU均与所述FPGA连接，且所述GNSS板卡和所述IMU均与所述采集板连接；

所述GNSS板卡用于将秒脉冲PPS同时传输给所述FPGA和所述采集板，并向所述采集板传输GNSS数据；

所述FPGA用于根据所述PPS的上升沿产生同步脉冲序列，并将所述同步脉冲序列发送给所述IMU；所述同步脉冲序列的脉冲频率为依据所述IMU的数据采样率确定；