基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统及方法，包括ARM+FPGA处理器、GPS授时系统、MIMU、摄像头；GPS授时系统用于获取GPS授时信号，传递GPS秒脉冲信号至ARM+FPGA处理器；ARM+FPGA处理器包括PL模块和PC模块；PL模块内数据帧计数器用于对MIMU数据帧和摄像头数据帧进行计数，秒脉冲计数器用于对GPS秒脉冲信号进行计数，以秒脉冲计数器的值为基准，作为MIMU和/或摄像头校准后的更新频率；PC模块用于计算出每次MIMU和/或摄像头一秒钟的输出数据帧的时间误差，并反馈到PL模块。本发明专利技术通过数据帧计数和GPS授时的秒脉冲来计算MIMU和摄像头之间的时间误差，完成时间校正反馈，实现多传感器数据的同步采集功能。

Multi-sensor data synchronous processing system and method based on vehicle GPS time service system

【技术实现步骤摘要】
基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统及方法
本专利技术属于自动驾驶组合导航
，涉及一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统及方法。
技术介绍
自动驾驶技术是当前控制领域发展的重要分支。无人系统概念的提出，对导航精度提出了更高的要求，虽然目前采用多传感器数据融合技术，大大提高了导航精度，但各传感器(导航系统)信号输出延迟、晶振信号输出存在误差，都是制约自动驾驶汽车实现厘米级甚至毫米级导航的重要因素。卫星导航系统的授时系统具有高精度的时间信息，通过向外输出脉冲信号，可实现秒脉冲精度达到ns级别。自动驾驶汽车除使用GPS/BD实现绝对定位，也依赖惯性导航系统实现相对定位，惯性导航系统数据更新率较高，一般为几百到一千赫兹，所以在组合导航系统中占据着重要的地位；摄像头、激光雷达、高精度地图精度较高，但其依赖于图像处理技术，使得其存在时间误差。目前数据融合方法多以采样率较低的传感器(导航系统)作为组合导航系统的更新率，从而可消除部分时间误差，但这种方法不适用于自动驾驶汽车在全天候、复杂道路、复杂环境下的正常行驶。因此，如何提供一种具有高准确性的，基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对针对自动驾驶领域中组合导航系统存在时间误差，导致数据不能对齐的问题，提供了一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统及方法，内置高精度的时钟信号，并利用GPS秒妙处校准内部时钟，实现多传感器数据的同步采集功能。利用ZYNQ-7000中的FPGA进行时钟设计和ARM进行数据传输、数据缓存及算法控制，反应速度快。本专利技术为多传感器数据同步提供了一种新的实现途径。为了实现上述的专利技术目的，一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，包括ARM+FPGA处理器，以及与所述ARM+FPGA处理器连接的GPS授时系统、MIMU、摄像头；所述GPS授时系统用于获取GPS授时信号，并用秒脉冲进行校准，传递GPS秒脉冲信号至所述ARM+FPGA处理器；所述MIMU以数据帧的方式发送数据至所述ARM+FPGA处理器；所述摄像头以数据帧的方式发送数据至所述ARM+FPGA处理器；所述ARM+FPGA处理器包括PL模块和PC模块；所述PL模块内设置有数据帧计数器和秒脉冲计数器；其中所述数据帧计数器用于对MIMU数据帧和摄像头数据帧进行计数，所述秒脉冲计数器用于对GPS秒脉冲信号进行计数，以秒脉冲计数器的值为基准，作为MIMU和/或摄像头校准后的更新频率；所述PC模块用于计算出每次MIMU和/或摄像头一秒钟的输出数据帧的时间误差，并反馈到PL模块，实现对MIMU和/或摄像头的时间校正。优选的，所述摄像头设有图像处理模块，用于将摄像头采集到的数据先进行图像处理，再将处理后的数据通过通信接口与ARM+FPGA处理器接口端连接。优选的，所述PC端还用于完成MIMU和摄像头的数据融合处理过程，并输出处理后的数据；同时完成MIMU和摄像头的数据缓存。优选的，所述GPS授时系统通过RS422接口与所述ARM+FPGA处理器和所述摄像头实现通信。优选的，所述MIMU通过SPI协议与所述ARM+FPGA处理器实现通信。优选的，所述数据帧计数器和秒脉冲计数器均由晶体振荡器提供时钟基准信号。优选的，所述ARM+FPGA处理器采用ZYNQ-7000芯片。本专利技术还提供了一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理方法，包括如下步骤：S1、利用数据帧计数器的计时方法实时获取MIMU和摄像头的数据更新周期T1、T2，利用秒脉冲计数器获取GPS的秒脉冲为1PPS，秒脉冲的秒点与UTC秒点对齐；S2、在GPS的秒脉冲中断到来时，启动数据帧计数器，MIMU和摄像头数据更新脉冲中断，MIMU和摄像头数据更新中断到来时读出计数值，获得MIMU和摄像头数据帧计数值与秒脉冲信号的实时误差Δt1、Δt2；S3、GPS的秒脉冲作为GPS同步时间点，在GPS同步时间点上，MIMU和摄像头更新点分别对应T1+Δt1,T2+Δt2，得到每个秒脉冲到来时的更新频率；S4、将更新频率作为MIMU和摄像头的参考周期，应用到下一次秒脉冲的同步。优选的，在GPS秒脉冲采集开始时，先关闭GPS秒脉冲的中断，并将秒脉冲计数器清零；在设置好秒脉冲计数器中断向量后，允许MIMU和摄像头的数据更新中断，同时打开GPS秒脉冲的中断，最后返回中断服务程序开始阶段等待下一个中断指令的到来。优选的，在MIMU和摄像头的数据采集开始时，先关闭中断，读取此时数据帧计数器的值，计算Δt1、Δt2，然后恢复数据帧计数器缺省中断向量，并且禁止MIMU和摄像头的数据更新中断，对同步标志进行清理处理，同时设置数据融合标志，对MIMU和摄像头数据进行数据融合处理；之后打开中断，再返回中断服务程序开始阶段等待下一个中断指令的到来；MIMU和摄像头数据更新中断只在GPS秒脉冲到来后再开启。本专利技术相较现有技术具有以下有益效果：本专利技术是基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，内置高精度的时钟信号，并利用GPS秒脉冲校准内部时钟，实现多传感器数据的同步采集功能。利用ARM+FPGA处理器中的FPGA进行时钟设计和ARM进行数据传输、数据缓存及算法控制，反应速度快。本专利技术为多传感器数据同步提供了一种新的实现途径，采用ZYNQ-7000数据帧计数和GPS授时的秒脉冲来计算MIMU和摄像头之间的时间误差，实现时间校正反馈功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统的框架图；图2是本专利技术传感器发送数据帧的数据格式示意图；图3是本专利技术GPS秒脉冲信号、MIMU数据帧、摄像头数据帧三路数据的同步示意图；图4是本专利技术MIMU数据更新中断服务程序流程图；图5是本专利技术摄像头的数据更新中断服务程序流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图1对本专利技术的实施例作详细的描述。请参阅说明书附图1，为本专利技术一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统实施方式的原理图。以ZYNQ-7000双核ARM+FPGA为核心芯片，设计了硬件系统，并公开了时间误差的处理的方法。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，包括ARM+FPGA处理器，以及与所述ARM+FPGA处理器连接的GPS授时系统、MIMU、摄像头；/n所述GPS授时系统用于获取GPS授时信号，并用秒脉冲进行校准，传递GPS秒脉冲信号至所述ARM+FPGA处理器；/n所述MIMU以数据帧的方式发送数据至所述ARM+FPGA处理器；/n所述摄像头以数据帧的方式发送数据至所述ARM+FPGA处理器；/n所述ARM+FPGA处理器包括PL模块和PC模块；所述PL模块内设置有数据帧计数器和秒脉冲计数器；其中所述数据帧计数器用于对MIMU数据帧和摄像头数据帧进行计数，所述秒脉冲计数器用于对GPS秒脉冲信号进行计数，以秒脉冲计数器的值为基准，作为MIMU和/或摄像头校准后的更新频率；所述PC模块用于计算出每次MIMU和/或摄像头一秒钟的输出数据帧的时间误差，并反馈到PL模块，实现对MIMU和/或摄像头的时间校正。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，包括ARM+FPGA处理器，以及与所述ARM+FPGA处理器连接的GPS授时系统、MIMU、摄像头；
所述GPS授时系统用于获取GPS授时信号，并用秒脉冲进行校准，传递GPS秒脉冲信号至所述ARM+FPGA处理器；
所述MIMU以数据帧的方式发送数据至所述ARM+FPGA处理器；
所述摄像头以数据帧的方式发送数据至所述ARM+FPGA处理器；
所述ARM+FPGA处理器包括PL模块和PC模块；所述PL模块内设置有数据帧计数器和秒脉冲计数器；其中所述数据帧计数器用于对MIMU数据帧和摄像头数据帧进行计数，所述秒脉冲计数器用于对GPS秒脉冲信号进行计数，以秒脉冲计数器的值为基准，作为MIMU和/或摄像头校准后的更新频率；所述PC模块用于计算出每次MIMU和/或摄像头一秒钟的输出数据帧的时间误差，并反馈到PL模块，实现对MIMU和/或摄像头的时间校正。


2.根据权利要求1所述的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，所述摄像头设有图像处理模块，用于将摄像头采集到的数据先进行图像处理，再将处理后的数据通过通信接口与ARM+FPGA处理器接口端连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，所述PC端还用于完成MIMU和摄像头的数据融合处理过程，并输出处理后的数据；同时完成MIMU和摄像头的数据缓存。


4.根据权利要求1所述的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，所述GPS授时系统通过RS422接口与所述ARM+FPGA处理器和所述摄像头实现通信。


5.根据权利要求1所述的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，所述MIMU通过SPI协议与所述ARM+FPGA处理器实现通信。


6.根据权利要求1所述的一种基于车载GPS授时系统的多传感器数据同步处理系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德军，
申请(专利权)人：湖南率为控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43