技术特征：
1.一种基于fpga的多源导航信号同步方法，包括：s1.fpga模块对gnss模块输入的1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系；s2.所述fpga模块基于所述时间对应关系产生imu模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳；s3.所述imu模块接收所述本地触发脉冲信号并触发，进行姿态测量并向所述fpga模块输出测量数据和测量数据有效信号；以及，所述相机模块接收所述相机触发脉冲信号并进行曝光，并向所述fpga模块输出曝光脉冲；s4.所述fpga模块基于所述本地同步时间戳，接收到所述测量数据有效信号和所述曝光脉冲时所述晶振的晶振周期计算出输出同步时间戳，并将所述输出同步时间戳和所述测量数据一起输出；其中，所述输出同步时间戳包括imu时间戳和相机时间戳。2.根据权利要求1所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s1中，fpga模块对gnss模块输入的1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系的步骤中，若所述1pps基准同步脉冲信号连续输入，则包括：所述fpga模块基于所述晶振记录所述1pps基准同步脉冲信号上升沿或下降沿到来时刻的本地时钟计数；所述fpga模块解析接收到的所述时间戳信息，并将所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1pps基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数建立时间对应关系。3.根据权利要求2所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，所述fpga模块解析接收到的所述时间戳信息，并将所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1pps基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数建立时间对应关系的步骤中，若所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1pps基准同步脉冲信号上升沿或下降沿的本地时钟计数之间的时间间隔超过1s，则重新执行步骤s1以建立新的所述时间对应关系。4.根据权利要求2所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s1中，fpga模块对gnss模块输入的1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并通过晶振的本地时钟计数获取所述1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息的时间对应关系的步骤中，若所述fpga模块在预设时间内没有收到后续的所述1pps基准同步脉冲信号，则判定所述1pps基准同步脉冲信号中断；若所述1pps基准同步脉冲信号中断，则包括：所述fpga模块保留前一次所述时间戳信息与最近一次检测到的所述1pps基准同步脉冲信号上升沿或下降沿建立的时间对应关系；所述fpga模块以前一次建立时间对应关系时刻的本地时钟计数npps’为基准继续对所述晶振进行外推计数。5.根据权利要求4所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s2中，所述fpga模块基于所述时间对应关系产生imu模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳的步骤中，若所述1pps基准同步脉冲信号连续输入，以所述时间对应关系中的所述时间戳信息作为所述本地同步时间戳的基准；若所述1pps基准同步脉冲信号中断，以前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息
作为所述本地同步时间戳的基准。6.根据权利要求5所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s2中，所述fpga模块基于所述时间对应关系产生imu模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳的步骤中，若所述1pps基准同步脉冲信号连续输入，则所述fpga模块在产生所述imu模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号的同时，记录所述晶振的本地时钟计数npps；若所述1pps基准同步脉冲信号中断，则所述fpga模块在产生所述imu模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号的同时，基于所述晶振的外推计数持续进行本地时钟计数。7.根据权利要求6所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s4中，所述fpga模块基于所述本地同步时间戳，接收到所述测量数据有效信号和所述曝光脉冲时所述晶振的晶振周期计算出输出同步时间戳的步骤中，包括：所述fpga模块接收到所述测量数据有效信号后，记录下所述测量数据有效信号上升沿到来时所述晶振的本地时钟计数nimu；所述fpga模块接收到所述曝光脉冲后，记录与其上升沿和下降沿中点相对应的本地时钟计数ncrm；所述fpga模块分别基于所述本地时钟计数nimu和本地时钟计数ncrm计算所述输出同步时间戳。8.根据权利要求7所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s4中，所述fpga模块分别基于所述本地时钟计数nimu和本地时钟计数ncmu计算所述输出同步时间戳的步骤中，若所述1pps基准同步脉冲信号连续输入，则所述fpga模块基于所述本地时钟计数nimu、所述时间对应关系中的所述时间戳信息、所述本地时钟计数npps计算所述imu时间戳，表示为：其中，timu表示imu时间戳，fclk表示所述晶振标称频率值，tpps表示所述时间对应关系中的所述时间戳信息；所述fpga模块基于所述本地时钟计数ncrm、所述时间对应关系中的所述时间戳信息、所述本地时钟计数npps计算所述相机时间戳，表示为：其中，tcrm表示相机时间戳，fclk表示所述晶振标称频率值，tpps表示所述时间对应关系中的所述时间戳信息；若所述1pps基准同步脉冲信号中断，则所述fpga模块基于所述本地时钟计数nimu、前一次建立时间对应关系时刻的本地时钟计数npps’、前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息计算所述imu时间戳，表示为：
其中，timu表示imu时间戳，fclk表示所述晶振标称频率值，tpps’表示前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息；所述fpga模块基于所述本地时钟计数ncrm、前一次建立时间对应关系时刻的本地时钟计数npps’、前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息计算所述相机时间戳，表示为：其中，tcrm表示相机时间戳，fclk表示所述晶振标称频率值，tpps’表示前一次所述时间对应关系中的所述时间戳信息。9.根据权利要求2至8任一项所述的多源导航信号同步方法，其特征在于，步骤s4中，对所述fpga模块基于所述本地同步时间戳，接收到所述测量数据有效信号和所述曝光脉冲时所述晶振的晶振周期计算出输出同步时间戳的步骤中，还包括：所述fpga模块基于所述晶振记录两次所述1pps基准同步脉冲信号上升沿或下降沿之间的计数值；连续记录多个所述计数值并取平均值；基于所述平均值对所述imu时间戳和所述相机时间戳进行修正。10.一种用于权利要求1至9任一项所述的多源导航信号同步方法的同步装置，其特征在于，包括：fpga模块，gnss模块，相机模块，imu模块；在所述fpga模块上设置有用于本地时钟计数的晶振；所述gnss模块，所述相机模块，所述imu模块均与所述fpga模块相连接；所述gnss模块用于获取1pps基准同步脉冲信号和时间戳信息，并传输至所述fpga模块；所述imu模块接收所述fpga模块发出的本地触发脉冲信号并触发，进行姿态测量并向所述fpga模块输出测量数据和测量数据有效信号；所述相机模块基于所述fpga模块发出的相机触发脉冲信号进行曝光，并向所述fpga模块输出曝光脉冲。
技术总结
本发明涉及一种基于FPGA的多源导航信号同步方法及同步装置，同步方法包括：FPGA模块对输入的1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息进行解析,并获取1PPS基准同步脉冲信号和时间戳信息的对应关系；FPGA模块基于对应关系产生IMU模块的本地触发脉冲信号、相机模块的相机触发脉冲信号和本地同步时间戳；IMU模块接收本地触发脉冲信号并触发，进行姿态测量并向FPGA模块输出测量数据和测量数据有效信号；相机模块接收相机触发脉冲信号并进行曝光，向FPGA模块输出曝光脉冲；FPGA模块基于本地同步时间戳，接收到测量数据有效信号和曝光脉冲时晶振周期计算出输出同步时间戳，并将输出同步时间戳和测量数据一起输出。时间戳和测量数据一起输出。时间戳和测量数据一起输出。
技术研发人员：张杰 刘成 董启甲 张爽娜 李芳 田润 汪陶胜 宋志鹏
受保护的技术使用者：北京眸星科技有限公司
技术研发日：2022.06.06
技术公布日：2022/10/17