GPS同步高速数据采集技术研究

论文摘要

在分布式靶场测试领域,高精度的时间同步以及高速的数据采集与传输对瞬态信号的测量是至关重要的。为了解决分布式靶场测试系统的时间同步问题,提高数据采集系统的数据采集速率,满足分布式天幕靶测试系统的工程需求,研制了一种高精度的同步数据采集系统。本文深入分析了广阔地域分布环境中天幕靶测时系统对数据采集的特殊需求,针对各个天幕靶设备的时间同步性以及高数据采集速率等难题,采用高速单片机技术、可编程逻辑器件技术及高速串行数据采集技术,结合GPS时间同步技术设计了一款专用高速数据采集系统。详细介绍了分布式同步数据采集设备的工作原理,讨论了运用高精确度GPS秒脉冲与高稳定本地晶振时钟相结合的途径,实现数据采集系统中各个模块之间的时间同步性。说明了系统设计中的关键问题以及解决方法,并对其中的核心机制“时间标签”的原理及实现方法进行了深入阐述。运用GPS时间同步与高速AD相结合的方式,实现了AD数据采集中准确的记录触发信号的到来时刻,使得精确的GPS时间数据与AD数据建立时间上的关联。实验结果表明,采用GPS授时技术提高了分布式靶场测试系统的测试精度及可靠性,该测试系统的同步实测精度可达到微秒级,采集功能可靠,满足了系统的技术指标。充分证明了方案的可行性与可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstact
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.3.1 高精度时间基准的建立
• 1.3.2 高速数据采集及处理技术
• 1.3.3 基于USB的高速数据传输技术
• 1.3.4 技术指标及实验条件
• 1.4 论文的主要工作及内容安排
• 2 分布式同步数据采集方案
• 2.1 GPS时间同步技术
• 2.1.1 GPS系统的组成
• 2.1.2 GPS定位与时间传递的基本原理
• 2.2 高速数据采集与传输技术
• 2.2.1 高速数据采集系统的CPLD技术
• 2.2.2 基于高速数据传输的USB接口技术
• 2.3 GPS同步数据采集系统的设计方案
• 2.4 本章小结
• 3 同步高速数据采集系统
• 3.1 同步数据采集系统的设计
• 3.2 信号处理模块的设计
• 3.2.1 A/D与CPLD的接口设计
• 3.2.2 采集数据“时间标签”的获取
• 3.3 同步数据采集模块的设计
• 3.3.1 基于GPS的同步采样原理
• 3.3.2 同步采样系统的组成
• 3.3.3 数据采集系统A/D转换的流程设计
• 3.4 本章小结
• 4 分布式数据同步采集电路设计
• 4.1 GPS授时模块的选型
• 4.2 时间同步模块硬件电路设计
• 4.2.1 GARMIN GPS15H OEM授时模块的设计
• 4.2.2 STC单片机控制模块的实现
• 4.2.3 局部细分时钟电路的接口设计
• 4.2.4 时间同步模块电路的PCB设计
• 4.3 CPLD逻辑电路的设计
• 4.4 GPS时间接收模块软件设计
• 4.5 本章小结
• 5 分布式数据采集通讯设计
• 5.1 PCI总线与ISA总线的概念
• 5.2 USB通讯系统的设计
• 5.3 USB与CPLD接口电路的设计
• 5.4 USB传输系统的软件设计
• 5.5 本章小结
• 6 分布式数据采集系统同步电路实验结果分析
• 6.1 GPS时间同步模块测试
• 6.1.1 GPS时间数据的分析
• 6.1.2 时间同步电路的实验数据分析
• 6.2 采集系统数据传输测试
• 6.3 时间同步模块误差分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 存在的问题及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢