论文摘要
多传感器集成及同步控制是移动测量的关键技术之一,控制移动测量的多传感器按照一定的“节拍”同步采集数据,使各传感器输出数据在时间上对齐,可以为数据处理服务器提供高精度的多传感器原始同步数据,减小数据配准误差,提高移动测量的精度。移动测量多传感器集成及同步控制取得了一定的进展,但仍然存在一些问题：一是缺乏精确的时间传递延时误差模型,通过该模型分析时间同步精度,确定核心器件的性能指标；二是针对移动测量这一背景,如何精确地控制多种传感器的数据同步采集；三是对传感器自身的延时分析不足,影响后续数据配准的精度。针对这些问题,本文从高精度时间基准的建立、时间传递和多传感器同步控制方法、传感器自身的延时标定和补偿方法等几个方面进行了深入研究。并以激光动态连续弯沉测量车为例,并进行了实验验证和分析。本文具体的研究工作如下：(1)分析了高精度时间基准的建立方法,建立了高精度时间基准。高精度时间基准是多传感器同步控制的基础,分析了传感器时间误差对后续数据配准的影响,介绍了常用的时钟基准建立方法,选取利用GPS输出的PPS脉冲驯化高稳石英晶体的设计方案建立高精度时间基准。详细阐述了以CPLD为控制核心,采用直接数字频率合成技术(DDS)建立高精度时间基准的实现原理,单片机根据CPLD输出的相差修正DDS的相位控制字,使DDS输出的时钟脉冲与GPS的PPS脉冲边沿对齐,充分利用GPS的PPS脉冲长期稳定度高和高稳石英晶体短时稳定高的优势,获得整个测量时间范围内的高精度时间基准。(2)讨论了移动测量中多传感器同步控制方法。按照驱动源,将同步控制方式分为时间驱动触发和距离驱动触发两种方式；按照传感器的特性,分为主动同步、被动同步和授时同步三种方式。详细分析了同步控制器的设计原理,将以上的同步控制方法有效地集成在一起。分析了同步过程中影响时间传递精度的因素,建立了时间传递延时误差的数学模型,该模型对同步控制器的设计和同步时间精度的分析具有一定的指导意义。(3)提出了一种快速标定光纤陀螺仪延时参数的方法。该方法以激光动态连续弯沉测量车自身的刚性横梁作为标定平台、以激光多普勒测速仪为测试设备,建立光纤陀螺仪的运动学方程,并进行离散化处理,通过高精度数据采集卡获取一段时间的采样数据,采用改进的最小二乘法进行解算,实现延时参数的标定。该方法还可同时标定光纤陀螺仪的标度因素和零偏,无需额外设备,具有标定简单、快速、标定精度较高等优点。提出了软件时间偏移和硬件延时触发两种方法消除传感器延时参数引起的数据配准误差,分析了其各自的优缺点,采用硬件延时触发方法消除传感器数据配准误差,具有更好的通用性、同步精度更高。(4)完成了激光连续弯沉测量多传感器集成同步控制器的设计制作。激光连续弯沉测量代表了当前最先进的快速弯沉测量技术。详细分析了激光动态连续弯沉测量多传感器同步控制器的设计架构、设计原理和设计思路。多传感器同步控制器采用背板加子板的架构,安装在19英寸机箱中,背板和子板采用CPCI接插件相连,拆卸维护极为方便。讨论了各电路模块的器件选型、设计原理,着重分析了高精度时间基准的建立、同步控制器主控板和其它电路板的设计指标和设计思路、控制多传感器同步数据采集的方法以及系统故障自诊断技术。最后对激光动态连续弯沉测量多传感器集成同步控制器进行了实验测试验证,包括时间基准精度测试、光纤陀螺仪延时参数测试、触发脉冲的延时间隔测试和实际弯沉测试。实验结果表明,本文方法时间同步精度很好地满足了弯沉测量的需求,光纤陀螺仪延时参数标定方法标定快速、标定结果精度高,同步控制器能有效控制多传感器实现高精度数据同步采集,本文的设计能很好地满足移动测量系统对多传感器集成同步控制器的指标要求。
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标签：移动测量系统论文; 多传感器集成论文; 高精度时间基准论文; 多传感器同步控制论文; 传感器延时论文; 弯沉测量论文;