CN103051408A

CN103051408A - 基于gps技术的信息处理系统

Info

Publication number: CN103051408A
Application number: CN201210557454XA
Authority: CN
Inventors: 宗竞
Original assignee: JIANGSU LEMAIDAO NETWORK TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU LEMAIDAO NETWORK TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明涉及数据处理技术领域，提供一种基于GPS技术的信息处理系统，包括数据采集单元、模数转换单元、数据处理单元、同步触发单元、录波与运算单元以及存储与管理单元，采用GPS信号为同步触发单元提供同步脉冲。该系统基于GPS的高精度授时方案，接收来自GPS接收单元的时间信息，将时间信息解码，进行脉冲修正，生成同步采样信号和时间标记；确保在不同采样站点的数据采集单元准确同步。

Description

基于GPS技术的信息处理系统

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别是对互联网数据中心收集到的基于GPS采集的同步数据进行的处理和加工。

背景技术

GPS精确授时技术全球定位系统(Global Positioning System-GPS)是美国于1993年全面建成的新一代卫星导航、定位和授时系统。UCT是一种以原子钟秒长为基础，在时刻上尽量接近世界时的一种折衷的时间系统，它的秒长严格等于原子时秒长，采用闰秒修正方法使其与世界时时刻相接近，它是目前世界各国时号播发的基础；GPS时是全球卫星定位系统建立的专用时间系统，它由GPS主控站里的一组高精度原子钟所控制。GPS时属于原子时系统，其秒长与UCT相同，GPS时是一种连续计时系统，不含闰秒修正，它与U CT的时刻规定于1980年1月5日0时相同，其后，随着时间的积累，两者之间的差异表现为秒的整数倍。可以说，GPS时和UCT是两种既相关又不同的时间尺度。由于GPS时与UCT是一种相关的时间系统，其偏差已包括在导航电文中，因此，用户接收机给出的时间一般都是同步到UCT后的结果。在互联网系统中，必须选取统一的时间基准，以使各个网络站点数据采集单元同步工作，并将收集到的数据标定时间。目前时间基准的选取，基本为全球定位系统(GPS)提供，GPS可以提供小于1微秒的高精度时钟。录波系统利用GPS时钟产生同步采样脉冲，使各个采集单元动作同步，并在采集到的数据上标定时标，从而为将来的数据分析过程提供了由时间参考的数据。

发明内容

本发明涉及数据处理技术领域，提供一种基于GPS技术的信息处理系统，包括数据采集单元、模数转换单元、数据处理单元、同步触发单元、录波与运算单元以及存储与管理单元，其特征在于采用GPS信号为同步触发单元提供同步脉冲。其中，模数转换单元为三个，分别与外部扩展总线相连，所述外部扩展总线与数据处理单元和同步触发单元相连；数据处理单元和同步触发单元构成FPGA的单元，所述FPGA单元通过EMIF和录波与运算单元相连；录波与运算单元通过HPI总线与存储与管理单元相连。该系统还包括相互并联的三个开关量检测单元以及逻辑控制单元，所述开关量检测单元也与外部扩展总线相连。所述逻辑控制单元对FPGA单元、录波与运算单元、存储与管理单元分别进行逻辑控制。

动态数据采集处理系统被划分为三层，第一层为信号处理层基于FPGA实现，完成GPS时间信息处理、同步模数转换，形成采样数据流。第二层为数据处理层，基于DSP处理器实现，完成采样数据缓冲、计算分析与综合处理。第三层为文件处理层，基于ARM处理器实现，完成数据的分类、压缩、录波文件生成和数据传输。

该系统基于GPS的高精度授时方案，接收来自GPS接收单元的时间信息，将时间信息解码，进行脉冲修正，生成同步采样信号和时间标记；确保在不同采样站点的数据采集单元准确同步。

附图说明

图1为核心单元的结构框图。

具体实施方式

基于GPS同步的动态数据采集处理系统，能保证对高速瞬变信号的同步采集和长期不间断的稳态录波。由于FPGA具有速度快、效率高、内部延时小，全部控制逻辑由硬件完成的特点，在高速采集系统中得到广泛应用。图1为核心单元的结构框图，其中利用了FPGA实现高速的同步数据采集，利用DSP实现暂态、稳态录波和相关计算分析，利用ARM实现数据存储与管理。高速采集单元采用8个A/D转换器分别以最高8MHz的采样率对所需信号进行同步采样；而每个同步模数转换单元通过多路采样保持电路可以同时采集32路模拟量，最高采样率为10kHz；每个开关量检测单元可以同时检测64个开关量。

同步触发单元根据GPS秒脉冲进行国际标准时(Universal Coordinated Time，缩写为UCT)在线预测，进而产生与UCT秒时钟同步的采样脉冲。动态录波是指：数据综合处理单元在同步采样脉冲的驱动下，控制外围A/D转换进行同步采样和高速缓存，同时记录外部启动元件输入信号，如果启动信息无效，DSP读取采集单元缓存的数据并用它刷新SDRAM内的缓存的采样数据，如果启动信息有效，DSP先完成启动后数据的记录，然后通知ARM从SDRAM读取启动前和启动后的数据。稳态录波是指录波系统对采样数据进行连续的不间断的记录和保存并根据需要产生计算数据。

由此可以看到，该系统的功能通过模数转换、GPS精确授时与晶振守时、时间信息的产生、数据的高速传送和总线设计等技术实现。

动态数据采集处理系统被划分为三层，如图1所示，第一层为信号处理层基于FPGA实现，完成GPS时间信息处理、同步模数转换，形成采样数据流。第二层为数据处理层，基于DSP处理器实现，完成采样数据缓冲、计算分析与综合处理。第三层为文件处理层，基于ARM处理器实现，完成数据的分类、压缩、录波文件生成和数据传输。

GPS被广泛应用于互联网、通信、电力等系统，以GPS系统提供的时间作为一个共同的基准，异地电压、电流相位采样的同步以及整个测量系统的时间、频率的一致性等问题都可以得到很好的解决。以上实现了同步A/D转换，数据综合处理单元在每个同步采样脉冲上升沿同时启动多路A/D转换，实现输电线路电流、电压同步数据采集，并缓存采样数据。DSP连续从数据采集单元获取线路电流、电压数据并缓存到SDRAM，启动信号发生后，ARM从DSP读取启动前和启动后的电流、电压数据并把数据保存到永久存储器以备后续分析和处理所用。

在图1中第一层包括数据综合处理单元、同步触发单元都是基于FPGA实现的，同步模数转换单元与高速采集单元时序与缓冲也是基于FPGA设计的，作为核心单元的第一级信号处理单元，其主要的功能是：

(1)3个同步模数转换单元完成对96路模拟量信号的模数转换和数据记录，3个开关量检测单元完成192路开关量的数据记录，高速采集单元完成对8路模拟量信号的高速模数转换和数据记录。

(2)同步触发单元将实现基于GPS的高精度授时方案，其接收来自GPS接收单元的时间信息，将时间信息解码，进行秒脉冲修正，生成同步采样信号和时间标记。

(3)数据综合处理单元在接收到来自同步触发单元的同步采样信号后启动3个模数转换单元、高速采集单元和3个开关量检测单元进行数据的采集，同时从同步触发单元读取时间标记信息。当数据采集过程完毕以后，数据综合处理单元将对各单元逐个访问，将读取到的数据暂时缓存于该单元，当数据量达到设定值后通过EMIF总线发送给录波与运算单元。

以上通过图示和说明提出了本发明的描述，上述举例，并非穷举，本领域的普通技术人员可以在本发明的精神和范围内作出改进和变形。

Claims

1.一种基于GPS技术的信息处理系统，包括数据采集单元、模数转换单元、数据处理单元、同步触发单元、录波与运算单元以及存储与管理单元，其特征在于采用GPS信号为同步触发单元提供同步脉冲。

2.如权利要求1所述的信息处理系统，其中模数转换单元为三个，分别与外部扩展总线相连，所述外部扩展总线与数据处理单元和同步触发单元相连。

3.如权利要求1所述的信息处理系统，还包括相互并联的三个开关量检测单元，所述开关量检测单元也与外部扩展总线相连。

4.如权利要求2所述的信息处理系统，其中数据处理单元和同步触发单元构成FPGA的单元，所述FPGA单元通过EMIF和录波与运算单元相连。

5.如权利要求3所述的信息处理系统，录波与运算单元通过HPI总线与存储与管理单元相连。

6.如权利要求1至5中任一项所述的信息处理系统，还包括逻辑控制单元，所述逻辑控制单元对FPGA单元、录波与运算单元、存储与管理单元分别进行逻辑控制。