CN104468035B - 一种分布式pos数据可靠性传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式POS(Position and Orientation System,位置姿态测量系统)数据可靠性传输系统及方法，包括数据获取、数据处理、数据发送三大部分。数据获取实现对数据的缓存和接收缓存数据；数据处理首先通过解析数据包中的标识符实现数据分类，其次判断优先级，优先中断请求处理，再通过数据校验，检查数据的完整性和数据结构正确性，最后对数据进行打包封装；数据发送根据不同数据类型选择不同的接口方式发送，将数据发送给接收者。本发明实现了多种数据源分类逻辑判断，并通过数据优先级判断和数据校验，实现了数据实时性和可靠性的传输，对实现一种分布式POS测量的集成研发具有重要的实践意义。

Description

一种分布式POS数据可靠性传输系统及方法

技术领域

本发明涉及一种分布式POS数据可靠性传输系统及方法，可以应用于分布式POS(Position and Orientation System,位置姿态测量系统)，也可以应用于惯性导航、惯性/GPS(Global Position System,全球定位系统)组合导航系统的数据通信。

背景技术

高精度POS可以为高分辨率航空遥感系统提供高频、高精度的时间、空间基准信息，通过运动误差补偿提高成像精度和效率。随着航空遥感对高分辨率成像需求的不断提高，新型高效多任务成像载荷联合成像技术、长基线微波载荷干涉和阵列技术逐渐成为提高成像效率和分辨率的有效手段。传统的单一POS无法满足不同安置点多载荷的高精度运动参数测量的需求，而且因体积、重量、成本等因素的限制，在各观测载荷处均安装一个高精度POS也不现实。因此，迫切需要建立起高精度分布式POS系统。分布式POS系统由高精度主POS和多个子IMU组成。主POS解算获得主天线的高精度位置、速度、姿态等运动参数，子IMU利用主POS提供的信息进行传递对准，最终实现多点运动信息的精确测量，并在成像中进行运动误差补偿。

分布式POS相较于单一IMU的POS系统，由于系统的复杂性提高，其系统的数据通信量极大的增加，因此分布式POS数据传输的可靠性显得尤为重要。分布式POS数据有多种数据类型，因而需要对其分类处理；其次对数据的校验十分必要，传统的校验方法已经难以满足设计要求了；再者针对载荷随机性数据传输要求，容易导致数据传输冲突，从而使得数据传输出现混乱；还有针对不同数据接收方需要采用不同数据传输方式，这也大大增加了数据传输的复杂性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种分布式POS数据可靠性传输系统及方法，保证了分布式POS系统数据通信的高速性及可靠性。

本发明技术解决方案是：一种分布式POS数据可靠性传输系统，包括数据获取模块、数据处理模块和数据发送模块，其中：

数据获取模块，首先对接收的各类数据进行缓存处理，所述各类数据包括IMU原始数据、GPS数据、实时导航数据、周期性导航结果数据和系统状态数据；然后定时将缓存的所述各类数据传送给数据处理模块；

数据处理模块，首先对数据的分类，即通过校验数据包头的标识符区分各类数据，再建立数据优先级判断，即判断数据的优先级；然后进行校验数据，检验数据的完整性和数据格式真否正确，无乱码数据，确保数据的完整性和准确性，最后按照预先协定的数据格式封装各数据包，传输给数据发送模块；

数据发送模块，不同数据类型采用不同的传输方式，对PC机端监控计算机传输的监控数据采用网口传输方式，与外部载荷间定时的导航数据采用CAN总线传输方式，对载荷随机实时需求数据采用串口传输方式。

本发明的原理是：各类数据如IMU原始数据、GPS数据、导航数据、周期性导航结果数据和系统状态参数由数据处理板传输给通信模块，在通信模块中首先进行数据获取，对数据进行缓存，然后定时将接收的数据传送给数据处理程序，在数据处理程序中，通过校验数据的标识符区分各类数据，其次，判断数据的优先级，然后校验数据，确保数据的完整性和准确性，最后按照预先协定的数据格式封装各数据包，传输给数据发送模块，数据发送程序中，不同数据类型采用不同的传输方式，针对PC机端监控计算机传输的监控数据采用TCP/IP协议的以太网传输方式，与外部载荷间定时的导航数据采用CAN总线传输方式，而针对载荷随机实时需求数据采用串口传输方式。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明实现了多种数据源分类逻辑判断，并通过数据优先级判断和数据校验，实现了数据实时性和可靠性的传输，对实现一种分布式POS测量的集成研发具有重要的实践意义。

(2)本发明中采用自定义的数据结构，增加了数据类型的标识符和优先级标识符，这样不仅方便了数据的区分，而且有效的处理了载荷对实时数据需求问题，提高了系统应对实时信息的处理能力。

(3)本发明中采用得CAN总线的报文格式是标准数据帧，标准数据帧中ID号不仅作为设备匹配的标识符，而且利用ID号作为数据类型的标识符，这样不仅节约系统资源，也确保了数据的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种分布式POS数据可靠性传输设计流程图；

图2为本发明的数据格式结构示意图；

图3为本发明的CAN总线数据帧格式结构示意图；

图4为本发明的数据优先级判断和数据校验的流程图；

图5为本发明的W5100芯片和SJA1000芯片结构框图；

图6为本发明的数据发送接口硬件电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种分布式POS数据可靠性传输系统包括数据获取模块、数据处理模块和数据模块三大部分，其中数据获取模块1将数据处理板传输的各类数据进行缓存处理；再定时将缓存的数据传输给数据处理模块2。数据处理模块2中数据分类判断，采用数据包头标识符区分不同数据，因此在接收数据时，通过对数据包头的检验区分数据类型，数据类型主要分为五大类：IMU原始数据、GPS数据、实时导航数据、周期性导航结果数据和系统状态数据。数据处理模块2中是否含有优先级标示符判断，由于外部设备需要随机性的实时数据，为了满足外部设备实时性的需求，在设计中赋予此类型数据最高的优先级，优先于其他类型数据进行处理。数据处理模块2中数据校验处理，为了实现可靠性传输，必须对数据进行校验，首先检验数据的完整性，其次是数据格式真否正确，无乱码数据。数据发送模块3中针对不同数据类型采用不同的传输方式，针对PC机端监控计算机传输的监控数据采用网口传输方式，与外部载荷间定时的导航数据采用CAN总线传输方式，而针对载荷随机实时需求数据采用串口传输方式。

本发明的方法实现如下：

S201，将数据处理板发送的数据进行缓存处理；

S202，通过计数器的定时程序，周期性得接收缓存的数据；

S203，解析数据包头，将数据进行分类分为如下五大类：IMU原始数据、GPS数据、实时导航数据、周期性导航结果数据和系统状态数据。

S204，检查数据中是否含有优先级标识符；

S205如果是，则中断对其他类型数据的处理程序，再执行步骤S206，如果否，执行步骤S206；

S206，检验数据是否正常，如果否，则丢弃这包数据，并返回，继续接收数据，如果是，则执行步骤S207；

S207，将数据进行打包封装；

S208，发送数据；

S209，判断系统是否停止工作，如果否，则返回继续接收数据，如果是执行步骤S210；

S210，关闭程序。

数据格式结构示意如图2所示，字节1和字节2为数据的类型，数据分为IMU原始数据、GPS数据、实时导航数据、周期性导航结果数据和系统状态数据，采用编码方式，如0X0001编码对应IMU原始数据，依次类推实现编码与数据类型的一一对应；字节3为数据的优先级标识位，0代表无优先级，1代表有优先级；字节4为数据的长度信息；数据的最后一个字节为数据的校验位。

CAN总线的数据帧格式如图3所示，CAN总线的数据帧格式中有两个字节的ID号，将第一个字节的ID号作为设备的匹配号，第二个字节的ID号作为数据类型的标识符，如0X01对应纬度数据，0X02对应经度数据等。

数据优先级判断和数据校验的流程如图4所示，根据上述的数据格式定义，数据优先级判断操作如下：数据包的第三个字节为数据优先级标识，判断第三字节数是否为1即可判断是否有优先级，只有载荷所需的实时数据才有优先级，因此当接收到此类数据时，先中断程序中对其他类型数据的处理，优先处理实时数据，保证数据传输的实时性；由于实时数据采用的是串口传输方式，因此在完成数据的校验和数据封装后直接采用串口发送方式传递给载荷。同理数据校验操作如下：数据包的第四个字节为数据的长度信息，通过计数器计算数据的长度与数据包中的长度信息比较判断数据是否完整，若不完整则直接丢弃此包数据，程序返回；反之继续通过校验数据中的最后一个字节的校验位判断数据结构是否正确，若不符合，则丢弃此包数据，程序返回，最后对通过校验的数据进行分类发送。

W5100芯片和SJA1000芯片的外部引脚连接如图5所示，本发明采用FPGA作为系统的控制器，因此MCU即FPGA，W5100采用了SPI总线与FPGA的I/O相连，其中/SS为控制信号，当其为低电平时，可对W5100芯片进行读写操作，SCLK为串行时钟信号，MOSI是主输出从输入信号，MISO是主输入从输出信号；利用SCLK、/SS、MOSI、MISO四个信号实现对W5100芯片控制，实现对寄存器的读写，从而实现对寄存器的配置。FPGA将接收到的数据按照CAN总线协议进行打包，最后通过CAN总线控制器SJA1000将数据发送到总线电缆上。由于FPGA的I/O电平为3.3V，SJA1000的I/O电平为5V，所以FPGA最小系统和CAN总线控制器SJA1000之间需加入总线电平转换模块74ALVC164245。电源模块有三个：5V，3.3V，1.2V，分别为SJA1000，FPGA最小系统和MAX3490，FPGA内核供电。由于SIA1000芯片的地址线与数据总线是复用的，因此需要一个地址锁存信号ALE对数据类型进行区分。当地址锁存信号ALE为高电平时将SJA1000的寄存器地址当作数据写入，然后在ALE和片选信号/CS为低电平后使能SJA1000的读写控制信号(WR或RD)，实现对寄存器的读写操作。

数据发送模块的原理框图如图6所示，其集成了RS422、RS485通用异步串口、CAN总线数据传输接口和以太网接口；采用基于MAX490芯片的RS422通用异步串口，将POS系统实时状态信息，以200Hz传输到监控计算机；采用基于SMSJA1000芯片CAN总线，将周期性的导航结果数据，以200Hz传输到成像载荷；采用基于MAX485芯片的RS485通用异步串口，实现时间同步数据以200Hz传输到成像载荷，采用基于W5100芯片的以太网TCP/IP协议，将主IMU、第一子IMU和第二子IMU原始数据和GPS原始数据，以10M/s速度传递给监控计算机。

Claims (2)

1.一种分布式POS数据可靠性传输系统，其特征在于：包括数据获取模块、数据处理模块和数据发送模块三大部分，其中：数据获取模块，实现对各类原始数据和解算结果数据进行缓存，并接收缓存数据，所述各类原始数据包括IMU原始数据、GPS数据、导航数据、周期性导航结果数据和系统状态参数；然后定时将缓存数据传送给数据处理模块；数据处理模块，首先通过解析数据包中标识符实现数据分类，其次判断优先级，优先中断请求处理，再通过数据校验，检查数据的完整性和数据结构正确性，最后对数据进行打包封装，传输给数据发送模块；数据发送模块根据不同数据类型选择不同的接口方式发送，将数据发送给接收者；

所述数据优先级判断和数据校验的流程为：根据数据格式定义，数据优先级判断操作如下：数据包的第三个字节为数据优先级标识，判断第三字节数的数值是否为1即可判断是否有优先级，只有载荷所需的实时数据才有优先级，因此当接收到此类数据时，先中断程序中对其他类型数据的处理，优先处理实时数据，保证数据传输的实时性；由于实时数据采用的是串口传输方式，因此在完成数据的校验和数据封装后直接采用串口发送方式传递给载荷；同理数据校验操作如下：数据包的第四个字节为数据的长度信息，通过计数器计算数据的长度与数据包中的长度信息比较判断数据是否完整，若不完整则直接丢弃此包数据，返回；反之继续通过校验数据中的最后一个字节的校验位判断数据结构是否正确，若不符合，则丢弃此包数据，返回，最后对通过校验的数据进行分类发送。

2.一种分布式POS数据可靠性传输方法，其特征在于实现步骤如下：

数据获取步骤，首先对接收的各类数据进行缓存处理，所述各类数据包括IMU原始数据、GPS数据、导航数据、周期性导航结果数据和系统状态参数；通过计数器的计数定时将缓存的所述各类数据传送给数据处理模块；

数据处理步骤，即通过对数据包解析，提取数据分类标识符、优先级标识符和数据校验码，实现对数据的分类，向载荷提供实时导航参数，以及确保数据的完整性和准确性；最后按照预先协定的数据格式封装各类数据包，传输给数据发送模块；

数据发送步骤，不同数据类型采用不同的传输方式，对PC机端监控计算机传输的监控数据采用网口传输方式，与外部载荷间定时的导航数据采用CAN总线传输方式，对载荷随机实时需求数据采用串口传输方式；

所述数据优先级判断和数据校验的流程为：根据数据格式定义，数据优先级判断操作如下：数据包的第三个字节为数据优先级标识，判断第三字节数的数值是否为1即可判断是否有优先级，只有载荷所需的实时数据才有优先级，因此当接收到此类数据时，先中断程序中对其他类型数据的处理，优先处理实时数据，保证数据传输的实时性；由于实时数据采用的是串口传输方式，因此在完成数据的校验和数据封装后直接采用串口发送方式传递给载荷；同理数据校验操作如下：数据包的第四个字节为数据的长度信息，通过计数器计算数据的长度与数据包中的长度信息比较判断数据是否完整，若不完整则直接丢弃此包数据，返回；反之继续通过校验数据中的最后一个字节的校验位判断数据结构是否正确，若不符合，则丢弃此包数据，返回，最后对通过校验的数据进行分类发送。