CN114963890B - 一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明为解决现有的惯性测量组合数据采集处理系统，处理能力较弱，中断执行时间长，自标定、自对准计算的有效时间比较少，无法满足三自冗余激光惯性测量组合多任务、高精度实时性数据采集处理要求的技术问题，提供一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法及系统，基于多核数字信号处理器，根据不同任务程序的周期性要求，将不同的任务程序置于不同的核中进行处理，同时，在第一核中，将实时性、周期性要求较高的任务置于中断程序中执行，将实时性、周期性要求相对较低的任务放在第一核的主程序中进行，解决了多种周期性及非周期性数据实时采集处理，以及使用的问题。实现了高精度自标定、自对准，以及数据实时发送的功能。

Description

一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法及系统

技术领域

本发明属于一种数据采集处理方法及系统，具体涉及一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法及系统。

背景技术

惯性测量组合是导弹控制分系统的重要组成部分，为实现对导弹飞行过程的姿态控制和导航制导，使其具备提供视加速度和角速度测量信息、基准频标源的能力，建立了以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统。导航参数解算系统根据陀螺输出建立导航坐标系，再根据加速度计的输出解算导弹的速度和位置。因此，陀螺、加速度计输出数据的正确性和实时性，直接决定了惯性组合产品的性能优劣。为了保证惯性测量组合保持良好的性能，需要每间隔一段时间(一般一年左右)对惯性测量组合重新进行标定。

在传统的惯性测量组合中，惯性仪表一般采用安装在正交坐标系下的三加表三陀螺设计方案，对参数进行标定时，需要将惯性测量组合从整个系统中拆卸，人工进行标定，标定时，惯性测量组合的数据采集处理系统一般都基于单核DSP处理器，数据采集量少(一般仅采集三路陀螺、三路加表、七路温度、三路陀螺合频信息、三路陀螺抖频信息等)，需要处理的数据量小，处理方法相对简单，时序也相对简单，外部接口个数也少(一般仅为一路1553B接口，两路RS422接口)，因此，实时发送数据输出量小(1553B的一个子地址实时发送数据)。但是，这种数据采集处理系统处理能力相对较弱，中断执行时间几乎已达到上限，自标定、自对准计算的有效时间少，计算时间长，已经无法满足三自冗余激光惯性测量组合多任务、高精度实时性数据采集处理的要求。

发明内容

本发明为解决现有的惯性测量组合数据采集处理系统，处理能力较弱，中断执行时间长，自标定、自对准计算的有效时间比较少，无法满足三自冗余激光惯性测量组合多任务、高精度实时性数据采集处理要求的技术问题，提供一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特殊之处在于，包括在数字信号处理器的三个核中执行的以下步骤，所述数字信号处理器的三个核分别为第一核、第二核和第三核：

S1，在所述第一核中设置主程序和中断程序，所述中断程序在所述主程序的执行过程中穿插执行；

S2，在所述第一核中执行任务程序

S2.1，通过所述第一核中的主程序，从外部的激光惯性测量组合获取数据；

S2.2，通过第一核的主程序，按照预设时序，执行数据采集任务程序中周期精度大于等于1％的任务、对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度大于等于1％的任务，并按照实际采集周期将数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务发送至所述中断程序中，中断程序按照预设时序，执行数据采集任务程序、对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序，再按预设周期向第一核的主程序中发送执行结果；

S2.3，通过第一核的主程序，按照预设时序，执行所有的流程控制任务程序和所有的惯组参数上传下载任务程序，并将执行结果分别发送至第二核和第三核；

S3，在第二核和第三核中执行任务程序

根据由步骤S2.3接收的执行结果，分别在所述第二核和第三核中执行自标定计算任务程序和自对准计算任务程序，并将第二核和第三核中的执行结果回传至第一核的主程序中；

S4，通过第一核的主程序向外部的激光惯性测量组合发送步骤S3的执行结果，完成激光惯性测量组合的数据采集处理。

进一步地，步骤S2.2中，在中断程序中的执行的数据发送任务程序按照分时段发送的方式进行。

进一步地，所述按照分时段发送的方式进行具体为，在中断程序中依次逐一判断即将执行的数据发送任务程序是否为1ms到时、2ms到时、100ms-0.5ms到时、100ms+0.5ms到时、10ms+1.5ms到时、10ms+2.5ms到时和10ms+3.5ms到时中的一种；

若是1ms到时，则155B子地址2数据发送；

若是2ms到时，则高速串口数据发送；

若是100ms-0.5ms到时，则155B子地址3数据发送；

若是100ms+0.5ms到时，则155B子地址4数据发送；

若是10ms+1.5ms到时，则RS422_1数据发送；

若是10ms-2.5ms到时，则RS422_2数据发送；

若是10ms+3.5ms到时，则RS422_3数据发送。

进一步地，所述第一核中的主程序执行时间小于等于8ms，中断程序执行时间小于等于0.4ms；

步骤S2.2中，所述预设周期为0.5ms；

步骤S3中，所述在第二核和第三核中执行任务程序的时间均小于等于8ms；

步骤S2.3中，所述将执行结果分别发送至第二核和第三核，具体的发送周期为10ms。

进一步地，步骤S3中，分别在所述第二核和第三核中执行自标定计算任务程序和自标定计算任务程序具体为，对从第一核主程序接收的数据实时存储，并分别在第二核和第三核中实时进行自标定计算任务程序和自对准计算任务程序。

本发明还提供了一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理系统，能够实现上述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特殊之处在于，包括三核的数字信号处理器，所述数字信号处理器的三个核分别为第一核、第二核和第三核；

所述第一核包括交互连接的主程序模块和中断程序模块；

所述主程序模块分别交互连接第二核、第三核和外部的激光惯性测量组合；

所述主程序模块，用于执行数据采集任务程序中周期精度大于等于1％的任务、与其相对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度大于等于1％的任务、所有的流程控制任务程序和所有的惯组参数上传下载任务程序，并将数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务发送至中断程序模块；

所述中断程序模块，用于执行数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、与其相对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务，并按预设周期将执行结果发送至主程序模块；

所述第二核，用于根据接收的主程序模块发送的数据，执行自标定计算任务程序，并将自标定计算结果回传至主程序模块，再经主程序模块回传至外部的激光惯性测量组合；

所述第三核，用于根据接收的主程序模块发送的数据，执行自对准计算任务程序，并将自对准计算结果回传至主程序模块，再经主程序模块回传至外部的激光惯性测量组合。

进一步地，所述第二核和第三核中均设置有存储模块，用于实时存储主程序模块发送的数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，基于多核数字信号处理器，根据不同任务程序的周期性要求，将不同的任务程序置于不同的核中进行处理，同时，在第一核中，将实时性、周期性要求较高的任务置于中断程序中执行，将实时性、周期性要求相对较低的任务放在第一核的主程序中进行，解决了多种周期性及非周期性数据实时采集处理，以及使用的问题，实现了高精度自标定、自对准，以及数据实时发送的功能。

2.本发明尤其适用于采集任务复杂、计算量大、精度要求高的激光惯性测量组合的数据采集处理，能够用于高冗余多串口的采集，经验证，采集和处理效果仍然能够保持高效。

3.本发明中断程序中的数据发送，采用分时段发送的方式进行，能够有效提高中断执行时间，进而提高整个系统的性能。

4.本发明用于激光惯性测量组合的数据采集处理系统，能够实现上述数据采集处理方法，通过硬件的方式实现高精度数据采集处理。

附图说明

图1为本发明用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法实施例原理图；图2为本发明用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法实施例中中断程序内数据发送的流程图。

其中：1-第一核、101-主程序模块、102-中断程序模块、2-第二核、3-第三核。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提出了一种能够实现多任务、高精度、实时性数据采集处理的方法及系统，用于激光惯性测量组合的数据采集处理，以便实现激光惯性测量组合的自对准和自标定，整体基于一种多核DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理器，解决了多种周期性及非周期性数据实时采集处理及使用问题，实现了高精度自标定、自对准功能，以及及数据实时发送功能。

数据采集处理方法是在数字信号处理器的三个核中执行的，将数字信号处理器的三个核分别定义为第一核1、第二核2和第三核3。方法的具体步骤如下：

S1，在第一核1中设置主程序和中断程序，中断程序在主程序的执行过程中穿插执行；

S2，在第一核1中执行任务程序

S2.1，通过第一核1中的主程序，从外部的激光惯性测量组合获取数据；

S2.2，通过第一核1的主程序，按照预设时序，执行数据采集任务程序中周期精度大于等于1％的任务、对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度大于等于1％的任务，并按照实际采集周期将数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务发送至中断程序中，中断程序按照预设时序，执行数据采集任务程序、对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序，再按预设周期向第一核1的主程序中发送执行结果；

S2.3，通过第一核1的主程序，按照预设时序，执行所有的流程控制任务程序和所有的惯组参数上传下载任务程序，并将执行结果分别发送至第二核2和第三核3；

S3，在第二核2和第三核3中执行任务程序

根据由步骤S2.3接收的执行结果，分别在第二核2和第三核3中执行自标定计算任务程序和自对准计算任务程序，并将第二核2和第三核3中的执行结果回传至第一核1的主程序中；

S4，通过第一核1的主程序向外部的激光惯性测量组合发送步骤S3的执行结果，完成激光惯性测量组合的数据采集处理。

相应的，还提供了一种能够实现上述数据采集处理方法的系统，包括三核的数字信号处理器，所述数字信号处理器的三个核分别为第一核1、第二核2和第三核3。第一核1包括交互连接的主程序模块101和中断程序模块102。主程序模块101分别交互连接第二核2、第三核3和外部的激光惯性测量组合。主程序模块101，用于执行数据采集任务程序中周期精度大于等于1％的任务、与其相对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度大于等于1％的任务、所有的流程控制任务程序和所有的惯组参数上传下载任务程序，并将数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务发送至中断程序模块102。中断程序模块102，用于执行数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、与其相对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务，并按预设周期将执行结果发送至主程序模块101。第二核2，用于根据接收的主程序模块101发送的数据，执行自标定计算任务程序，并将自标定计算结果回传至主程序模块101，再经主程序模块101回传至外部的激光惯性测量组合。第三核3，用于根据接收的主程序模块101发送的数据，执行自对准计算任务程序，并将自对准计算结果回传至主程序模块101，再经主程序模块101回传至外部的激光惯性测量组合。

在传统惯性测量组合的基础上，已开发出了一种惯性仪表采用五加表五陀螺冗余设计方案，配套电路采取相应冗余措施，极大的增强了系统工作可靠性，可实现故障自检测，标定参数自标定，方位角自瞄准等功能。以该类惯性测量组合为例(一种三自冗余激光惯性测量组合)，采用本发明的方法和系统，更能够突出本发明数据采集处理的多任务处理能力和高精度处理效果。

如图1，根据三自冗余激光惯性测量组合功能性能要求，可将任务分解为7大类，包括数据采集、数据处理、数据发送、流程控制、惯组参数上传下载、自标定计算和自对准计算，按照时序设计将各类任务分解到DSP具体的核中，如表1所示。

表1三自冗余激光惯性测量组合任务分解表

各任务可具体实现的功能如表2所示。

表2三自冗余激光惯性测量组合任务功能表

将对外时序严格、实时性要求高的数据采集处理任务，如5路陀螺数据采集和5路加表数据采集(任务周期一般为0.5-0.8ms)设计在第一核1的中断程序中，即中断程序模块102中进行。将实时性要求不高的数据采集处理任务设计在第一核1的主程序中，即主程序模块101中进行，包括5路陀螺状态量采集、11路温度采集、4路电压数据采集、旋转锁定机构数据采集，主程序模块101中还要执行第二核2的数据读取、发送、接收和处理，第三核3的数据读取、发送、接收和处理。

将实时性、周期性均有要求的数据发送也设计在第一核1中断程序模块102的中断程序中进行，包括高速串口数据发送、1553B子地址2数据发送(32字)、1553B子地址3数据发送(32字)、1553B子地址4数据发送(32字)、RS422_1数据发送(120字节)、RS422_2数据发送(120字节)、RS422_3数据发送(120字节)。将实时性要求不高的数据发送设计在第一核1主程序模块101的主程序中进行，如旋转锁定机构指令发送。

自标定计算、自对准计算等流程为10ms执行一次，将这些实时性要求相对不高的流程控制设计在主程序模块101的主程序中进行。惯组参数上传下载为非周期性流程，设计主程序模块101的主程序中进行。

自标定计算任务设计在第二核2中进行，第二核2中不设计中断程序，采用第二核2中程序查询第一核1指令的方式执行相应任务。第二核2中自标定计算过程一般为先存储一定数据，再进行计算，使用数据为10ms周期性数据，自标定计算时间可与任务提出方协商确定。自标定计算完成后将结果发送给主程序模块101，为非周期数据。

自对准计算任务设计在第三核3中进行，第三核3中不设计中断程序，采用第三核3中程序查询第一核1指令的方式执行相应任务。自对准计算过程为实时存储数据，实时进行计算，使用数据为10ms周期性数据，自对准计算完成后将结果发送给主程序模块101，为10ms周期性数据。

一般，第一核1中断程序最大执行时间不应大于0.4ms，主程序最大执行时间不应大于8ms，第二核2中程序最大执行时间不应大于8ms，第三核3中程序最大执行时间不应大于8ms。

如图2，中断程序按预设周期0.5ms向第一核1的主程序中发送执行结果。为了提高第一核1内中断执行时间，提高系统性能，在不影响数据发送要求的情况下，第一核1内中断程序中，数据发送采用分时段发送的方式进行设计。在中断程序中依次逐一判断即将执行的数据发送任务程序是否为1ms到时、2ms到时、100ms-0.5ms到时、100ms+0.5ms到时、10ms+1.5ms到时、10ms+2.5ms到时和10ms+3.5ms到时中的一种。若是1ms到时，则155B子地址2数据发送；若是2ms到时，则高速串口数据发送；若是100ms-0.5ms到时，则155B子地址3数据发送；若是100ms+0.5ms到时，则155B子地址4数据发送；若是10ms+1.5ms到时，则RS422_1数据发送；若是10ms-2.5ms到时，则RS422_2数据发送；若是10ms+3.5ms到时，则RS422_3数据发送，若均不是，则结束数据发送任务程序。具体实现时，可在中断程序模块102中设置相应的计时模块。

上述的周期精度，具体表示的是，相邻两次任务周期的差值除以相邻两次任务中前一次任务的周期。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特征在于，包括在数字信号处理器的三个核中执行的以下步骤，所述数字信号处理器的三个核分别为第一核(1)、第二核(2)和第三核(3)：

S1，在所述第一核(1)中设置主程序和中断程序，所述中断程序在所述主程序的执行过程中穿插执行；

S2，在所述第一核(1)中执行任务程序

S2.1，通过所述第一核(1)中的主程序，从外部的激光惯性测量组合获取数据；

S2.2，通过第一核(1)的主程序，按照预设时序，执行数据采集任务程序中周期精度大于等于1％的任务、对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度大于等于1％的任务，并按照实际采集周期将数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务发送至所述中断程序中，中断程序按照预设时序，执行数据采集任务程序、对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序，再按预设周期向第一核(1)的主程序中发送执行结果；

S2.3，通过第一核(1)的主程序，按照预设时序，执行所有的流程控制任务程序和所有的惯组参数上传下载任务程序，并将执行结果分别发送至第二核(2)和第三核(3)；

S3，在第二核(2)和第三核(3)中执行任务程序

根据由步骤S2.3接收的执行结果，分别在所述第二核(2)和第三核(3)中执行自标定计算任务程序和自对准计算任务程序，并将第二核(2)和第三核(3)中的执行结果回传至第一核(1)的主程序中；

S4，通过第一核(1)的主程序向外部的激光惯性测量组合发送步骤S3的执行结果，完成激光惯性测量组合的数据采集处理。

2.如权利要求1所述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特征在于：步骤S2.2中，在中断程序中的执行的数据发送任务程序按照分时段发送的方式进行。

3.如权利要求2所述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特征在于：所述按照分时段发送的方式进行具体为，在中断程序中依次逐一判断即将执行的数据发送任务程序是否为1ms到时、2ms到时、100ms-0.5ms到时、100ms+0.5ms到时、10ms+1.5ms到时、10ms+2.5ms到时和10ms+3.5ms到时中的一种；

若是1ms到时，则155B子地址2数据发送；

若是2ms到时，则高速串口数据发送；

若是100ms-0.5ms到时，则155B子地址3数据发送；

若是100ms+0.5ms到时，则155B子地址4数据发送；

若是10ms+1.5ms到时，则RS422_1数据发送；

若是10ms-2.5ms到时，则RS422_2数据发送；

若是10ms+3.5ms到时，则RS422_3数据发送。

4.如权利要求1至3任一所述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特征在于：

所述第一核(1)中的主程序执行时间小于等于8ms，中断程序执行时间小于等于0.4ms；

步骤S2.2中，所述预设周期为0.5ms；

步骤S3中，所述在第二核(2)和第三核(3)中执行任务程序的时间均小于等于8ms；

步骤S2.3中，所述将执行结果分别发送至第二核(2)和第三核(3)，具体的发送周期为10ms。

5.如权利要求4所述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特征在于：

步骤S3中，分别在所述第二核(2)和第三核(3)中执行自标定计算任务程序和自标定计算任务程序具体为，对从第一核(1)主程序接收的数据实时存储，并分别在第二核(2)和第三核(3)中实时进行自标定计算任务程序和自对准计算任务程序。

6.一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理系统，能够实现权利要求1至5任一所述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理方法，其特征在于：包括三核的数字信号处理器，所述数字信号处理器的三个核分别为第一核(1)、第二核(2)和第三核(3)；

所述第一核(1)包括交互连接的主程序模块(101)和中断程序模块(102)；

所述主程序模块(101)分别交互连接第二核(2)、第三核(3)和外部的激光惯性测量组合；

所述主程序模块(101)，用于执行数据采集任务程序中周期精度大于等于1％的任务、与其相对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度大于等于1％的任务、所有的流程控制任务程序和所有的惯组参数上传下载任务程序，并将数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务发送至中断程序模块(102)；

所述中断程序模块(102)，用于执行数据采集任务程序中周期精度小于1％的任务、与其相对应的数据处理任务程序、数据发送任务程序中周期精度小于1％的任务，并按预设周期将执行结果发送至主程序模块(101)；

所述第二核(2)，用于根据接收的主程序模块(101)发送的数据，执行自标定计算任务程序，并将自标定计算结果回传至主程序模块(101)，再经主程序模块(101)回传至外部的激光惯性测量组合；

所述第三核(3)，用于根据接收的主程序模块(101)发送的数据，执行自对准计算任务程序，并将自对准计算结果回传至主程序模块(101)，再经主程序模块(101)回传至外部的激光惯性测量组合。

7.如权利要求6所述一种用于激光惯性测量组合的数据采集处理系统，其特征在于：所述第二核(2)和第三核(3)中均设置有存储模块，用于实时存储主程序模块(101)发送的数据。