CN118010064A - 适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，通过设备ID的大小关系确定当班机，提前启动并发出同步信号作为系统的选通信号，同时对从机选通信号进行采集、跟踪；从机设备延迟固定时间启动，并对当班机发出的选通信号进行跟随、同步，同时通过自适应守时结果发出选通信号与当班机发出的选通信号实现线与功能；若当班机的选通信号因硬件故障或软件错误消失或者时序超过设置阈值时，将从机同步信号切换为系统选通信号，实现热冗余备份功能。本发明可以方便的进行移植，并且占用资源少，不影响其他功能。

Description

适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法

技术领域

本发明涉及一种双余度导航计算机底层软硬件实现方法，应用于双余度惯性系统领域，实现系统的同步及余度管理。

背景技术

余度技术是当前系统提升可靠性与安全性的一项重要手段，其中双余度系统在提高系统的可靠性、消除单点故障的同时也兼备体积、功耗、成本低的特点，广泛应用于无人机等产品中。双余度惯性系统因其对惯性器件采样时刻的强实时性要求，对同步精度和时序存在特殊的需求，需确保硬件选通信号具有热备份及自适应同步能力，且保证同步选通信号及硬件中断信号的时序稳定，否则会导致系统采集惯性信息出现错拍现象，导致精度损失或者功能失效。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于花费最小硬件开销的情况下，基于FPGA内部高精度守时同步算法实现双余度惯性系统的余度切换及同步功能，实现双余度系统间惯性信息高精度同步及数据采集解算。

为实现本发明目的，本发明提出的适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法采取技术方案如下：

主设备通过设备ID的大小关系确定当班机，提前启动并发出同步信号作为系统的选通信号，同时对从机选通信号进行采集、跟踪；从机设备延迟固定时间启动，并对当班机发出的选通信号进行跟随、同步，同时通过FPGA内自适应守时结果发出选通信号与当班机发出的选通信号实现线与功能；若当班机的选通信号因硬件故障或软件错误消失或者时序超过设置阈值时，将从机同步信号切换为系统选通信号，实现热冗余备份功能。

进一步地，从机设备采用TTL集电极开路门实现与主机设备信号的线与功能。

进一步地，通过采用回采到的系统同步信号与本地守时同步信号相位差比较的方式实现主从计算机故障判定与隔离。

进一步地，当班机判断回采到的系统同步信号与本地守时同步信号相位差是否在阈值范围内，若不在阈值范围内，切换当班机状态为从机，并清除当班机状态，从机检测到状态变更后切换为主机状态，并发出惯性同步信号；若在阈值范围内，当班机发出系统惯性信息同步信号，从机采集系统同步信号并发出守时后同步信号与当班机信号进行线与。

进一步地，从机对线上同步信号进行采集，并判断回采到的系统同步信号与自守时信号之间相位差值是否在阈值范围内，若不在阈值范围内，置从机异常故障，从机不再发出惯性选通信号，若在阈值范围内，从机发出惯性同步信号，从机采集系统同步信号并发出守时后同步信号与当班机信号进行线与。

与现有技术对比，本发明有益效果如下：

本发明实现方法通过最低的硬件额外开销实现双余度惯性系统同步及惯性选通的热冗余备份，结合FPGA内部高精度守时授时算法实现同步信号的跟踪、切换功能，可保证双机之间惯性信息采集异步度优于5us，有效保证了惯性系统高精度应用需求。本方案利用已经有的硬件电路资源，电气上利用了TTL信号的线与计算特性，不必增加复杂器件，不影响其他功能，具备很好的通用性。经实际产品验证，此方法适用性强、安全可靠，实用性很强，可以实现双余度及多余度平台同步及冗余管理功能通用化设计。

本发明主要特点如下：

a)采用ID参数定制的方式决定系统内当班机及从机配置，并设置系统启动加载时间。

b)采用TTL信号逻辑线与的方式实现系统选通信号热冗余备份，极大降低硬件开销；

c)采用逻辑内部自适应同步守时授时的方式时间系统选通信号与惯性信息高精度同步；

d)通过输出信号与输入信号相位差比较的方式实现计算机故障判定与隔离。

e)通过状态信号采集与判断的方式，实时实现主从机切换。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的系统余度切换及惯性信号同步时序示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的从机同步当班机惯性选通信号时序示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的系统内各同步信号相位关系图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

双余度导航计算机设计核心是实现陀螺、加速度计等惯性器件选通信号的热冗余备份，余度切换时选通信号与硬件中断信号的时序稳定性，并确保双机之间数据信息处理的同步性、数据交互的实时性。本发明提出基于OC门输出线与方式的惯性传感器选通方式，结合FPGA内高精度自适应守时授时方法，可以最少的硬件开销，实现双余度惯性系统内部选通信号的热冗余备份。本发明可以方便的进行移植，并且占用资源少，不影响其他功能。

本发明实施例提出的适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，在余度策略上制定采用主从的方式，通过设备ID的大小关系确定当班机，并提前启动并发出同步信号作为系统的选通信号，同时对从机选通信号进行采集、跟踪。从机设备延迟固定时间启动，并对当班机发出的选通信号进行跟随、同步，同时通过FPGA内自适应守时结果发出选通信号与当班机发出的选通信号实现线与功能。若当班机的选通信号因硬件故障或软件错误消失或者时序超过设置阈值时，将从机同步信号切换为系统选通信号，实现热冗余备份功能。

如图1所示，该冗余方案实现分为以下步骤：

第一步：根据参数配置的ID信息，确定系统的当班机；

第二步：当班机上电，并发出系统的选通信号，同时回采系统上的选通信号进行自适应校正并判断自身工作的状态；

第三步：从机上电，当采集到系统的选统信号时，将自身工作状态确定为从机状态，同时跟随系统选通信号，从机同步当班机惯性选通信号时序如图2所示，并发出自适应授时信号，采用TTL集电极开路门实现与主机设备信号的线与功能，如图3所示。

第四步：双机通过自适应守时得到的内部选通信号实现惯性信息采集的时序判断，并产生内部硬件中断信号；

第五步：主机发出的选通信号因硬件或者软件失效超过设定的时序阈值范围时，自动切换主从机状态及选通发出时序。

当班机判断回采到的系统同步信号与本地守时同步信号相位差是否在阈值范围内，若不在阈值范围内，切换当班机状态为从机，并清除当班机状态，从机检测到状态变更后切换为主机状态，并发出惯性同步信号。若在阈值范围内，当班机发出系统惯性信息同步信号，从机采集系统同步信号并发出守时后同步信号与当班机信号进行线与。

从机对线上同步信号进行采集，并判断回采信号与自守时信号之间相位差值是否在阈值范围内，若不在阈值范围内，置从机异常故障，从机不再发出惯性选通信号。若在阈值范围内，从机发出惯性同步信号，从机采集系统同步信号并发出守时后同步信号与当班机信号进行线与。

其中，惯性系统精度很大程度上取决于当班机的守时精度，同时受双余度之间同步精度影响，因此如需较高精度，需选用较高精度的时钟，并将余度间同步精度控制在5us以内，误差越小，精度越高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，其特征在于，FPGA通过设备ID的大小关系确定当班机，提前启动并发出同步信号作为系统的选通信号，同时对从机选通信号进行采集、跟踪；从机设备延迟固定时间启动，并对当班机发出的选通信号进行跟随、同步，同时通过FPGA内自适应守时结果发出选通信号与当班机发出的选通信号实现线与功能；若当班机的选通信号因硬件故障或软件错误消失或者时序超过设置阈值时，将从机同步信号切换为系统选通信号，实现热冗余备份功能。

2.根据权利要求1所述的一种适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，其特征在于，从机设备采用TTL集电极开路门实现与主机设备信号的线与功能。

3.根据权利要求1所述的一种适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，其特征在于，通过采用回采到的系统同步信号与本地守时同步信号相位差比较的方式实现主从计算机故障判定与隔离。

4.根据权利要求3所述的一种适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，其特征在于，当班机判断回采到的系统同步信号与本地守时同步信号相位差是否在阈值范围内，若不在阈值范围内，切换当班机状态为从机，并清除当班机状态，从机检测到状态变更后切换为主机状态，并发出惯性同步信号；若在阈值范围内，当班机发出系统惯性信息同步信号，从机采集系统同步信号并发出守时后同步信号与当班机信号进行线与。

5.根据权利要求4所述的一种适用于双余度惯性系统的导航计算机自适应余度管理方法，其特征在于，从机对线上同步信号进行采集，并判断回采到的系统同步信号与自守时信号之间相位差值是否在阈值范围内，若不在阈值范围内，置从机异常故障，从机不再发出惯性选通信号，若在阈值范围内，从机发出惯性同步信号，从机采集系统同步信号并发出守时后同步信号与当班机信号进行线与。