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位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法

2021-02-07 02:37:07

位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法

  技术领域

  本发明属于通信技术领域,尤其涉及一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法。

  背景技术

  IRIG是美国靶场仪器组的简称。IRIG时间标准分为两类,一类是并行的时间码格式,另一类是串行的时间码格式。IRIG-B码是串行时间码的一种,其时帧周期为1s,包含100个码元,每个码元周期为10ms;IRIG-B码一共有三种码元,位置识别标志P,二进制“1”和“0”,高电平脉宽分别为8ms,5ms和2ms;IRIG-B码每10个码元有一个位置识别标志,共有P1,P2,P3,…,P9,P0十个位置识别标志,它们的高电平脉宽均为8ms;PR为帧参考点(邴志光,束坤,顾燕飞.IRIG-B码在时间同步系统中的应用[J].现代电子技术,2012,35(07):16-18.)。IRIG-B码具有携带信息量大、适合远距离传输、接口标准化和国际通用等优点,是最为常用的一种时间编码(陈琳.IRIG-B编解码系统设计与实现[J].江苏科技信息,2013(05):57-58.)。

  位置、速度、时间和姿态信息是通信、电子、测量和信号处理等设备的基本信息。信息采集设备通过导航定位系统和惯性导航系统采集到位置、速度、时间和姿态等信息后,传统上采用IRIG-B码、串口或网口和秒脉冲等方式与通信、电子、测量和信号处理等设备进行信息传输,如图1所示。其中IRIG-B码只能传输时间和时刻信息,秒脉冲则只能传输时刻信息,串口或网口可以实现位置、速度、时间和姿态信息的同时传输,但是其不包含准确的时刻信息,所以时间误差较大,一般在100ms以上。

  采用传统的信息传输方式进行位置、速度、时间和姿态信息的传输,需要的数据接口类型较多,对应的驱动程序也多,会造成系统通讯线繁多,可靠性差,接口调试工作量大,接口电路不易集成化等问题。

  发明内容

  本发明针对采用传统的信息传输方式进行位置、速度、时间和姿态信息的传输,需要的数据接口类型较多,对应的驱动程序也多,会造成系统通讯线繁多,可靠性差,接口调试工作量大,接口电路不易集成化等问题,提出一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法,对位置、速度、时间、姿态信息进行统一直流编码,实现了位置、速度、时间、姿态信息的有机地结合和同时传输。

  为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

  一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法,包括:

  设计位置、速度、时间和姿态统一直流码PVTA,包括PVTA数据帧结构的设计、码元波形的定义、数据传输方式的设计和时间基准标志的规定;

  基于设计的PVTA码对时间、位置、速度和姿态信息采用直流码的格式进行统一编码,完成时间、位置、速度和姿态信息的同步传输。

  进一步地,所述PVTA数据帧结构的设计包括:

  所述PVTA数据帧的帧周期设定为1秒,每一个PVTA数据帧包含1000个码元,每个码元对应一个数据位;将PVTA数据帧中的第0个码元定义为基准码元PR;将第1-99个码元定义为时间信息的数据位;将第100-259个码元定义为位置信息的数据位;将第260-319个码元定义为速度信息的数据位;将第320-559个码元定义为姿态信息的数据位;将第560-999个码元定义为预留数据位。

  进一步地,所述PVTA码元波形的定义包括:

  定义P、1、0三种码元,码元周期设定为1ms;其中码元P包括PR和Pn,n=0,1,2,3,…99,PR为基准码元,Pn为位置识别标志,码元P高电平宽度设置为800μs,低电平宽度设置为200μs;码元逻辑1高电平宽度设置为500μs,低电平宽度设置为500μs;码元逻辑0高电平宽度设置为200μs,低电平宽度设置为800μs。

  进一步地,所述数据传输方式为串行传输方式。

  进一步地,所述时间基准标志由位置识别标志P0和相邻的基准码元PR组成,两者高电平宽度均为800μs,低电平宽度均为200μs,PR的前沿与秒脉冲的上升沿为同一时刻,即为时间基准标志。

  与现有技术相比,本发明具有的有益效果:

  (1)本发明对位置、速度、时间、姿态信息进行统一直流编码,实现了位置、速度、时间、姿态信息的有机结合和同时传输;

  (2)本发明对位置、速度、时间、姿态信息进行统一直流编码,简化了数据接口的类型,统一了驱动程序的标准,降低了接口调试的工作量,提高了信息传输系统的可靠性;

  (3)本发明在每一帧数据传输开始时,能为外部系统提供一个秒脉冲信号,实现外部系统间的时钟同步。

  附图说明

  图1为传统信息传输方式示意图;

  图2为本发明实施例一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法的PVTA码传输方式示意图;

  图3为本发明实施例一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法的基本流程图;

  图4为本发明实施例一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法的PVTA数据帧结构示意图;

  图5为本发明实施例一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法的PVTA码码元波形示意图;

  图6为本发明实施例一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法的时间基准标志的位置示意图。

  具体实施方式

  下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明:

  针对采用传统的信息传输方式进行位置、速度、时间和姿态信息的传输,需要的数据接口类型较多,对应的驱动程序也多,会造成系统通讯线繁多,可靠性差,接口调试工作量大,接口电路不易集成化等问题。本发明对位置、速度、时间和姿态(PVTA)信息进行统一直流编码,将位置、速度、时间和姿态信息有机地结合在一起,实现位置、速度、时间和姿态信息的同时传输,如图2所示。

  如图3所示,一种位置、速度、时间和姿态信息统一直流编码方法,包括:

  步骤S101:设计位置、速度、时间和姿态统一直流码PVTA,包括PVTA数据帧结构的设计、码元波形的定义、数据传输方式的设计和时间基准标志的规定;

  步骤S102:基于设计的PVTA码对时间、位置、速度和姿态信息采用直流码的格式进行统一编码,完成时间、位置、速度和姿态信息的同步传输。

  具体地,步骤S101包括:

  1、PVTA数据帧结构的设计

  PVTA数据帧的结构直观地反应了信息数据的编码格式。规定PVTA数据帧的帧周期为1秒,每一帧包含1000个码元,每个码元对应一个数据位。将PVTA数据帧中的第0个码元定义为基准码元,即PR;将第1-99个码元定义为时间信息的数据位;将第100-259个码元定义为位置信息的数据位;将第260-319个码元定义为速度信息的数据位;将第320-559个码元定义为姿态信息的数据位;将第560-999个码元定义为预留数据位。PVTA数据帧的具体结构如图4所示。

  2、码元波形的定义

  PVTA数据码一共包含P、1、0三种码元,码元周期设定为1ms;其中码元P包括PR和Pn,n=0,1,2,3,…99,PR为基准码元,Pn为位置识别标志,码元P高电平宽度设置为800μs,低电平宽度设置为200μs;码元逻辑1高电平宽度设置为500μs,低电平宽度设置为500μs;码元逻辑0高电平宽度设置为200μs,低电平宽度设置为800μs。PVTA码码元波形图如图5所示。

  3、PVTA码元定义及数据传输方式

  按照上述PVTA数据帧结构对位置、速度、时间和姿态信息进行统一编码,详细的码元定义如表1所示。本发明中PVTA编码的每位数据占据的时间长度固定,采用串行传输方式,依次按位传输数据。

  表1 PVTA码码元定义表

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  4、时间基准标志的规定

  本发明中的时间基准标志是由位置识别标志P0和相邻的基准码元PR组成,两者高电平宽度均为800μs,低电平宽度均为200μs,如图6所示;所以如果连续检测到两个码元P,则第二个码元就是基准码元PR,其前沿与秒脉冲的上升沿为同一时刻,也就是时间基准标志。通信、电子、测量和信号处理等设备可以此时间基准实现准确的对时功能。

  为使本发明更清楚,下面结合具体实例对本发明作进一步详细描述。

  假设在2020年06月28日上午10点45分17秒时发送位置、速度、姿态分别为东经112.7°、北纬34.27°,10米每秒,方向角35°、俯仰角30°、横滚角-20°的信息。将上述信息转换为二进制后分别为:

  (1)时间:

  1110 100 1010 001 0000 10 0000 0001 10 0000 0100

  (2)位置:

  经度

  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110 0110 0010 0100 10001000 0

  纬度

  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 0100 0110 0010 0010 11000000 0

  (3)速度:

  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0010 0000 1000 0000 0000

  (4)姿态:

  方向角

  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0010 1010 11000000

  俯仰角

  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0010 0000 11000000 0

  横滚角

  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 0010 0000 01000000 1

  将时间、位置、速度和姿态信息的二进制代码按照表1的数据格式组合起来,形成对应的PVTA码:

  PR 1110 0 100P1 1010 0 001 0P2 0000 0 10 00P3 0000 0 0001P4 100000000P5 0000 0 0100P6 00000 0000P7 0 0000 0 000P8 000000000P9 00000000 0P100000 0 0000P11 0000 0 0000P12 0000 0 0000P13 0000 0 0000P14 0000 0 1110P15 01100 0010P16 0100 0 1000P17 1000 0 0 000 P18 0000 0 0000P19 0000 0 0000P20 0000 00000P21 0000 0 0000P22 0111 0 0100P23 0110 0 0010P24 0010 0 1100P25 0000 0 0000P26 0000 0 0000P27 0000 0 0000P28 0000 0 0000P29 0110 0 0010P30 0000 0 1000P310000 0 0000P32 0000 0 0000P33 0000 0 0000P34 0000 0 0000P35 0000 0 0000P36 00000 0000P37 0110 0 0010P38 1010 0 1100P39 0000 0 0000P40 0000 0 0000 P41 0000 00000P42 0000 0 0000P43 0000 0 0000P44 0000 0 0000P45 0110 0 0010P46 0000 01100P47 0000 0 0 000P48 0000 0 0000P49 0000 0 0000P50 0000 0 0000P51 0000 00000P52 0000 0 0000P53 0110 0 0010P54 0000 0 0100P55 0000 0 1 000P56 0000 00000P57 0000 0 0000P58 0000 0 0000P59 0000 0 0000P60 0000 0 0000P61 0000 00000P62 0000 0 0000P63 0000 0 0000 P64 0000 0 0000P65 0000 0 0000P66 0000 00000P67 0000 0 0000P68 0000 0 0000P69 0000 0 0000P70 0000 0 0000P71 0000 00000P72 0000 0 0000P73 0000 0 0000P74 0000 0 0000P75 0000 0 0000P76 0000 00000P77 0000 0 0000P78 0000 0 0000P79 0000 0 0000P80 0000 0 0000P81 0000 00000P82 0000 0 0000P83 0000 0 0000P84 0000 0 0000P85 0000 0 0000P86 0000 0 0000P87 0000 0 0000P88 0000 0 0000P89 0000 0 0000P90 0000 0 0000P91 0000 0 0000P920000 0 0000P93 0000 0 0000P94 0000 0 0000P95 0000 0 0000P96 0000 0 0000P97 00000 0000P98 0000 0 0000P99 0000 0 0000P0

  其中,PR-P10之间的数据为时间信息编码,P10-P26之间的数据为位置信息编码,P26-P32之间的数据为速度信息编码,P32-P56之间的数据为姿态信息编码,P56-P0之间的数据为预留位。

  综上,本发明对位置、速度、时间、姿态信息进行统一直流编码,实现了位置、速度、时间、姿态信息的有机结合和同时传输;本发明对位置、速度、时间、姿态信息进行统一直流编码,简化了数据接口的类型,统一了驱动程序的标准,降低了接口调试的工作量,提高了信息传输系统的可靠性;本发明在每一帧数据传输开始时,能为外部系统提供一个秒脉冲信号,实现外部系统间的时钟同步。

  以上所示仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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