基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置的制作方法

1.本技术涉及超导应用领域，尤其涉及一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置。


背景技术：

2.航磁超导全张量梯度测控系统的核心传感器是超导量子干涉仪，而由超导量子干涉仪组成的超导磁传感器是目前灵敏度最高的磁传感器，能够测量微小的磁信号。然而，由于航空搭载平台是运动的，需要通过高精度的姿态投影进行磁补偿以消除由搭载平台运动引入的干扰，消除这些干扰，不仅要求位置、姿态数据和全张量磁数据的测量精度尽量高，而且要求位置、姿态数据与全张量磁数据必须保持高度的同步性，但是在航磁超导全张量梯度测控系统中，由于全张量磁数据和位置、姿态数据的数据源不同，导致全张量磁数据和位置、姿态数据不同步，并且通过现有技术进行数据同步时的同步精度低。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置，能够方便、快捷且有效提高全张量磁数据和位置、姿态数据的同步精度。
4.本技术的技术方案是这样实现的：
5.本技术实施例提供一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置，所述装置包括：信号发生器，与所述信号发生器相连接的ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块，与所述ni9215模块和所述全张量磁数据模拟采集模块相连接的数据采集与控制系统；其中，
6.所述信号发生器，配置为产生预设频率的正弦波信号并传输至所述ni9215模块和所述全张量磁数据模拟采集模块中；
7.所述ni9215模块，配置为基于秒脉冲pps信号触发采集所述正弦波信号，得到第一正弦波信号；并将所述第一正弦波信号传输至所述数据采集与控制系统中；所述ni9215模块为无延迟数据采集卡；
8.所述全张量磁数据模拟采集模块，配置为基于所述pps信号将所述正弦波信号进行放大，得到第二正弦波信号；并将所述第二正弦波信号传输至所述数据采集与控制系统中；
9.所述数据采集与控制系统，配置为基于所述pps信号和预设重采样规则对所述第二正弦波信号进行重采样，得到重采样后的第二正弦波信号，并确定所述第一正弦波信号和所述重采样后的第二正弦波信号之间的相位差，以基于所述相位差实现所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号之间的相位同步。
10.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述数据采集与控制系统与惯性导航系统span-cpt相连接；其中，
11.所述数据采集与控制系统，还配置为在预设时间到达时，从所述span-cpt中获取
所述pps信号；并将所述pps信号传输至所述ni9215模块和所述全张量磁数据模拟采集模块中。
12.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述ni9215模块，还配置为基于所述pps信号触发、利用第一采样频率采集所述正弦波信号，得到所述第一正弦波信号；并将所述第一正弦波信号传输至所述数据采集与控制系统中。
13.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述全张量磁数据模拟采集模块包括读出电路和第一数据采集板卡；其中，
14.所述读出电路，配置为将所述正弦波信号进行积分放大，得到所述积分放大后的正弦波信号，并将所述积分放大后的正弦波信号传输至所述第一数据采集板卡中；
15.所述第一数据采集板卡，配置为基于所述pps信号触发、利用第二采样频率对所述积分放大后的正弦波信号进行采集，得到所述第二正弦波信号，并将所述第二正弦波信号传输至所述数据采集与控制系统中。
16.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述信号发生器的输出端口通过分路器分别连接所述ni9215模块的输入端口和所述读出电路的输入端口，所述读出电路的输出端口连接所述第一数据采集板卡的输入端口，所述第一数据采集板卡的输出端口和所述ni9215模块的输出端口与所述数据采集与控制系统的输入端口相连接。
17.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述数据采集与控制系统，还配置为在预设时间到达时，确定第一工作参数，并将所述第一工作参数传输至所述读出电路中，以供所述读出电路基于所述第一工作参数对所述正弦波信号进行积分放大。
18.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述数据采集与控制系统，还配置为提取所述第一正弦波信号的第一相位和所述重采样后的第二正弦波信号的第二相位，将所述第一相位和所述第二相位之间的差值确定为所述相位差，以基于所述相位差实现所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号之间的相位同步。
19.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述第一采样频率为1000赫兹。
20.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述第二采样频率为1000赫兹。
21.在上述基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置中，所述第一数据采集板卡为ni9234。
22.本技术实施例提供了一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置，该装置包括：信号发生器，与信号发生器相连接的ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块，与ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块相连接的数据采集与控制系统；其中，信号发生器，配置为产生预设频率的正弦波信号并传输至ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块中；ni9215模块，配置为基于秒脉冲pps信号触发采集正弦波信号，得到第一正弦波信号；并将第一正弦波信号传输至数据采集与控制系统中；ni9215模块为无延迟数据采集卡；全张量磁数据模拟采集模块，配置为基于pps信号将正弦波信号进行放大，得到第二正弦波信号；并将第二正弦波信号传输至数据采集与控制系统中；数据采集与控制系统，配
置为基于pps信号和预设重采样规则对第二正弦波信号进行重采样，得到重采样后的第二正弦波信号，并确定第一正弦波信号和重采样后的第二正弦波信号之间的相位差，以基于相位差实现第一正弦波信号和第二正弦波信号之间的相位同步；采用上述实现方案，在产生正弦波信号后，将正弦波信号分别输入预先设置的ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块中来模拟实际情况中采集位置、姿态数据和重采样后的全张量磁数据的过程，然后在得到ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块输出的第一正弦波信号和第二正弦波信号之后，计算两者的相位差，然后利用此相位差补偿第二正弦波信号，即实现两者的数据同步，进而，在实际情况中，通过利用此相位差补偿重采样后的全张量磁数据即能够达到提高位置、姿态数据和重采样后的全张量磁数据的数据同步精度的目的，使得最终的数据同步精度达到5微秒以内。
附图说明
23.图1为本技术实施例提供的一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置1连接示意图一；
24.图2为本技术实施例提供的一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置1连接示意图二；
25.图3为本技术实施例提供的一种示例性的信号采集结果示意图；
26.图4为本技术实施例提供的一种示例性的测试结果示意图。
具体实施方式
27.航空超导全张量磁梯度数据采集与控制系统不仅需要采集全张量磁数据，还需要与全张量磁数据实时对应的位置、姿态数据，并且同步性越高越好。其中姿态数据用于有效消除全张量磁数据在运动状态下引入的干扰，然后将消除干扰后的全张量磁数据与位置信息相对应才能获取所测区域的空间分布信息。因此位置、姿态数据的测量精度以及与全张量磁数据的同步性决定了航空超导全张量磁梯度数据采集与控制系统的数据质量，但是由于全张量磁数据和位置、姿态数据的数据源不同，导致全张量磁数据和位置、姿态数据不同步。
28.位置、姿态数据和全张量磁数据的数据同步可以通过对全张量磁数据进行重采样得到，由于位置、姿态数据是惯性导航系统span-cpt直接连接数据采集与控制系统后，数据采集与控制系统从span-cpt中直接获取的，因此，此时位置、姿态数据的延迟可以忽略不计，但是在对全张量磁数据进行重采样的之前，由于需要通过读出电路对全张量磁数据进行积分放大，并且需要对全张量磁数据进行模数转换，此时，全张量磁数据会产生延迟，导致重采样后的全张量磁数据相较于位置、姿态数据会产生一定的延迟，因此，重采样后的全张量磁数据和位置、姿态数据之间存在一定的时间延迟。
29.基于上述问题，本技术提出一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置，用于测试在利用航磁超导全张量磁梯度测控系统对全张量磁数据和位置、姿态数据进行采样的过程中会产生的时间延迟，进而通过此时间延迟来调整全张量磁数据的重采样参数，提高全张量磁数据和位置姿态数据的同步精度。
30.应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术。并不用于限定本技术。
31.本技术实施例提供一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置1，图1为本技术实施例提供的一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置1连接示意图一，如图1所示，基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置1可以包括：
32.信号发生器10，与信号发生器相连接的ni9215模块11和全张量磁数据模拟采集模块12，与ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块相连接的数据采集与控制系统13；其中，
33.信号发生器，配置为产生预设频率的正弦波信号并传输至ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块中；
34.ni9215模块，配置为基于秒脉冲pps信号触发采集正弦波信号，得到第一正弦波信号；并将第一正弦波信号传输至数据采集与控制系统中；ni9215模块为无延迟数据采集卡；
35.全张量磁数据模拟采集模块，配置为基于pps信号将正弦波信号进行放大，得到第二正弦波信号；并将第二正弦波信号传输至数据采集与控制系统中；
36.数据采集与控制系统，配置为基于pps信号和预设重采样规则对第二正弦波信号进行重采样，得到重采样后的第二正弦波信号，并确定第一正弦波信号和重采样后的第二正弦波信号之间的相位差，以基于相位差实现第一正弦波信号和第二正弦波信号之间的相位同步。
37.本技术实施例提供的一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置适用于测试在利用航磁超导全张量磁梯度测控系统对全张量磁数据和位置、姿态数据进行采样的过程中，全张量磁数据和位置、姿态数据之间的时间延迟，进而通过此延迟时间来补偿重采样后的全张量磁数据的场景下。
38.需要说明的是，在本技术实施例中，预设频率为50赫兹，具体的预设频率可以根据实际情况指定，本技术实施例在此不做限定。
39.需要说明的是，信号发生器产生的正弦波信号可以不要求必须是零相位，也不要求是由pps信号触发产生的。
40.需要说明的是，ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块分别用来模拟实际情况中采集位置、姿态数据的过程和采集重采样后的全张量磁数据的过程。
41.在本技术实施例中，基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置通过数据采集与控制系统与惯性导航系统span-cpt相连接；其中，数据采集与控制系统，还配置为在预设时间到达时，从span-cpt中获取pps信号；并将pps信号传输至ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块中。
42.需要说明的是，由于在span-cpt收敛后，全球定位系统(global positioning system，gps)的秒脉冲(pulse per second，pps)信号才是可靠的，因此，预设时间到达可以理解为在span-cpt收敛后，从span-cpt中获取pps信号。
43.在本技术实施例中，ni9215模块还配置为基于pps信号触发、利用第一采样频率采集正弦波信号，得到第一正弦波信号；并将第一正弦波信号传输至数据采集与控制系统中。
44.需要说明的是，由于数据采集与控制系统与span-cpt相连接，因此在实际情况中，数据采集与控制系统可以直接采集span-cpt中的位姿数据，即位置、姿态数据，延迟可以忽略不计，因此本技术利用ni9215卡来模拟实际情况中采集位姿数据的过程，由于ni9215板卡是一块无延迟的逐次逼近寄存器型(successive approximation register，sar)型数据
采集板卡，包含4个同步采样模拟输入通道，不存在采样延迟但是有微秒级别的转换时间，这个转换时间影响的是采样频率，并不会产生采样延迟，因此，可以用于模拟实际情况中采集位姿数据的过程。
45.在本技术实施例中，ni9215是利用1000赫兹的第一采样频率来采集正弦波信号的。
46.需要说明的是，本技术实施例中通过利用无延迟的ni9215卡来采集正弦波信号来模拟实际情况中，数据采集与控制系统采集span-cpt中位姿数据的过程。
47.在本技术实施例中，全张量磁数据模拟采集模块包括读出电路和第一数据采集板卡；其中，读出电路，配置为将正弦波信号进行积分放大，得到积分放大后的正弦波信号，并将积分放大后的正弦波信号传输至第一数据采集板卡中；第一数据采集板卡，配置为基于pps信号触发、利用第二采样频率对积分放大后的正弦波信号进行采集，得到第二正弦波信号，并将第二正弦波信号传输至数据采集与控制系统中。
48.需要说明的是，由于在实际情况中，对全张量磁数据的重采样就是通过数据采集与控制系统的上位机程序实现的，因此，在模拟时，需要使信号发生器产生的正弦波信号经过读出电路和第一数据采集板卡，并在得到第二正弦波信号后，发送至数据采集与控制系统，数据采集与控制系统接收第二正弦波信号对其进行重采样处理，得到重采样后的第二正弦波信号与第一正弦波进行相位比较。
49.需要说明的是，第一数据采集板卡可以是数据采集与控制系统采集板卡，只要是对全张量磁数据进行重采样过程中使用的数据采集卡就可以，在本技术实施例中，第一数据采集板卡为ni9234，具体的第一数据采集板卡可以根据实际情况确定，本技术实施例在此不做限定。
50.需要说明的是，在本技术实施例中，第二采样频率为1000赫兹。
51.需要说明的是，由于在实际情况中，利用重采样规则对全张量磁数据进行重采样时，就是对全张量磁数据打上基于span-cpt中的pps信号的时间戳，因此，在模拟时，也需要基于span-cpt中的pps信号触发对全张量磁数据的采集，采集后对数据进行重采样。
52.在本技术实施例中，信号发生器的输出端口通过分路器分别连接ni9215模块的输入端口和读出电路的输入端口，读出电路的输出端口连接第一数据采集板卡的输入端口，第一数据采集板卡的输出端口和ni9215模块的输出端口与数据采集与控制系统的输入端口相连接。
53.在本技术实施例中，数据采集与控制系统，还配置为在预设时间到达时，确定第一工作参数，并将第一工作参数传输至放大电路中，以供放大电路基于第一工作参数对正弦波信号进行放大。
54.需要说明的是，第一工作参数的确定过程为测试开始之前的准备工作，预设时间到达可以理解为在span-cpt收敛后，在测试开始之前，确定读出电路的第一工作参数，并将第一工作参数传输至放大电路中，使得读出电路处于正常工作的状态中。
55.在本技术实施例中，数据采集与控制系统，还配置为提取第一正弦波信号的第一相位和重采样后的第二正弦波信号的第二相位，并将第一相位和第二相位之间的差值确定为相位差，以基于相位差实现第一正弦波信号和第二正弦波信号之间的相位同步。
56.需要说明的是，在数据采集与控制系统得到第一正弦波信号和重采样后的第二正
弦波信号之后，提取第一正弦波信号的第一相位，提取第二正弦波信号的第二相位，基于第一相位和第二相位确定第一正弦波信号和第二正弦波信号之间的相位差，然后利用此相位差补偿重采样后的第二正弦波信号，以实现第一正弦波信号和重采样后的第二正弦波信号之间的相位同步，进而，在实际情况中，在得到位置、姿态数据和采集重采样后的全张量磁数据之后，利用此相位差直接补偿重采样后的全张量磁数据，能够进一步地提高两者的同步精度。
57.示例性的，本技术实施例给出了一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置1连接示意图二，如图2所示，基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置包括：信号发生器、ni9215、读出电路、第一数据采集板卡和数据采集与控制系统，其中，信号发生器的输出端分别与ni9215和读出电路的输入端相连接，读出电路的输出端与第一数据采集板卡的输入端相连接，同时，ni9215和第一数据采集板卡的输出端连接数据采集与控制系统，并且惯性导航系统span-cpt也通过连接数据采集与控制系统进而连接至基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置上。
58.基于图2的基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置，并且第一数据采集板卡选择ni9234的情况下，采集到的第一正弦波信号和第二正弦波信号如图3所示，图3为本技术实施例给出的一种示例性的信号采集结果示意图，图3的上半部分代表第二正弦波信号，下半部分代表第一正弦波信号，通过对第一正弦波信号和第二正弦波信号的相位提取并且做差，能够得到两者的相位差，如图4所示，为本技术实施例给出了一种示例性的测试结果示意图，图4是补偿后同步数据的同步精度，在图4中，纵轴为相位求差后转换的时间，单位是纳秒，横轴为数据点数，测试结果显示，平均延迟为-75.86ns，最大延迟1483ns，最小延迟-1853ns，延迟波动为3337ns，基于图4可以看出，延迟波动小于5个微秒，说明此装置可以测试类似系统的同步精度。
59.本技术实施例提供了一种基于航磁超导全张量磁梯度测控系统的数据同步测试装置，该装置包括：信号发生器，与信号发生器相连接的ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块，与ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块相连接的数据采集与控制系统；其中，信号发生器，配置为产生预设频率的正弦波信号并传输至ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块中；ni9215模块，配置为基于秒脉冲pps信号触发采集正弦波信号，得到第一正弦波信号；并将第一正弦波信号传输至数据采集与控制系统中；ni9215模块为无延迟数据采集卡；全张量磁数据模拟采集模块，配置为基于pps信号将正弦波信号进行放大，得到第二正弦波信号；并将第二正弦波信号传输至数据采集与控制系统中；数据采集与控制系统，配置为基于pps信号和预设重采样规则对第二正弦波信号进行重采样，得到重采样后的第二正弦波信号，并确定第一正弦波信号和重采样后的第二正弦波信号之间的相位差，以基于相位差实现第一正弦波信号和第二正弦波信号之间的相位同步；采用上述实现方案，在产生正弦波信号后，将正弦波信号分别输入预先设置的ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块中来模拟实际情况中采集位置、姿态数据和重采样后的全张量磁数据的过程，然后在得到ni9215模块和全张量磁数据模拟采集模块输出的第一正弦波信号和第二正弦波信号之后，计算两者的相位差，然后利用此相位差补偿第二正弦波信号，即实现两者的数据同步，进而，在实际情况中，通过利用此相位差补偿重采样后的全张量磁数据即能够达到提高位置、姿态数据和重采样后的全张量磁数据的数据同步精度的目的，使得最终的数据同步
精度达到5微秒以内。
60.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
61.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
62.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
63.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
64.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。