專利名稱：基于gps技術(shù)的信息處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心收集到的基于GPS采集的同步數(shù)據(jù)進(jìn)行的處理和加工。
背景技術(shù)：
GPS精確授時(shí)技術(shù)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System-GPS)是美國(guó)于1993年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航、定位和授時(shí)系統(tǒng)。UCT是一種以原子鐘秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近世界時(shí)的一種折衷的時(shí)間系統(tǒng)，它的秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于原子時(shí)秒長(zhǎng)，采用閏秒修正方法使其與世界時(shí)時(shí)刻相接近，它是目前世界各國(guó)時(shí)號(hào)播發(fā)的基礎(chǔ)；GPS時(shí)是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)建立的專用時(shí)間系統(tǒng)，它由GPS主控站里的一組高精度原子鐘所控制。GPS時(shí)屬于原子時(shí)系統(tǒng)，其秒長(zhǎng)與UCT相同，GPS時(shí)是一種連續(xù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)，不含閏秒修正，它與U CT的時(shí)刻規(guī)定于1980年I月5日0時(shí)相同，其后，隨著時(shí)間的積累，兩者之間的差異表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍?？梢哉f(shuō)，GPS時(shí)和UCT是兩種既相關(guān)又不同的時(shí)間尺度。由于GPS時(shí)與UCT是一種相關(guān)的時(shí)間系統(tǒng)，其偏差已包括在導(dǎo)航電文中，因此，用戶接收機(jī)給出的時(shí)間一般都是同步到UCT后的結(jié)果。在互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，必須選取統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，以使各個(gè)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)數(shù)據(jù)采集單元同步工作，并將收集到的數(shù)據(jù)標(biāo)定時(shí)間。目前時(shí)間基準(zhǔn)的選取，基本為全球定位系統(tǒng)(GPS)提供，GPS可以提供小于I微秒的高精度時(shí)鐘。錄波系統(tǒng)利用GPS時(shí)鐘產(chǎn)生同步采樣脈沖，使各個(gè)采集單元?jiǎng)幼魍?，并在采集到的?shù)據(jù)上標(biāo)定時(shí)標(biāo)，從而為將來(lái)的數(shù)據(jù)分析過(guò)程提供了由時(shí)間參考的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù) 處理技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于GPS技術(shù)的信息處理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、同步觸發(fā)單元、錄波與運(yùn)算單元以及存儲(chǔ)與管理單元，其特征在于采用GPS信號(hào)為同步觸發(fā)單元提供同步脈沖。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為三個(gè)，分別與外部擴(kuò)展總線相連，所述外部擴(kuò)展總線與數(shù)據(jù)處理單元和同步觸發(fā)單元相連；數(shù)據(jù)處理單元和同步觸發(fā)單元構(gòu)成FPGA的單元,所述FPGA單元通過(guò)EMIF和錄波與運(yùn)算單元相連；錄波與運(yùn)算單元通過(guò)HPI總線與存儲(chǔ)與管理單元相連。該系統(tǒng)還包括相互并聯(lián)的三個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元以及邏輯控制單元，所述開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元也與外部擴(kuò)展總線相連。所述邏輯控制單元對(duì)FPGA單元、錄波與運(yùn)算單元、存儲(chǔ)與管理單元分別進(jìn)行邏輯控制。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)被劃分為三層，第一層為信號(hào)處理層基于FPGA實(shí)現(xiàn)，完成GPS時(shí)間信息處理、同步模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成采樣數(shù)據(jù)流。第二層為數(shù)據(jù)處理層，基于DSP處理器實(shí)現(xiàn)，完成采樣數(shù)據(jù)緩沖、計(jì)算分析與綜合處理。第三層為文件處理層，基于ARM處理器實(shí)現(xiàn)，完成數(shù)據(jù)的分類、壓縮、錄波文件生成和數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)基于GPS的高精度授時(shí)方案，接收來(lái)自GPS接收單元的時(shí)間信息，將時(shí)間信息解碼，進(jìn)行脈沖修正，生成同步采樣信號(hào)和時(shí)間標(biāo)記；確保在不同采樣站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集單元準(zhǔn)確同步。


圖1為核心單元的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式基于GPS同步的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，能保證對(duì)高速瞬變信號(hào)的同步采集和長(zhǎng)期不間斷的穩(wěn)態(tài)錄波。由于FPGA具有速度快、效率高、內(nèi)部延時(shí)小，全部控制邏輯由硬件完成的特點(diǎn)，在高速采集系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。圖1為核心單元的結(jié)構(gòu)框圖，其中利用了 FPGA實(shí)現(xiàn)高速的同步數(shù)據(jù)采集，利用DSP實(shí)現(xiàn)暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)錄波和相關(guān)計(jì)算分析，利用ARM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理。高速采集單元采用8個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別以最高8MHz的采樣率對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行同步采樣；而每個(gè)同步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元通過(guò)多路采樣保持電路可以同時(shí)采集32路模擬量，最高采樣率為IOkHz ;每個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元可以同時(shí)檢測(cè)64個(gè)開(kāi)關(guān)量。同步觸發(fā)單元根據(jù)GPS秒脈沖進(jìn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(Universal Coordinated Time,縮寫(xiě)為UCT)在線預(yù)測(cè)，進(jìn)而產(chǎn)生與UCT秒時(shí)鐘同步的采樣脈沖。動(dòng)態(tài)錄波是指數(shù)據(jù)綜合處理單元在同步采樣脈沖的驅(qū)動(dòng)下，控制外圍A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行同步采樣和高速緩存，同時(shí)記錄外部啟動(dòng)元件輸入信號(hào)，如果啟動(dòng)信息·無(wú)效，DSP讀取采集單元緩存的數(shù)據(jù)并用它刷新SDRAM內(nèi)的緩存的采樣數(shù)據(jù)，如果啟動(dòng)信息有效，DSP先完成啟動(dòng)后數(shù)據(jù)的記錄，然后通知ARM從SDRAM讀取啟動(dòng)前和啟動(dòng)后的數(shù)據(jù)。穩(wěn)態(tài)錄波是指錄波系統(tǒng)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的不間斷的記錄和保存并根據(jù)需要產(chǎn)生計(jì)算數(shù)據(jù)。由此可以看到，該系統(tǒng)的功能通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、GPS精確授時(shí)與晶振守時(shí)、時(shí)間信息的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)的高速傳送和總線設(shè)計(jì)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)被劃分為三層，如圖1所示，第一層為信號(hào)處理層基于FPGA實(shí)現(xiàn)，完成GPS時(shí)間信息處理、同步模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成采樣數(shù)據(jù)流。第二層為數(shù)據(jù)處理層，基于DSP處理器實(shí)現(xiàn)，完成采樣數(shù)據(jù)緩沖、計(jì)算分析與綜合處理。第三層為文件處理層，基于ARM處理器實(shí)現(xiàn)，完成數(shù)據(jù)的分類、壓縮、錄波文件生成和數(shù)據(jù)傳輸。GPS被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、通信、電力等系統(tǒng)，以GPS系統(tǒng)提供的時(shí)間作為一個(gè)共同的基準(zhǔn)，異地電壓、電流相位采樣的同步以及整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間、頻率的一致性等問(wèn)題都可以得到很好的解決。以上實(shí)現(xiàn)了同步A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)綜合處理單元在每個(gè)同步采樣脈沖上升沿同時(shí)啟動(dòng)多路A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)輸電線路電流、電壓同步數(shù)據(jù)采集，并緩存采樣數(shù)據(jù)。DSP連續(xù)從數(shù)據(jù)采集單元獲取線路電流、電壓數(shù)據(jù)并緩存到SDRAM，啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生后，ARM從DSP讀取啟動(dòng)前和啟動(dòng)后的電流、電壓數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)保存到永久存儲(chǔ)器以備后續(xù)分析和處理所用。在圖1中第一層包括數(shù)據(jù)綜合處理單元、同步觸發(fā)單元都是基于FPGA實(shí)現(xiàn)的，同步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與高速采集單元時(shí)序與緩沖也是基于FPGA設(shè)計(jì)的，作為核心單元的第一級(jí)信號(hào)處理單元，其主要的功能是
(I)3個(gè)同步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元完成對(duì)96路模擬量信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄，3個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元完成192路開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)記錄，高速采集單元完成對(duì)8路模擬量信號(hào)的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄。(2)同步觸發(fā)單元將實(shí)現(xiàn)基于GPS的高精度授時(shí)方案，其接收來(lái)自GPS接收單元的時(shí)間信息，將時(shí)間信息解碼，進(jìn)行秒脈沖修正，生成同步采樣信號(hào)和時(shí)間標(biāo)記。(3)數(shù)據(jù)綜合處理單元在接收到來(lái)自同步觸發(fā)單元的同步采樣信號(hào)后啟動(dòng)3個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、高速采集單元和3個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)從同步觸發(fā)單元讀取時(shí)間標(biāo)記信息。當(dāng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程完畢以后，數(shù)據(jù)綜合處理單元將對(duì)各單元逐個(gè)訪問(wèn)，將讀取到的數(shù)據(jù)暫時(shí)緩存于該單元，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到設(shè)定值后通過(guò)EMIF總線發(fā)送給錄波與運(yùn)算單元。以上通過(guò)圖示和說(shuō)明提出了本發(fā)明的描述，上述舉例，并非窮舉，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以在本發(fā)明的精神和范 圍內(nèi)作出改進(jìn)和變形。
權(quán)利要求
1.一種基于GPS技術(shù)的信息處理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、同步觸發(fā)單元、錄波與運(yùn)算單元以及存儲(chǔ)與管理單元，其特征在于采用GPS信號(hào)為同步觸發(fā)單元提供同步脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的信息處理系統(tǒng)，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為三個(gè)，分別與外部擴(kuò)展總線相連，所述外部擴(kuò)展總線與數(shù)據(jù)處理單元和同步觸發(fā)單元相連。
3.如權(quán)利要求1所述的信息處理系統(tǒng)，還包括相互并聯(lián)的三個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元，所述開(kāi)關(guān)量檢測(cè)單元也與外部擴(kuò)展總線相連。
4.如權(quán)利要求2所述的信息處理系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)處理單元和同步觸發(fā)單元構(gòu)成FPGA的單元，所述FPGA單元通過(guò)EMIF和錄波與運(yùn)算單元相連。
5.如權(quán)利要求3所述的信息處理系統(tǒng)，錄波與運(yùn)算單元通過(guò)HPI總線與存儲(chǔ)與管理單元相連。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的信息處理系統(tǒng)，還包括邏輯控制單元，所述邏輯控制單元對(duì)FPGA單元、錄波與運(yùn)算單元、存儲(chǔ)與管理單元分別進(jìn)行邏輯控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于GPS技術(shù)的信息處理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、同步觸發(fā)單元、錄波與運(yùn)算單元以及存儲(chǔ)與管理單元，采用GPS信號(hào)為同步觸發(fā)單元提供同步脈沖。該系統(tǒng)基于GPS的高精度授時(shí)方案，接收來(lái)自GPS接收單元的時(shí)間信息，將時(shí)間信息解碼，進(jìn)行脈沖修正，生成同步采樣信號(hào)和時(shí)間標(biāo)記；確保在不同采樣站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集單元準(zhǔn)確同步。
文檔編號(hào)H04J3/06GK103051408SQ20121055745
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
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