一种旋转环境下数据采集的时钟抖动估计及修正方法

摘要

本发明公开了一种旋转环境下数据采集的时钟抖动估计及修正方法，结合采样时钟信号和无线传输模式的外部时钟输入信号进行抖动分布估计，利用时钟信号采集数据信噪比直接对时钟抖动量估计，并根据抖动量估计结果进行插值修正，解决旋转环境下数据采集系统外部时钟输入信号严重抖动导致数据采集错误的问题，减小外部时钟输入信号的相位误差，提高数据采集的精度和准确性。与现有技术相比，该方法不仅具备多路采集和综合性抖动量估计等优点，能够明显减小外部时钟抖动，也适用于提升数据采集系统的外部时钟输入稳定传输。

说明书

技术领域

发明涉及模拟信号采集技术领域，具体涉及一种用于风洞直升机旋翼旋转环境下的数据采集系统的时钟抖动估计及修正方法。

背景技术

在风洞直升机旋翼旋转试验中，通常需要获取不同旋转方位角处的采样数据，由于转速的控制偏差，使用板载时钟无法准确获取等角度的采样数据，因此需要将旋转编码器的脉冲信号作为外部时钟采样信号送入采集设备，实现外部触发采样，因此，外部时钟采样信号的准确性是确保在相同起始相位实现360度范围内等角度采样的关键环节。多次试验中发现，通过引电滑环将外部采样时钟信号送入采集设备过程中存在明显的缺陷：引电滑环长时间使用后，各通道的动态电阻指标变差，导致外部时钟采样信号产生失真和畸变，从而导致采集设备产生错误的采集动作，无法实现相同相位的等角度采样。因此，为解决旋转环境下传统数据采集系统的外部时钟信号线缆缠绕及严重时钟抖动导致数据采集错误的问题，采用无线传输技术进行外部时钟信号的传输，并进行时钟抖动估计进行插值修正及反馈，反复减小外部时钟采样信号抖动导致的采集信号误差，提高数据采集精度和准确性。

发明内容

本发明的目的在于，解决风洞直升机旋翼旋转环境下传统数据采集系统的外部时钟信号线缆缠绕及严重时钟抖动导致数据采集错误问题，采用无线传输技术进行外部时钟采样信号传输，利用两组相位差90度的DA三角波基准源信号进行等幅度时间检测，估计时钟抖动，对采集信号进行插值修正及反馈，进一步减小外部时钟采样信号抖动导致的采集信号误差，对提高采集动作的准确性和数据高精度采集有着明显作用。

为了解决上述问题，本发明是通过以下步骤实现的：

一种旋转环境下数据采集的时钟抖动估计及修正方法，包括以下步骤：

S1: 通过DA模块生产一个同相三角波基准源信号

S2: 无线外部时钟采样信号

S3: 在进行信号采集过程中，利用三角波斜边检测原理对同相三角波基准源信号

相邻两个采样点的时间抖动变化量为

实际采样点距离标准采样的时间抖动估计量为：

其中：

S4：在S3中进行基准源信号检测时，同步采集信号，获得采集信号

S5:根据实际采样值序列和时间抖动量序列对采集信号

其中：

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

使用采集板上DA器件输出两个三角波基准源信号，一个为同相基准源信号，另一个为与同相信号相位相差90度的正交基准源信号作为基准源信号进行时钟抖动估计，与传统时钟抖动估计及修正方法相比，采用正交相位差90度保证时钟抖动确定在上升沿或下降沿，提高时钟抖动估计准确度。

结合采样频率与基准源信号关系，与传统时钟抖动估计及修正方法相比，利用基准信号源单个周期内两个采集点的幅度差形成等幅度的标准理论幅度差值，与实际两个采集点的幅度差值确定时间抖动变化量，并由最大门限值确定两组基准源信号的标准理论幅度差值。

与传统时钟抖动估计及修正系统相比，该系统在信号采集过程中，无线传输外部时钟采样信号，解决旋转环境线缆问题；连续性地并行同步完成无线外部时钟采样信号时间抖动估计和最多128路采集信号的拉格朗日多项式插值修正与数据缓存，并反馈插值修正结果。同步减小多路采集信号误差，进一步提高采集信号精确性，改善外部时钟抖动造成数据采集错误。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为一种用于旋转环境下的数据采集系统的时钟抖动估计及修正方法框图；

图2为数据处理模块框架图；

图3为一种用于旋转环境下的数据采集系统的时钟抖动估计及修正方法流程图；

图4时钟抖动估计波形图；

图5时钟抖动误差修正原理图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1 所示，数据采集系统由信号采集模块和数据处理模块组成，包括两组DA输出、多路采集信号、两级放大、低通滤波、18位SAR模数转换器、子采集FPGA、主控FPGA、无线收发模块、外部时钟接口及数据缓存。

如图2所示，所述数据处理模块包括外部时钟采样信号无线收发模块、主控FPGA模块、外部时钟接口及数据缓存模块组成。所述无线收发模块接收无线传输的外部时钟采样信号差分Clock+和Clock-传输至外部时钟接口，减小共模噪声影响，进一步传输Clock信号至主控FPGA模块。所述数据缓存模块采用Data+和Data-方式连接主控FPGA模块进行数据通信。

本实例使用DA器件产生两个三角波基准源信号，一个为同相基准源信号，另一个为与同相信号相位相差90度的正交基准源信号；两个三角波基准源信号直接通过18位SAR模数转换器传输至信号采样模块中子采集FPGA；多路采集信号经两级放大和低通滤波，通过18位SAR模数转换器传输至信号采样模块中子采集FPGA，子采集FPGA传输数据至数据处理模块中主控FPGA；无线收发模块接收外部时钟作为无线外部时钟采样信号，并差分传输至外部时钟接口，进一步传输至主控FPGA；结合两个三角波基准源信号和无线外部时钟采样信号完成三角波斜边检测确定两个三角波基准源信号的上升沿或下降沿，并利用等幅度时间检测法进行时间抖动量估计，根据时间抖动估计量对采集信号进行拉格朗日多项式插值修正及反馈，减小因时钟信号抖动引起的采集信号误差。

如图3所示，具体实施过程为：

步骤一：通过DA器件产生一个同相三角波基准源信号

步骤二：DA产生的同相三角波基准源信号

步骤三：无线外部时钟采样信号

步骤四：如图4所示，利用三角波斜边检测原理对同相三角波基准源信号

同相三角波基准源信号

正交三角波基准源信号

确定标准理论幅度差值为

约定基准源信号采集点序列的第一个采集点不存在时间抖动，则实际时间间隔

步骤五：根据步骤四进行的基准源信号检测时，同步采集信号，获得采集信号

步骤六：如图5所示，根据步骤五的实际采样值序列和时间抖动量序列对采集信号

设定采集信号

已知在时间

拉格朗日多项式插值计算在第

步骤七：在进行信号采集过程中，同步采用等幅度时间检测法估计时钟抖动变化量和拉格朗日多项式插值修正采集信号

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。