CN104581928B - 一种基于fm调频广播信号的时间同步信号处理的方法 - Google Patents
一种基于fm调频广播信号的时间同步信号处理的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于FM调频广播信号的时间同步信号处理的方法。对FM广播音频信号进行A/D采样转化为数字电压值;实时检测处理得到FM广播音频信号的特征结果;判断特征结果,与“五短一长”信号进行匹配完成时间同步。在接近整点时间时对数字电压值实时处理判断,以开始对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测。本发明方法通过模式匹配的方法实现时间同步,通过对FM广播音频信号进行简单的A/D采样即可实现时间同步,实现难度小,成本低;并且时间同步精度高,理论可达20μs;可使用普通微处理器进行,应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及了一种无线传感网络时间同步方法,尤其涉及一种基于FM调频广播信号的时间同步信号处理的方法。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是当前备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。在无线传感器网络中,时间同步是重要组成部分,传感器数据融合、传感器节点自身定位等都要求节点间的时钟保持同步。
目前广泛用于无线传感网络时间同步的方法主要有GPS(Global PositioningSystem))和NTP(Network Time protocol )。GPS具有高同步精度,但其成本高、能耗大而且在恶劣的环境下同步精度会受到很大影响。NTP能实现网络上高精度的计算机校时,但它属于计算密集型,具有很大的计算开销。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提出了一种基于FM调频广播信号的时间同步信号处理的方法,实现时间同步精度高,而且方法简单,易于实现。
本发明采用的技术方案包括以下步骤:
1)对FM广播音频信号进行A/D采样,并转化为数字电压值;
2)对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测处理,得到FM广播音频信号的特征结果;
3)根据判断特征结果,将特征结果与FM广播整点报时“五短一长”的信号的频率进行匹配,进行时间同步。
在所述步骤2)之前,由得到的数字电压值进行实时计算处理与判断,使得在接近整点时间时开始对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测。
当所述的数字电压值保持在0.7~0.55V范围内的时长大于0.5秒时,则FM广播音频信号处于无声状态,开始对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测。
所述的步骤2)具体为:对于“五短一长”信号的各个短音频信号以及长音频信号,由该音频信号到达开始定时0.2秒,实时检测得到该0.2秒内的数字化电压值,计算得到该0.2秒内收到正弦波的个数,进而得出该音频信号的频率,即得到特征结果。
所述的步骤3)具体为:
3.1)初始的FM广播整点报时信号声数为零;
3.2)对检测到的特征结果的音频信号频率依次进行判断,当检测到的特征结果的音频信号频率在700Hz到900Hz范围内,则判断该音频信号为FM广播整点报时“五短一长”信号的第一声,保持在测量状态,将FM广播整点报时信号声数加1,继续重复本步骤3.2)判断余下的音频信号频率;否则FM广播报时信号声数计数清零,不进行时间同步,返回到步骤1);
3.3)若特征结果的音频信号频率在1500Hz到1700Hz范围内,并且当前FM广播整点报时信号声数为5,则判定该音频信号为FM广播整点报时信号,根据FM广播整点报时信号的结尾时刻对时间进行同步;否则FM广播报时信号声数计数清零,不进行时间同步,返回到步骤1)。
所述的步骤1)中A/D采样的采样频率为50KHz。
与背景技术相比,本发明具有的有益效果是:
1. 本发明采用基于FM调频广播报时信号进行高精度网络时间同步,方法简单易于实现。
2. 本发明采用基于FM调频广播报时信号进行高精度网络时间同步,使用范围广,环境应变能力强。
3. 本发明采用50kHz的采样频率,校时精度高,时间精确度可达20μs。
4. 本发明可用于无线传感网络中的时间同步。
附图说明
图1是FM广播整点报时音频信号原理图。
图2是本发明方法的逻辑原理框图。
图3是本发明方法的模块连接示意图。
图4是实施例音频信号采样结果。
图5是实施例音频信号0.01秒内采样结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图3所示,本发明方法实施的系统可采用包括FM广播音频信号采样模块I、FM广播音频信号特征检测模块II和时间同步控制模块III;FM广播音频信号采样模块I对FM广播音频信号进行A/D采样,采样结果为FM广播音频信号数字化电压值,然后将FM广播音频信号数字化电压值发送给FM广播音频信号特征检测模块II;FM广播音频信号特征检测模块II在时间同步状态机的控制下,根据时间同步状态机不同的状态,对FM广播音频信号数字化电压值进行检测,将检测结果发送给时间同步控制模块III;时间同步控制模块III对FM广播音频信号特征检测模块II发送的结果进行判断,并根据检测结果与FM广播音频信号“五短一长”的特征进行匹配,完成时间同步。
在WSN应用中,传感器节点实现时间同步的方法要求高精度、易实现,因此本发明方法电路具有低功耗、外形小且成本低廉的特点。
如图2所示,本发明的实施例及其实施工作过程如下:
FM广播音频信号采样模块I:采样FM广播音频信号进行A/D,采样频率为50KHz,得到结果为FM广播音频信号的数字化电压值,并将FM广播音频信号的数字化电压值发送给FM广播音频信号特征检测模块II;
FM广播音频信号特征检测模块II:根据时间同步状态机所处状态,当时间同步状态机处于等待状态时,如图4所示,检测到FM广播音频信号电压值是否在一定范围内FM广播音频信号为无声段持续时间超过0.5秒时,发送检测结果给时间同步控制模块III,时间同步控制模块III判断FM广播整点报时音频信号即将到达,改变时间同步状态机状态为频率测量状态。
当时间同步状态机处于频率测量状态时,根据FM广播整点报时音频信号“五短一长”,并且FM广播整点报时音频信号为正弦波的特征,如图1所示,理想FM广播整点报时音频信号的前五声是频率为800Hz的正弦信号,持续时间为0.25s,FM广播整点报时音频信号的第六声为整点时刻并且是频率为1600Hz的正弦信号,持续时间为0.5s,通过施密特触发的方法开始检测FM广播整点报时音频信号频率。如图5所示,当FM广播整点报时音频信号短报时声或长报时声到达时,等待FM广播音频信号高阈值电压到达,本实施例设定的高阈值电压为0.74V,等高阈值电压到达触发后,设定计时器为0.2秒,等待低阈值电压到来,本实施例设定的低阈值电压为0.56V,等低阈值电压到达后,继续等待下一个高阈值电压到来,当下一个高阈值电压到达时,记为检测到一个正弦波。计时结束后,在该0.2秒内检测到正弦波的个数分别为162,对检测到正弦波个数乘以5,即得到FM广播整点报时音频信号一个声长的频率,FM广播整点报时音频信号该声长的频率为810Hz。FM广播音频信号特征检测模块II将检测到的FM广播整点报时音频信号的频率结果发送给时间同步控制模块III。
时间同步控制模块III:时间同步状态机根据FM广播音频信号特征检测模块II的检测结果,控制状态机的执行。如图3所示,状态机的初始状态为等待状态,当FM广播音频信号特征检测模块II的检测无声段音频信号持续时间大于 0.5秒,则进入频率测量状态;FM广播音频信号特征检测模块II检测FM广播音频信号的频率,并返回给时间同步控制模块III,本实施例第一次检测到FM广播音频信号频率结果为810Hz,在700Hz到900Hz范围内,判定为FM广播整点报时音频信号的第一声,即“五短一长”FM广播整点报时音频信号第一个短声,保持在测量状态,测量FM广播整点报时信号声数加1,继续测量FM广播音频信号的频率;本实施例中测得第二个短声频率结果为780Hz,第三个短声频率结果为785Hz,第四个短声频率结果为780Hz,第五个短声频率结果为775Hz 。检测到FM广播音频信号第六声的频率为1590Hz,在700Hz到900Hz范围外,继续判断FM广播音频信号的频率在1500Hz到1700Hz范围内,且已经接收到FM广播音频报时信号声数为5,则判定这一声为FM广播整点长报时信号,且该声为整点时刻,进入时间同步状态,完成对时间的同步。
由此,本发明通过对FM广播音频信号进行简单的A/D采样即可实现时间同步,实现难度小,成本低,并且时间同步精度高,可达20μs,具有显著突出的技术效果。
Claims (3)
1.一种基于FM调频广播信号的时间同步信号处理的方法,其特征在于:
1)对FM广播音频信号进行A/D采样,并转化为数字电压值;
2)对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测处理,得到FM广播音频信号的特征结果;
3)根据判断特征结果,将特征结果与FM广播整点报时“五短一长”的信号的频率进行匹配,进行时间同步;
所述的步骤2)具体为:对于“五短一长”信号的各个短音频信号以及长音频信号,由该音频信号到达开始定时0.2秒,实时检测得到该0.2秒内的数字化电压值,计算得到该0.2秒内收到正弦波的个数,进而得出该音频信号的频率,即得到特征结果;
所述的步骤3)具体为:
3.1)初始的FM广播整点报时信号声数为零;
3.2)对检测到的特征结果的音频信号频率依次进行判断,当检测到的特征结果的音频信号频率在700Hz到900Hz范围内,则判断该音频信号为FM广播整点报时“五短一长”信号的第一声,将FM广播整点报时信号声数加1,继续重复本步骤3.2)判断余下的音频信号频率;否则FM广播报时信号声数计数清零,不进行时间同步,返回到步骤1);
3.3)若特征结果的音频信号频率在1500Hz到1700Hz范围内,并且当前FM广播整点报时信号声数为5,则判定该音频信号为FM广播整点报时信号,根据FM广播整点报时信号的结尾时刻对时间进行同步;否则FM广播报时信号声数计数清零,不进行时间同步,返回到步骤1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于FM调频广播信号的时间同步信号处理的方法,其特征在于:在所述步骤2)之前,由得到的数字电压值进行实时计算处理与判断,使得在接近整点时间时开始对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测,具体为;
当所述的数字电压值保持在0.7~0.55V范围内的时长大于0.5秒时,则FM广播音频信号处于无声状态,开始对FM广播整点报时的“五短一长”信号进行实时检测。
3.根据权利要求1所述的一种基于FM调频广播信号的时间同步信号处理的方法,其特征在于:所述的步骤1)中A/D采样的采样频率为50KHz。
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