CN106576214B - 在没有gnss信号的情况下的时间戳产生 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在参与车辆Ad‑hoc网络的车辆（4）中产生时间戳的方法，其利用所述时间戳向在消息（28）中发送的事件（16）分配时钟时间（32），所述时钟时间通过能够从被称为GNSS信号（20）的全球卫星导航信号（20）中推导出来的全球时基（38）的更新来产生，所述方法包括：‑检查能否接收到GNSS信号（12）；并且‑在没有足够数目的全球卫星导航信号（12）可用于推导出所述全球时基（38）时，在当地时基（50）的基础上产生所述时钟时间（32）。

Description

在没有GNSS信号的情况下的时间戳产生

技术领域

本发明涉及一种用于提供时间戳的方法、一种用于实施所述方法的控制装置和一种具有所述控制装置的车辆。

背景技术

从WO 2010/139 526 A1中公开了一种被称为Car2X的移动式Ad-hoc网络，该Ad-hoc网络的节点是特定的道路交通参与者、如道路交通中的车辆或者其他物体、例如信号灯。通过这些网络可以向参与Car2X网络的道路交通参与者提供关于道路交通状态、例如事故、堵车、危险情况…的提示。

发明内容

任务是改进对于这样的移动式Ad-hoc网络的利用情况。

按照本发明的一个方面，建议一种用于在参与车辆Ad-hoc网络的车辆中产生时间戳的方法，其利用所述时间戳向在消息中发送的事件分配时钟时间，所述时钟时间通过能够从被称为GNSS信号的全球卫星导航信号中推导出来的全球时基（Zeitbasis）的更新来产生，所述方法包括：检查能否接收到GNSS信号，并且在没有足够数目的全球卫星导航信号可用于推导出所述全球时基时在当地时基的基础上产生所述时钟时间。

所说明的方法以以下考虑为基础：通过车辆Ad-Hoc网络、例如开头所提到的Car2X-网络来传输的信息－或者也称为通知－通常用于向所述车辆Ad-Hoc网络的用户、也就是其他车辆通报事件、例如事故、堵车、施工场地…但是，为了能够由其他车辆正确地对这些事件进行评估并且进一步处理，它们需要时间上的参照，所述时间上的参照对所有车辆来说是必须相同。因此，在没有这种关于所出现的事件的时间上的参照的情况下，所发出的消息在所述车辆Ad-Hoc网络中没有用处，因为它们无法由其他的用户进行分析。

这种时间上的参照通过所产生的时间戳来建立，所述时间戳为在消息中发送的事件分配时钟时间，在所述时钟时间出现了所述事件。但是为了使得所述时钟时间被所述车辆Ad-Hoc网络的所有用户相同地加以解释，所述车辆Ad-Hoc网络的所有用户的时钟时间必须彼此同步。为此，要使用全球时基，在所述全球时基的基础上所述车辆Ad-Hoc网络的所有用户可以产生统一的时钟时间。所述全球时基例如可以是经过协调的世界时间（也被称为UTC，英文是Coordinated Universal Time）。

这样的跨系统的全球时基在被称为GNSS的全球卫星导航系统的范围内使用。在此，全球卫星导航系统的各个卫星发送被称为GNSS信号的位置信号，其中接收器从这些GNSS信号的传播时间差中借助于三边测量法可以明确地确定其全球位置。用GNSS信号来传输的并且通过位置分辨（Positionslösung）来确定的全球时基因此在世界范围内是统一的。这样的全球卫星导航系统例如是美利坚合众国的全球定位系统、简称GPS，俄罗斯联邦的

、简称GLONASS，欧盟的伽利略系统或者中国的北斗系统并且最好被人所熟知。

为了所述时钟时间以及由此所述时间戳可以用于在所述车辆Ad-hoc网络中进行的通信，所述全球时基在车辆的并且因此在发送器—该发送器能够实现所述车辆Ad-hoc网络的参与—的系统起动之后，首先必须通过所述GNSS来确定。在所述GPS的范围内，例如作为全球时基来使用例如上面所提到的经过协调的世界时间，为了确定所述世界时间而有必要通过GPS来接收至少四个GPS信号。如果一次性确定所述全球时基，那么所述发送器就可以通过外插来更新所述时钟时间直至重新进行GNSS接收。由于例如通过石英误差引起的时钟漂移而产生的并且在短时间里为几皮秒的外插误差在此能够忽略不计。

但是，如果在系统起动时不存在足够的GNSS接收，因为在隧道中或者在停车楼中起动所述车辆，那也没有全球时基可用，在所述全球时基的基础上可以产生所述时钟时间。由此，所述车辆也不能参与所述车辆Ad-hoc网络，因为由所述车辆发送的消息在没有时间上的参照的情况下如已经解释的那样没有用处。

相对的数值、例如所述车辆的加速、行驶方向变化、所述车辆的速度和/或位置变化能够通过车辆自身的（相对的）传感器来确定，而这一点对于绝对的数值、例如所提到的时钟时间、所述车辆的位置和/或所述车辆的行驶方向来说则不可能。这些绝对的数值中的一些绝对的数值、例如所述车辆的位置和行驶方向虽然可以加以保存-在开始的可信性检测之后-可以继续加以使用，但是这不适用于所述时钟时间。

在这里，所说明的方法基于以下考虑：取代不可用的全球时基而暂时使用当地时基，其中在这里必须忍受由于各个参与所述车辆Ad-hoc网络的车辆之间的不同时基而引起的可能的时钟误差。通过这种方式，所述车辆在没有全球时基可供使用的时间里，尽管如此也可以参与所述车辆Ad-hoc网络并且不仅可以在所述网络中发送能够分析的消息而且甚至可以对所接收的消息进行分析。

如果在检查能否接收到所述GNSS信号之前起动所述车辆，那么在所说明的方法的一种改进方案中所述局部的时基例如就可以是在起动所述车辆之前得到更新的时钟时间。虽然这样做的前提是：即使当所述车辆本身被关掉并且没有运行时，所述系统而后为了产生所述时钟时间也保持在运行状态中，以便能够更新所述时钟时间。但是，在这种情况下，也可以放弃对数据的保存，因为所述系统连续地保持起作用的状态并且探测到所有的变化。这一点必要时也能够说明在车辆的被切断的状态中电流消耗升高的理由，其中对所述车辆的系统重新起动的特殊的要求可能也变得必要。这种改进方案能实行还是不能实行，也可能取决于由于时钟偏移而在较长的时间间隔里产生的时钟时间误差有多大。

作为替代方案或者补充方案，所述局部的时基也可以从输出当地的时钟时间的时钟中来查询。在此不起作用的是，这个时钟是处于车辆本身中、处于所述车辆Ad-hoc网络的其他用户中还是处于其他任意位置处。将来自这个时钟的当地时钟时间传输给所述车辆也不起作用。例如可以查询来自在车辆内、但是在上面所提到的发送器之外安装的时钟的时钟时间，所述时钟全然地作为车辆时钟而为人熟知。这个时钟通常在所述车辆的被关掉的状态中也继续运行并且因此可以用作当地时基。

为了确定没有以未知的方式调节了来自车辆时钟的当地时基，所说明的方法的一种改进方案可以包括以下步骤：查询改动信息，所述改动信息被设计用于显示改动时刻，在所述改动时刻所述时钟最后一次被改动；并且如果所述改动时刻处于最后一个接收时刻之后，则防止通过所述当地的时钟时间的更新来产生所述时钟时间，其中在所述最后一个接收时刻最后一次接收了GNSS信号。如果用所述GNSS信号的最后一次接收来将来自所述车辆时钟的时钟时间确认为有效，则可以通过所述改动信息来表明对于所述车辆时钟的调节，在所述车辆时钟的调节的范围内所述车辆时钟的时钟时间可以被标识为无效并且由此被标识为不适合于用作当地时基。作为替代方案，可以将例如在转换到夏令时间和冬令时间时发生的变化一同接纳到所述改动信息中，其中而后可以取代防止通过所述当地的时钟时间的更新来产生所述时钟时间的做法而以所述变化为幅度对来自车辆时钟的用作当地时基的时钟时间进行校正。

在所说明的方法的另一种改进方案中，提供当地时基的时钟可以被设计用于以无线电信号来传输当地的时钟时间。这种无线路电信号例如可以由所述车辆Ad-Hoc网络的其他用户来发送。用于所述无线电信号的替代的来源维持电话连接和/或互联网连接、无线电信号、无线电时钟信号、例如DCF77信号或者来自其他无线网络、例如WLAN的信号。

所述当地的时钟时间在所说明的方法的范围内可以以特别有利的方式以无线电信号由所述车辆Ad-hoc网络的其他用户来传输。为此，既不需要其他的附加硬件也不需要对环境提出特殊的要求，因为所述当地时基可以直接通过所述车辆Ad-Hoc网络中的通信借助于所发出的/所接收的信息来传输。虽然为此所述车辆Ad-Hoc网络的其他用户必须处于环境中，但是车辆Ad-Hoc网络在没有其他用户的情况下本来在大多数情况下实际上并没有意义。此外，在所说明的方法的当前的改进方案的范围内，如此得到的当地时基的时间信息的精度可以被假定为足够高，因为可以由此认为，全球时基是由所述车辆Ad-Hoc网络的其他用户所传输的当地时基的基础。

为了在所述车辆Ad-Hoc网络的用户之间实现当地时基的传输，原则上可以考虑两种基本原理。

在一种基本原理的范围内，所说明的方法包括向所述车辆Ad-hoc网络的其他用户要求具有当地时基的无线电信号的步骤。为此，可以在所述车辆Ad-Hoc网络的用户之间交换特殊的同步信息。这些同步信息保证：如果在所述网络中没有发送有效负载（Payload）数据，那么所述车辆而后也可以在该车辆Ad-Hoc网络的其他用户的时基的基础上使得其在所述车辆Ad-Hoc网络中的时基同步。原则上，这些同步信息可以以任意的方式例如也以固定的间隔来发送。但是，而后通过对于具有当地时基的无线电信号的要求来降低信道负荷。在这种情况下，也可以谈及用当地时基进行所述无线电信号的异步传输。上面所提到的同步信息的异步交换例如可能依靠被称为PTP的精确时间协议（Precision Time Protocol）。

在第二种基本原理的范围内，所述当地的时钟时间是由所述车辆Ad-hoc网络的其他用户产生的时间戳。在此，在检测当地时基时应该尽可能考虑所述车辆Ad-Hoc网络的不同用户的多个时间戳，因为由此可以将所述当地时基中的相对于实际上的全球时基的时钟时间误差降低到最低限度。而后根据所接收的来自车辆Ad-Hoc网络的消息，借助于所接收的时间戳必要时在根据相应的时间戳以及典型的信号传播时间的在所述消息中所说明的精度进行加权的情况下可以对所述车辆Ad-Hoc网络中的当前的基于全球时基的时钟时间并且因此对所述当地时基实施粗略的时间估计。这种如此确定的当地时基虽然没有达到所述全球时基的较高的精度，但是它处于一种公差之内，该公差用已经存在的硬件能够针对参与所述车辆Ad-Hoc网络的情况实现具有足够的精度的时间同步。

按照本发明的另一方面，用于基于在车辆中由卫星接收的全球的导航系统信号、下面称为GNSS信号对车辆进行定位的方法包括以下步骤：用前述方法之一来确定当地时基；接收所述卫星的GNSS信号；并且在所述当地时基和所述GNSS信号的基础上对所述车辆进行定位。

在此可以将所述时基直接或者间接地用于实现接收器的热起动，方法是：例如首先将其转化为全球时基并且与其他的信息、如年鉴和位置一起来传输给所述GNSS接收器。所述选择本身例如可以与被称为A-GPS的辅助全球定位系统相类似地进行，并且通过GNSS使得定位的初始化明显加速。

按照本发明的另一方面，一种控制装置被设计用于实施按前述任一项所述的方法。

在所说明的控制装置的一种改进方案中，所说明的装置具有存储器和处理器。在此，所说明的方法以计算机程序的形式被保存在所述存储器中并且所述处理器被设置用于在将所述计算机程序从所述存储器装载到所述处理器中时执行所述方法。

按照本发明的另一方面，计算机程序包括程序代码段，以便当该计算机程序在计算机或者所说明的装置之一上被执行时实施所说明的方法之一的所有步骤。

按照本发明的另一方面，计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码被保存在计算机可读的数据载体上并且所述程序代码在其在数据处理装置上被执行时实施所说明的方法之一。

按照本发明的另一方面，车辆包括所说明的控制装置。

附图说明

本发明的上面所描述的特性、特征和优点以及如何实现所述特性、特征和优点的方式和方法结合以下对实施例所作的描述而变得更加清楚易懂，结合附图对所述实施例进行详细解释，其中：

图1示出了在道路上行驶的车辆的原理图；

图2示出了图1的车辆的一部分的原理图，这部分被设置用于发送Car2X消息；

图3示出了图1的车辆的作为替代方案的部分的原理图，所述作为替代方案的部分被设置用于发送Car2X消息；并且

图4示出了图1的车辆的也作为替代方案的部分的原理图，所述也作为替代方案的部分被设置用于发送Car2X消息。

在附图中，相同的技术上的元件设有相同的附图标记并且仅仅被描述一次。

具体实施方式

参照图1，图1示出了在道路2上行驶的车辆4的原理图。

在当前的实施方案中，在所述道路2上应当有人行天桥6，在所述人行天桥处借助于信号灯8来调节，是允许所述道路2上的车辆4横穿所述人行天桥6还是允许所述人行天桥6上的未进一步示出的行人横穿所述道路2。

在图1中沿着行驶方向10在所述车辆4之前示出了另一部车辆12，该车辆沿着与也在行驶的车辆4相同的行驶方向10行驶。

所述车辆4在当前的实施方案中具有用于全球卫星导航系统的接收器14、下面被称为GNSS接收器14，通过该接收器所述车辆4可以以本身熟知的方式确定形式为其绝对的地理位置16的时间及位置数据，并且可以例如在导航系统18的范围内用于将这些时间及位置数据在未进一步示出的地图上显示出来。所述全球卫星导航系统的相应的由在图2到4中示出的卫星19发送的信号20、下面被称为GNSS信号20，例如可以通过相应的GNSS天线22来接收并且以本身熟知的方式被传送给所述GNSS接收器。

此外，在当前的实施方案中，所述车辆具有发送器24，通过该发送器所述车辆与另一部车辆12和/或信号灯8联结成被称为Car2X网络的车辆Ad-hoc网络并且可以交换消息28，在所述消息中所述车辆4、12可以相互通报所出现的事件。这台发送器24为了与所述GNSS接收器14相区分而应该在下面被称为Car2X发送器24。相应车辆4、12的自身的形式为其绝对的地理位置16、26的位置数据是定期地在这样的消息28中交换的事件。也就是说，所述车辆4可以用其Car2X发送器24来将其绝对的地理位置16在消息28中传输给所述另一部车辆12，并且可以由所述另一部车辆12在消息28中接收其地理位置26。这些消息28的接收和发送在此通过Car2X天线30来进行。

在此要指出，在Car2X网络的范围内可以在各个网络用户之间交换大量其他的事件，所述事件以地区所特有的标准来得到详细说明。所述能够交换的用户数据尤其在欧洲的ETSI的ETST TC ITS的范围内并且在IEEE的IEEE 1609的范围内以及在美国的SAE处得到了标准化。但是，为了一目了然起见，应该考虑到范例分析：传输例如可以在所述导航系统18上向所述Car2X网络的各个用户显示的绝对位置16、26。

最后，所述信号灯8也可以被设计用于：通过Car2X天线30以未进一步示出的方式来发送其绝对的地理位置。虽然所述信号灯8的绝对的地理位置可以通过前面所提到的GNSS系统来确定，但是因为所述信号灯8不会移动，所以其绝对的地理位置可以一次性地固定地得到确定并且例如固定地被保存在所述信号灯8的内部的存储器中，从而可以省去自身的成本很高的GNSS系统。

为了也由所述Car2X网络的接收器有意义地对由所述车辆4、12在消息28中发送的事件、例如其地理位置16、26进行分析，作为这些事件的补充也必须知道在图2中勾画出来的时钟时间32，在该时钟时间已经发生了在所述消息28中所包含的事件。在所述车辆4的地理位置16的实例上，这一点意味着，在所述消息28中必须额外传输，发送消息28的车辆4在何种时钟时间32已经处于所发送的地理位置16处。

在技术上，所述时钟时间32可以通过计时器34来预先给定。但是，这样的计时器34只能借助于可振动的系统、例如石英振荡器或者类似装置来确定时间差。但是，为了产生所述时钟时间32，必须向所述计时器34预先给定时基36，所述计时器可以参照所述时基来输出所述时钟时间32。为了由所有在Car2X网络中进行通信的用户统一地使用由所述计时器34输出的时钟时间32，应当对所有参与Car2X网络的用户相同地预先给定所述时基36。这样的在世界上到处都一样地得到解释的全球时基38可以在所述GNSS信号20中找到，因为在所述GNSS系统中多颗卫星以一种时钟时间来发送相应的GNSS信号20，其中，所述GNSS接收器14可以以本身熟知的方式通过各个GNSS信号20的不同的传播时间差的三边测量法来推导出所述车辆4的绝对位置16。因此，如果从各个GNSS信号20中知道了所述车辆4的绝对位置16，那就可以通过各个GNSS信号20的传播时间来反算出由相应的GNSS卫星预先给定的时钟时间，所述时钟时间而后又可以用作用于所述时钟时间32的全球时基38。

原则上，同样可以在所述GNSS接收器14中进行对所述全球时基38的这种确定。为了一目了然起见，在图2中勾画出相对于所述GNSS接收器14真正冗余的、用于预先给定所述全球时基38的装置40。

在通常情况下，将这种全球时基38作为时基36来输送给所述计时器34。如果这一过程在所述Car2X网络的所有用户4、8、12中进行，那就保证，如此产生的时钟时间32在所有用户4、8、12中同步地运行并且可以在时间上正确地编排在所述Car2X网络中所发送的事件。

如果一次性正确地使所述时基初始化，那么也可以在所述GNSS信号断开时根据连续的系统时间继续沿用所述全球时基。

但是成问题的是，太少的GNSS信号20可供使用并且由此也没有全球时基38可供使用。如果例如在将一个或多个GNSS信号20屏蔽的停车楼里起动所述车辆4，那么既不能确定所述全球位置16也不能确定所述时钟时间32，因为不存在全球时基38。

在这里，在当前的实施例的范围内建议，在关掉所述车辆4之前将所述车辆4的绝对位置16保存在存储器42中。而后，在起动所述车辆4之后可以对所述存储器42进行读取。如果在可信性检测之后证实，所述车辆4还总是一定处于在所述存储器42中所保存的绝对位置16处，那就将这个绝对位置16作为参考位置继续用于例如在位置记录器46中在所述车辆4的、能够通过传感器来检测的位置变化48的基础上计算实际的位置44，直至一个或多个GNSS信号20再次可用。而后将这个实际的位置42用于产生所述消息28。

换而言之，为了产生所述时钟时间32而要动用当地时基50。所述当地时基可以从任意的来源中推导出来。但是，与所述全球时基38相比，所述当地时基50仅仅在一种区域中适用，在该区域中收到了所述当地时基50并且必要时必须进行换算，以便能够用作用于所述计时器34的时基36。在图2的范围内，作为用于所述当地时基50的基础，应该从时域信号发送器54中接收无线电信号52，而后在相应的装置56中从所述无线电信号中推导出所述当地时基50。如果所述时域信号发送器54例如是DCF77，那么作为当地时基50就接收中欧的时间MEZ（英语CET），而后应该有利地首先在换算装置58中将所述中欧的时间MEZ换算为由所述GNSS系统所使用的全球时基38。

在当前的实施例中，探测装置69纯粹解释性地确定，是否存在并且存在多少GNSS信号20。根据结果而定，所述探测装置60用开关信号62来将从所述GNSS信号20中推导出来的全球时基38或者从所述无线电信号52中推导出来的全球时基38选择为用于所述计时器34的时基36。相应地，所述探测装置也从所述GNSS信号中选择所述全球位置16或者利用所述开关信号62选择所计算的实际位置44。

也可以将从所述换算装置58中输出的全球时基38输送给所述GNSS接收器14，以便与称为辅助全球定位系统的A-GPS相类似地用所述GNSS接收器使所述GNSS信号20的定位加速并且使其初始化加速。

在图3的范围内，所述全球时基38也可以从所述从另一部车辆12处接收的消息28中推导出来。在图3中，在纯粹为了一目了然起见而被划分到两个不同的单元上的情况下示出了所述Car2X发送器24。首先从所述消息28中接收所述另一部车辆12的当地时基50。但是必须在校正装置64中例如以传播时间为幅度对这种当地时基50进行校正，以便得到所述全球时基38。为了减少数据传输，所述车辆4可以用要求消息64来向另一部车辆12要求发送具有全球时基38的消息。

在图4的范围内，也可以读出车辆4的用于确定所述全球时基38的车辆时钟68的数据。所述车辆时钟68输出用于所述车辆的当地时基50，所述当地时基而后又在所述校正装置64中例如从所述中欧的时间转换为全球时基38。以特别有利的方式设置了操纵确定装置70，该操纵确定装置从所述车辆时钟38中查询改动信息72。如果从所述改动信息72中得知，所述车辆时钟68在最后接收一个或多个GNSS信号20之后被操纵，则用阻止信号74来阻止将所述当地时基50转换为所述全球时基38。

Claims (12)

1.用于在参与车辆Ad-hoc网络的车辆中产生时间戳的方法，其利用所述时间戳向在消息中所发送的事件分配时钟时间，所述时钟时间通过能够从被称为GNSS信号的全球卫星导航信号中推导出来的全球时基的更新来产生，所述方法包括：

-检查能否接收到GNSS信号；

-从输出当地的时钟时间的时钟中查询当地时基；并且

-在没有足够数目的全球卫星导航信号可用于推导出所述全球时基时，通过将所述当地时基换算成全球时基从而在所述当地时基的基础上产生所述时钟时间，

其中，所述当地时基是仅在接收该当地时基的区域适用的时基。

2.按权利要求1所述的方法，其中在检查能否接收到所述GNSS信号之前起动所述车辆，并且所述当地时基是在起动所述车辆之前得到更新的时钟时间。

3. 按权利要求1或2所述的方法，该方法包括:

-查询改动信息，所述改动信息被设计用于显示最后一次改动所述时钟的改动时刻，并且

-在所述改动时刻处于最后一个接收时刻之后时防止所述时钟时间的产生，其中在所述最后一个接收时刻最后一次接收了GNSS信号。

4.按权利要求1或2所述的方法，其中所述时钟被设计用于以无线电信号来传输当地的时钟时间。

5.按权利要求3所述的方法，其中所述时钟被设计用于以无线电信号来传输当地的时钟时间。

6.按权利要求4所述的方法，其中以无线电信号由所述车辆Ad-hoc网络的其他用户来传输当地的时钟时间。

7.按权利要求5所述的方法，其中以无线电信号由所述车辆Ad-hoc网络的其他用户来传输当地的时钟时间。

8.按权利要求6或7所述的方法，该方法包括：向所述车辆Ad-hoc网络的其他用户要求所述无线电信号。

9.按权利要求6或7所述的方法，其中所述当地的时钟时间是由所述车辆Ad-hoc网络的其他用户产生的时间戳。

10.按权利要求8所述的方法，其中所述当地的时钟时间是由所述车辆Ad-hoc网络的其他用户产生的时间戳。

11.用于基于在车辆中从卫星处接收的全球导航卫星系统信号、下面被称为GNSS信号对车辆进行定位的方法，该方法包括：

-用按前述权利要求2到10中任一项所述的方法来确定当地时基；

-接收卫星的GNSS信号；并且

-在所述当地时基和所述GNSS信号的基础上对所述车辆进行定位。

12.一种控制装置，该控制装置被设计用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括：

-检查单元，该检查单元检查能否接收到GNSS信号；

-当地时基查询单元，从输出当地的时钟时间的时钟中查询当地时基；以及

-时钟时间生成单元，在没有足够数目的全球卫星导航信号可用于推导出所述全球时基时，该时钟时间生成单元通过将当地时基换算成全球时基从而在当地时基的基础上产生所述时钟时间，

其中，所述当地时基是仅在接收该当地时基的区域适用的时基。

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