CN112286034B - 一种整车数据时间同步方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种整车数据时间同步方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：分别检验判断PPS信号和GNSS信号的可用性，当PPS信号和GNSS信号均处于可用状态，则判断PPS与GNSS信号是否关联正确，若关联正确则计算系统时间，为车辆传感器数据添加对应的时间戳。通过该方案可以对UTC时间同步条件进行准确判断，确保时间同步的有效性，并保障时间同步结果准确可靠，同时提升各类设备、场景下时间同步的稳定性和适应性。

Description

一种整车数据时间同步方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及数据同步领域，尤其涉及一种整车数据时间同步方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着高级辅助驾驶和自动驾驶技术的发展，车辆安装集成的传感器数量越来越多，在辅助驾驶或自动驾驶中准确的将传感器数据在时空上完成对齐(插值)与同步(预测或补偿)，对于融合多源传感器进行后续的感知与规划、决策非常重要。不同的数据源转换到同一个时间刻度下，对进行预测或补偿后的传感器数据融合计算。在工程实践中，经常需要将GNSS、IMU、整车状态等信号统一到同一个时间刻度，再进行下一步的计算。
目前，业内常见的做法，是利用GNSS提供的UTC(协调世界时，英文CUT和法文TUC缩写不同，统一为UTC)时间以及PPS(Pulse Per Second)秒脉冲，将各数据统一到UTC时间轴下。但是在工程应用中，PPS信号由于是模拟电压信号，极易受到干扰，在复杂的车内电磁环境下，信号传输容易出现大量杂波，引起误触发；GNSS信号会在车辆运动过程中，无法避免会有隧道、地下车库等场景，信号被遮挡，导致无法接收UTC时间。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种整车数据时间同步方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有整车传感器数据同步结果不准确的问题。
在本发明实施例的第一方面，提供了一种整车数据时间同步方法，包括：
实时监测到GNSS板卡产生的PPS信号，当检测到一帧PPS信号，则将第一定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧PPS信号，获取第一定时器的计时，若第一定时器的对应的计时差值处于预定范围，则判定PPS信号正常，通过第一计数器累计连续有效的PPS信号帧数，若连续帧数超过第一预定值，则判定当前PPS信号满足时间同步要求；
实时监测GNSS信号，检测到GNSS信号后解析GNSS信号得到第一UTC时间，将第二定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧GNSS信号后，解析GNSS信号得到第二UTC时间，若第一UTC时间与第二UTC时间差为设定值，且第二定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定GNSS信号正常，通过第二计数器累计GNSS信号正常的连续帧数，当连续帧数超过第二预定值，则判定当前GNSS信号满足时间同步要求；
若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确；
当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻对应的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间，更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳。
在本发明实施例的第二方面，提供了一种用于整车数据时间同步的装置，包括：
PPS信号校验模块，用于实时监测到GNSS板卡产生的PPS信号，当检测到一帧PPS信号，则将第一定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧PPS信号，获取第一定时器的计时，若第一定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定PPS信号正常，通过第一计数器累计连续有效的PPS信号帧数，若连续帧数超过第一预定值，则判定当前PPS信号满足时间同步要求；
GNSS信号校验模块，用于实时监测GNSS信号，检测到GNSS信号后解析GNSS信号得到第一UTC时间，将第二定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧GNSS信号后，解析GNSS信号得到第二UTC时间，若第一UTC时间与第二UTC时间差为设定值，且第二定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定GNSS信号正常，通过第二计数器累计GNSS信号正常的连续帧数，当连续帧数超过第二预定值，则判定当前GNSS信号满足时间同步要求；
关联性判断模块，用于若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确；
时间同步模块，用于当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻的UTC时间加上系统定时器时间作为系统时间，更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳。
在本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例第一方面所述方法的步骤。
本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的所述方法的步骤。
本发明实施例中，通过对PPS信号和GNSS信号的可用性校核，实时对UTC时间的有效性进行判断，对UTC时间同步条件进行及时有效的判断，确保时间同步的有效性，并保障时间同步结果的准确可靠。通过对GNSS和PPS信号相关性的校验，能够适应各种类型设备的数据时间同步。能与硬件时钟的无缝切换，使时间同步系统在卫星遮挡区域也能够稳定工作，在各类复杂的环境和场景具有较强适应性、鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。
图1为本发明的一个实施例提供的一种整车数据时间同步方法的流程示意图；
图2为本发明的一个实施例提供的一种整车数据时间同步方法的另一流程示意图；
图3为本发明的一个实施例提供的一种用于整车数据时间同步的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。
本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二”用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序.
需要说明的是，传统基于GNSS(Global Navigation Satellite System)提供的UTC时间以及PPS秒脉冲，将各数据统一到UTC时间轴下。由于信号容易受到干扰，以及可能无法接收到UTC时间，导致同步结果不准确。与此同时，这类方法对GNSS信号和秒脉冲的时序、信号质量等，都有一定的输入要求，导致这一类方法的适应性一般。
请参阅图1，图1为本发明一个实施例提供的一种整车数据时间同步方法的流程示意图，包括：
S101、PPS信号可用性判断；
当获取到PPS信号时，定时器开始计时，当获取到下一帧PPS信号时，校核定时器数值，若在标定的区间内，则当前这一帧PPS是有效的，连续若干帧PPS信号有效，则认为当前PPS信号可用于时间同步。
具体的，实时监测到GNSS板卡产生的PPS信号，当检测到一帧PPS信号，则将第一定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧PPS信号，获取第一定时器的计时，若第一定时器对应的计时差值(即两帧PPS信号触发时定时器计时的差值)处于预定范围，则判定PPS信号正常，通过第一计数器累计连续有效的PPS信号帧数，若连续帧数超过第一预定值，则判定当前PPS信号满足时间同步要求。
所述第一定时器为系统微处理中某个特定的定时器，定时器使用微处理器外部晶振产生的时钟信号进行计时。
S102、GNSS信号可用性判断；
当收到包含UTC时间的GNSS报文，定时器开始计时，当收到下一帧GNSS报文，校核定时器数值是否在标定区间内，校核两帧报文的UTC时间是否按照预期增加对应的时间，如果两个条件都满足，则表明当前的GNSS报文是有效的，连续若干GNSS报文都是有效的，则认为当前GNSS报文是可用的，即满足时间同步要求。
具体的，实时监测GNSS信号，检测到GNSS信号后解析GNSS信号得到第一UTC时间，将第二定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧GNSS信号后，解析GNSS信号得到第二UTC时间，若第一UTC时间与第二UTC时间差为设定值(如1秒)，且第二定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定GNSS信号正常，通过第二计数器累计GNSS信号正常的连续帧数，当连续帧数超过第二预定值，则判定当前GNSS信号满足时间同步要求；
S103、判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确；
若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确。
具体的，若当前连续两帧PPS信号对应的UTC时间相差为设定值，则当前PPS信号与GNSS信号关联正确；若连续若干帧PPS信号与GNSS信号均关联正确，则PPS信号与GNSS信号的关联性可用于时间同步。所述连续若干帧PPS信号为超过预定数量的连续帧。
当收到连续的两帧PPS信号，分别记录对应的UTC时间，当两帧的UTC时间相差为设定值，如1s，则当前这一帧的PPS与GNSS报文关联正确，连续若干帧关联都正确，则当前PPS与GNSS的关联性可以用于UTC时间同步。
S104、计算系统时间，为车辆传感器数据添加时间戳。
当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间，更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳。
其中，对接收到的传感器数据进行同步处理时，接收到一帧传感器数据，取当前的同步时钟源数值，加上一个可标定的固定时延，所述固定时延根据传感器数据类型的不同而不同，为传感器数据的数据帧添加时间戳。
可以理解的是，当PPS与GNSS关联正确，则判定为UTC时间同步状态，每收到一帧PPS信号，将第一定时器置零后重新开始计时；当PPS与GNSS关联不正确，则判定为UTC时间同步失效状态，每接收到一帧PPS信号，第一定时器不清零并开始计时累加，将第一定时器的计时作为数据同步时钟源。
当PPS与GNSS关联不正确，即UTC时间同步失效，通过车辆驾驶系统自带的硬件时钟实现与UTC时间的无缝切换。系统定时器在UTC时间同步条件为可以同步的状态下时，每收到一次PPS信号，定时器置零，然后重新开始计时。当UTC时间同步条件判断为失效时，定时器不再清零，而是一直累加，作为数据同步时钟源，替代原UTC时间。当UTC时间同步条件判断结果再次有效时，数据同步时钟源再度变更为UTC时间，实现时间基准源的切换。
本实施例提供的方法，能够对UTC时间同步条件进行及时有效的判断，确保时间同步的有效性。通过对GNSS和PPS信号相关性的校验，能够使此方法适应各种类型的设备。与硬件时钟的无缝切换，使时间同步系统在卫星遮挡区域也能够稳定工作，可适应各类复杂的环境和场景。
在本发明的另一实施例中，如图2所示，图2为整车数据时间同步方法的另一流程示意图，用于IMU、GNSS和整车CAN数据的时间同步，包括：
在驾驶系统初始化后，实时监测PPS信号(PPS信号又称秒脉冲信号，一般由GNSS板卡产生)。当检测到一帧PPS信号(通常为上升沿有效)，处理器(如使用STM32系列的微处理器)某个特定的定时器置0，然后开始计时，定时器使用处理器外部晶振产生的时钟信号进行计时。当检测到下一帧PPS信号，记录此时定时器的数值为T1.当T1在预定范围内，优选的，所述预定范围为[0.9秒，1.1秒]，判定这一帧PPS信号是正常的，则计数器C1加1；若T1不在预定的范围内，认为PPS信号不满足使用需求，可能存在电磁干扰或丢帧等问题，则计数器C1置0。当C1超过某一个数值时(如C1＞5)，判定当前PPS信号满足时间同步要求。
系统初始化后，实时监测GNSS信号(优选的，使用符合NEMA0183协议的GPRMC报文作为UTC时间源)。当获取到一帧GNSS报文后，解析得到的UTC时间为u0，存入寄存器M，同时将定时器置零，并开始计时。检测到下一帧GNSS信号时，解析得到的UTC时间为u1，此时定时器数值为T2，当u1-u0＝1s且T2处于预定范围内，优选的，所述预定范围为[0.9秒，1.1秒]，判定GPRMC(即GNSS信号)正常，计数器C2加1。当u1-u0≠1s，或T2不在预定范围内，认为GPRMC信号异常，计数器C2置0；当C2超过某一个数值时(如C2>10)，认为当前GPRMC信号满足同步要求。
当PPS与GNSS均处于可用的状态，则判断二者的关联性是否正确。当前一帧PPS信号触发，时间寄存器M中的当前时间为M0，后一帧PPS触发，时间寄存器M中的时间为M1，M1-M0＝1s时，计数器C3加1。当M1-M0≠1s时，计数器C3置0。当C3大于某一个数值时，如当C3＞5时，处于UTC时间满足数据同步条件。
当PPS与GNSS关联性正确，即UTC时间满足数据同步条件，则前一帧PPS脉冲时刻的UTC时间，加上系统定时器的时间，作为系统时间，对系统时间进行更新，即系统时间为上述的M1+T1。当接收到imu、车身can等需要同步的传感器信号时，以收到数据的系统时间，加上固定的时间延迟量(用于固定偏差的补偿)，作为数据包的时间戳。
当PPS与GNSS关联性不正确，即不满足UTC时间同步条件时，系统使用最后一帧可用的UTC时间，并加上系统定时器的数值，作为系统时间，进行整车传感器数据的时间同步。
系统上电后，默认使用MCU的系统时间做为时间轴，给各传感器做时间同步；当满足UTC时间同步条件后，系统时间调整为UTC时间，使用新的系统时间做时间同步；当运行过程中，由于卫星遮挡等因素，不满足UTC时间同步条件，切换为默认系统时间同步，系统的初始值为最后一帧可用的GPRMC时间，定时器到达最大值时，置0重新开始同步。当重新满足UTC时间同步条件后，切换到UTC时间同步方式。
本实施例中，通过分别对PPS信号和GNSS信号的校核，实时UTC时间的有效性判断。通过合理的信号检验方案，降低对信号时序的要求，使同步算法能够较好的适配各类不同厂家的硬件设备。同时基于硬件晶振时钟的精准节拍能力，在UTC时间同步无效时，实现对信号继续保持同步的能力。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图3为本发明实施例提供的一种用于整车数据时间同步的装置的结构示意图，该装置包括：
PPS信号校验模块310，用于实时监测到GNSS板卡产生的PPS信号，当检测到一帧PPS信号，则将第一定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧PPS信号，获取第一定时器的计时，若第一定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定PPS信号正常，通过第一计数器累计连续有效的PPS信号帧数，若连续帧数超过第一预定值，则判定当前PPS信号满足时间同步要求；
GNSS信号校验模块320，用于实时监测GNSS信号，检测到GNSS信号后解析GNSS信号得到第一UTC时间，将第二定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧GNSS信号后，解析GNSS信号得到第二UTC时间，若第一UTC时间与第二UTC时间差为设定值，且第二定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定GNSS信号正常，通过第二计数器累计GNSS信号正常的连续帧数，当连续帧数超过第二预定值，则判定当前GNSS信号满足时间同步要求；
关联性判断模块330，用于若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确；
具体的，若当前连续两帧PPS信号对应的UTC时间相差为设定值，则当前PPS信号与GNSS信号关联正确；
若超过预定数量的连续帧PPS信号与GNSS信号均关联正确，则PPS信号与GNSS信号的关联性可用于UTC时间同步。
可以理解的是，当PPS与GNSS关联正确，则判定为UTC时间同步状态，每收到一帧PPS信号，将第一定时器置零后重新开始计时；当PPS与GNSS关联不正确，则判定为UTC时间同步失效状态，每接收到一帧PPS信号，第一定时器不清零并开始计时累加，将第一定时器的计时作为数据同步时钟源。
时间同步模块340，用于当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻的UTC时间加上系统定时器时间作为系统时间，更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳。
将更新后的系统时间加上固定的时间延迟量作为传感器数据的时间戳，所述固定的时间延迟量根据传感器数据类型的不同而不同。
其中，当PPS与GNSS关联不正确，则将当前最后一帧可用的PPS信号脉冲时刻对应的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间。
可以理解的是，在一个实施例中，所述电子设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序执行如实施例一中步骤S101～S104，处理器执行所述计算机程序时实现整车传感器数据的时间同步。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S101～S104，所述的存储介质包括如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种整车数据时间同步方法，其特征在于，包括：
实时监测到GNSS板卡产生的PPS信号，当检测到一帧PPS信号，则将第一定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧PPS信号，获取第一定时器的计时，若第一定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定PPS信号正常，通过第一计数器累计连续有效的PPS信号帧数，若连续帧数超过第一预定值，则判定当前PPS信号满足时间同步要求；
实时监测GNSS信号，检测到GNSS信号后解析GNSS信号得到第一UTC时间，将第二定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧GNSS信号后，解析GNSS信号得到第二UTC时间，若第一UTC时间与第二UTC时间差为设定值，且第二定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定GNSS信号正常，通过第二计数器累计GNSS信号正常的连续帧数，当连续帧数超过第二预定值，则判定当前GNSS信号满足时间同步要求；
若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确；
其中，若当前连续两帧PPS信号对应的UTC时间相差为设定值，则当前PPS信号与GNSS信号关联正确；
若超过预定数量的连续帧PPS信号与GNSS信号均关联正确，则PPS信号与GNSS信号的关联性可用于UTC时间同步；
其中，所述判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确还包括：
当PPS与GNSS关联正确，则判定为UTC时间同步状态，每收到一帧PPS信号，将第一定时器置零后重新开始计时；
当PPS与GNSS关联不正确，则判定为UTC时间同步失效状态，每接收到一帧PPS信号，第一定时器不清零并开始计时累加，将第一定时器的计时作为数据同步时钟源；
当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻对应的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间，更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳包括：
将更新后的系统时间加上固定的时间延迟量作为传感器数据的时间戳，所述固定的时间延迟量根据传感器数据类型的不同而不同。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间还包括：
当PPS与GNSS关联不正确，则将当前最后一帧可用的PPS信号脉冲时刻对应的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间。
4.一种用于整车数据时间同步的装置，其特征在于，包括：
PPS信号校验模块，用于实时监测到GNSS板卡产生的PPS信号，当检测到一帧PPS信号，则将第一定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧PPS信号，获取第一定时器的计时，若第一定时器对应的计时差值的处于预定范围，则判定PPS信号正常，通过第一计数器累计连续有效的PPS信号帧数，若连续帧数超过第一预定值，则判定当前PPS信号满足时间同步要求；
GNSS信号校验模块，用于实时监测GNSS信号，检测到GNSS信号后解析GNSS信号得到第一UTC时间，将第二定时器置为0并开始计时，当检测到下一帧GNSS信号后，解析GNSS信号得到第二UTC时间，若第一UTC时间与第二UTC时间差为设定值，且第二定时器对应的计时差值处于预定范围，则判定GNSS信号正常，通过第二计数器累计GNSS信号正常的连续帧数，当连续帧数超过第二预定值，则判定当前GNSS信号满足时间同步要求；
关联性判断模块，用于若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确；
其中，所述若当前PPS信号与GNSS信号均满足时间同步要求，则判断PPS信号与GNSS信号是否关联正确具体为：
若当前连续两帧PPS信号对应的UTC时间相差为设定值，则当前PPS信号与GNSS信号关联正确；
若超过预定数量的连续帧PPS信号与GNSS信号均关联正确，则PPS信号与GNSS信号的关联性可用于UTC时间同步；
其中，当PPS与GNSS关联正确，则判定为UTC时间同步状态，每收到一帧PPS信号，将第一定时器置零后重新开始计时；
当PPS与GNSS关联不正确，则判定为UTC时间同步失效状态，每接收到一帧PPS信号，第一定时器不清零并开始计时累加，将第一定时器的计时作为数据同步时钟源；
时间同步模块，用于当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻的UTC时间加上系统定时器时间作为系统时间，更新系统时间，并为接收到的车辆传感器数据添加时间戳。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述当PPS与GNSS关联正确，则将前一帧PPS信号脉冲时刻的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间还包括：
当PPS与GNSS关联不正确，则将当前最后一帧可用的PPS信号脉冲时刻对应的UTC时间加上第一定时器时间作为系统时间。
6.一种电子设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任一项所述整车数据时间同步方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述整车数据时间同步方法的步骤。
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