CN113572556A - 一种时间同步方法、传感器及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种时间同步方法、传感器及系统。其中，方法包括：传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。采用本发明，能提高时间同步精度、实施简单、可扩展性高。
Description
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，特别是涉及一种时间同步方法、传感器及系统。
背景技术
随着自动驾驶技术的发展及其对环境感知的需求，车辆需要同时搭载多个雷达及其它传感器。为了提升各个传感器数据融合的效果，需要对这些传感器进行时间同步。在专利申请号为“201910563409.7”、名称为“一种车载雷达时间同步的方法”的专利文献中提到了一种通过车载CAN网络对多个雷达进行时间同步的方法，该方法主要缺陷包括：(1)需要指定主雷达和从雷达，难以操作；(2)时间同步精度较低。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种时间同步方法、传感器及系统，具有时间同步精度高、实施简单、可扩展性高的有益效果。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
根据本发明的一方面，提供一种时间同步方法，所述方法包括：
传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；
接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；
从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；
根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。
可选地，所述传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号包括：所述传感器通过物理电路检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号；所述传感器接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息包括：所述传感器通过通信总线接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息。
可选地，所述根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定出所述传感器的时间戳包括：
判断所述第二计数值是否大于第一计数值，若是，则将第二计数值减去第一计数值后的结果乘以所述本地计数器的计数周期得到所述时间戳消息的传输时延，若否，则将所述本地计数器的计数阈值减去第一计数值再加上第二计数值后的结果乘以所述本地计数器的计数周期得到所述时间戳消息的传输时延；
将所述周期性脉冲信号的发送时间加上所述时间戳消息的传输时延得到所述传感器的时间戳。
可选地，所述根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳之后，还包括：
基于预设的采样频率采集数据，当一数据采集时刻达到时，记录所述本地计数器的第三计数值；
根据所述传感器的时间戳、所述第二计数值和所述第三计数值确定所述传感器在所述数据采集时刻的时间戳；
将所述数据采集时刻的时间戳和所述数据采集时刻采集的数据绑定后发送至上位机。
可选地，所述周期性脉冲信号为PPS信号，所述时间戳消息为GPRMC消息。
根据本发明的另一方面，提供一种传感器，所述传感器包括存储器、处理器和本地计数器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器分别于所述存储器和所述本地计数器连接，其中，
所述本地计数器，用于采用预设的计数周期进行计数；
所述处理器，用于执行所述存储器中的计算机程序时实现上述任一项所述的时间同步方法。
根据本发明的另一方面，提供一种时间同步系统，所述时间同步系统包括时钟同步设备和多个上述所述的传感器，
所述时钟同步设备，用于发送周期性脉冲信号至各传感器，获取所述周期性脉冲信号的发送时间生成时间戳消息，将所述时间戳消息发送至各传感器。
可选地，所述时钟同步设备包括GNSS接收机、高精度原子钟、经过高精度时间同步设备同步后的设备中任一种。
可选地，所述传感器包括车载雷达和/或摄像头。
根据本发明的再一方面，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行上述任一项所述的时间同步方法。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中，首先，传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；其次，从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；最后，根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。本发明采用本地计数器对时间戳消息的传输时延进行精确计算，使得时间同步精度高、实施简单、可扩展性高。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种时间同步方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的PPS信号和时间戳消息的发送时间和接收时间的时序示意图；
图3为本发明实施例提供的一种传感器的硬件结构图；
图4为本发明实施例提供的一种时间同步系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种时间同步方法的流程图，所述方法可应用于传感器。在车载领域，所述传感器为车载雷达或摄像头等传感器。所述方法包括：
步骤S101，传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值。
具体的，时钟同步设备发送周期性脉冲信号至传感器，以使得该传感器根据该周期性脉冲信号触发时间同步处理。其中，时钟同步设备包括但不限于：GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)接收机、高精度原子钟、经过高精度时间同步设备同步后的设备。所述GNSS接收机为搭载有比如美国GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)、俄罗斯Glonass、欧洲Galileo或中国北斗卫星导航系统中任一种可获取当前卫星时间信息的系统。
在一些实施例中，所述周期性脉冲信号为PPS(PulsePerSecond，秒脉冲信号)信号，所述PPS信号可以为TTL(Transistor-TransistorLogic，晶体管-晶体管逻辑)信号。该TTL信号通过物理电路传输到该传感器，其传输的时延可达到纳秒级，因此，周期性脉冲信号的传输时延可忽略不计。
传感器中设置有本地计数器，当传感器开机后，本地计数器按照预设的计数周期开始计数，当计数值达到计数阈值后，则重新开始计数。本领域技术人员，可根据需求，选择不同计数精度的本地计数器，一般情况下，本地计数器的计数周期为微秒级或纳秒级。
步骤S102，接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值。
在一些实施例中，当时钟同步设备为GNSS接收机时，所述周期性脉冲信号的发送时间可以是GPS的GPRMC(Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data，推荐定位信息)的数据包中的UTC时间，所述UTC时间的精度为秒级(例如UTC时间为15：32：43，十五点三十二分四十三秒)，所述时间戳消息可为GPRMC消息。若周期性脉冲信号为PPS，则时间戳消息的发送周期也为1秒。由于时间戳消息的数据量较大，时钟同步设备通过通信总线将所述时间戳消息发送至该传感器。在车载领域，所述通信总线包括UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)通信总线、CAN(ControllerArea Network，控制局域网)通信总线、LIN(Local Interconnect Network，本地互联网)通信总线中任一种。
如图2所示为本发明实施例提供的PPS信号和时间戳消息的发送时间和接收时间的时序示意图。从图2中可看出，周期性脉冲信号由于采用物理电路进行传输，其传输时延可忽略不计，因此发送PPS信号的时间和接收PPS信号的时间近似相同。而时间戳消息由于数据量较大，只能通过通信总线传输，存在一定的传输时延。
步骤S103，从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间。
步骤S104，根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定当前设别的时间戳。
具体的，将本地计数器的第一计数值记为C1，本地计数器的第二计数值记为C2，周期性脉冲信号的发送时间记为TH，本地计数器的计数周期记为TP，则传感器的时间戳TS的计算方法如下：判断C2是否大于C1，若是，则TS＝TH+(C2-C1)*TP；若否，则TS＝TH+(Cmax-C1+C2)*TP，其中Cmax为本地计数器的计数阈值。
在一些实施例中，传感器的时间戳确定后还包括：基于预设的采用频率采集数据，当一数据采集时刻达到时，记录所述本地计数器的第三计数值；根据所述传感器的时间戳、所述第二计数值和所述第三计数值确定出所述传感器在所述数据采集时刻的时间戳；将所述数据采集时刻的时间戳和所述数据采集时刻采集的数据绑定后发送至上位机。
假设预设的采用频率为Fs，周期性脉冲信号的发送频率为Fc，则在一个脉冲信号周期内，传感器采集数据的次数N＝Fs/Fc。一般情况下，Fs远大于Fc，即传感器在一个脉冲信号周期内采集多次数据。为使得各传感器采集的数据有更好地融合效果，需要将采集数据的时间提高到更高的精度。因此，传感器记录各数据采集时刻下本地计数器的第三计数值。假设将本地计数器的第三计数值记为C3，则传感器数据采集时刻的时间戳TD的计算方法如下：判断C3是否大于C2，若是，则TD＝TS+(C3-C2)*TP，若否，则TD＝TS+(Cmax-C2+C3)*TP。
可以理解的是，传感器接收到新的周期性脉冲信号和新的时间戳消息后，对TS和TD进行更新。同时，由于本地计数器在开机后是自动运行的，因此，C1、C2和C3在不同的周期性脉冲信号下对应有不同的值。由于传感器采集数据的频率远大于脉冲信号的发送频率，因此，在一个脉冲信号周期内，传感器根据传感器的时间戳、第二计数值和第三计数值来得到传感器每个数据采集时刻的时间戳，并在上报采集数据时携带该数据采集时刻的时间戳，以使得上位机(比如：车载自动导航系统)能根据这些时间高精度同步的采集数据进行融合，使得自动驾驶的准确率更高。
本发明提供的方法实施例中，传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；并根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。传感器通过本地计数器对时间戳消息的传输时延进行精确计算，使得时间同步精度高、实施简单、可扩展性高。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种传感器的硬件结构图，该传感器30包括处理器31、存储器32、和本地计数器33，其中，本地计数器33，用于采用预设的计数周期进行计数，处理器31分别与存储器32、和本地计数器33连接。处理器31可以调用存储器33中的逻辑指令，以执行本发明实施例所述的任一项时间同步方法，例如，包括：检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。
在一些实施例中，处理器31分别通过物理电路和通信总线与时钟同步设备连接，通过物理电路检测时钟同步设备发送的周期性脉冲信号，通过通信总线接收时钟同步设备发送的时间戳消息。
此外，上述存储器33中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在几个可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储于一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明实施例所述时间同步方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在一些实施例中，传感器30包括车载雷达、摄像头及其他传感器。其中，车载雷达包括毫米波雷达、激光雷达等。可以理解的是，传感器30还包括与其具备的功能属性相对应的其他硬件模块。
在一些实施例中，周期性脉冲信号为PPS信号，时间戳消息为GPRMC消息,本地计数器的计数周期为微秒级或纳秒级。
本发明实施例提供的传感器可以执行本发明实施例中时间同步的方法的步骤，未在本实施例中详述的技术细节，可参考本发明实施例中关于时间同步方法的描述。
本发明实施例提供的传感器通过本地计数器对时间戳消息的传输时延进行精确计算，使得时间同步精度高、实施简单、可扩展性高。
如图4所示，为本发明实施例提供的一种时间同步系统的结构示意图，该时间同步系统包括时钟同步设备41和多个传感器42，其中，传感器42为上述实施例所述的传感器。
时钟同步设备41，用于发送周期性脉冲信号至各传感器42，获取所述周期性脉冲信号的发送时间生成时间戳消息，将所述时间戳消息发送至各传感器42。
在一些实施例中，时钟同步设备41包括GNSS接收机、高精度原子钟、经过高精度时间同步设备同步后的设备中任一种，传感器42包括车载雷达、摄像头及其他传感器。其中，车载雷达包括毫米波雷达、激光雷达等。
在一些实施例中，时钟同步设备41与各传感器42分别通过物理电路和通信总线连接。具体的，时钟同步设备41通过物理电路将周期性脉冲信号发送至各传感器，通过通信总线将时间戳消息发送至各传感器。在车载领域，所述通信总线包括UART通信总线、CAN通信总线、LIN通信总线中任一种。
本发明实施例提供的时间同步系统可以执行本发明实施例中时间同步的方法的步骤，未在本实施例中详述的技术细节，可参考本发明实施例中关于时间同步方法的描述。
本发明实施例提供的时间同步系统中，时钟同步设备发射周期性脉冲信号和时间戳消息至传感器，传感器收到周期性脉冲信号之后，解析出时间戳消息中包含的周期性脉冲信号的发送时间，通过本地计数器对时间戳消息的传输时延进行精确计算，使得时间同步精度高、实施简单、可扩展性高。
根据本发明实施例，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行本发明实施例中任一项所述的时间同步方法的步骤，比如：传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用直至得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；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申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种时间同步方法，其特征在于，所述方法包括：
传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号后，记录本地计数器的第一计数值；
接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息后，记录所述本地计数器的第二计数值；
从所述时间戳消息中解析出所述周期性脉冲信号的发送时间；
根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号包括：所述传感器通过物理电路检测到时钟同步设备发送的周期性脉冲信号；所述传感器接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息包括：所述传感器通过通信总线接收到所述时钟同步设备发送的携带有所述周期性脉冲信号的发送时间的时间戳消息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定出所述传感器的时间戳包括：
判断所述第二计数值是否大于第一计数值，若是，则将第二计数值减去第一计数值后的结果乘以所述本地计数器的计数周期得到所述时间戳消息的传输时延，若否，则将所述本地计数器的计数阈值减去第一计数值再加上第二计数值后的结果乘以所述本地计数器的计数周期得到所述时间戳消息的传输时延；
将所述周期性脉冲信号的发送时间加上所述时间戳消息的传输时延得到所述传感器的时间戳。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述周期性脉冲信号的发送时间、所述第一计数值和所述第二计数值确定所述传感器的时间戳之后，还包括：
基于预设的采样频率采集数据，当一数据采集时刻达到时，记录所述本地计数器的第三计数值；
根据所述传感器的时间戳、所述第二计数值和所述第三计数值确定所述传感器在所述数据采集时刻的时间戳；
将所述数据采集时刻的时间戳和所述数据采集时刻采集的数据绑定后发送至上位机。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述周期性脉冲信号为PPS信号，所述时间戳消息为GPRMC消息。
6.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括存储器、处理器和本地计数器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器分别于所述存储器和所述本地计数器连接，其中，
所述本地计数器，用于采用预设的计数周期进行计数；
所述处理器，用于执行所述存储器中的计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述的时间同步方法。
7.一种时间同步系统，其特征在于，所述时间同步系统包括时钟同步设备和多个权利要求6所述的传感器，
所述时钟同步设备，用于发送周期性脉冲信号至各传感器，获取所述周期性脉冲信号的发送时间生成时间戳消息，将所述时间戳消息发送至各传感器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述时钟同步设备包括GNSS接收机、高精度原子钟、经过高精度时间同步设备同步后的设备中任一种。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述传感器包括车载雷达和/或摄像头。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1-5任一项所述的时间同步方法。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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