JP7482291B2 - クロック同期 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の装置にわたるクロック同期を行うためのシステム及び方法に関する。
過去の任意の刊行物（又はそこから導出される情報）又は知られている任意の事柄に本明細書で言及することは、本明細書が関係する努力傾注分野における共通の一般知識の一部を過去の刊行物（又はそこから導出される情報）又は知られている事柄が形成するという承認又は容認又は何らかの形の示唆ではなく、そのように解釈すべきではない。
クロック同期は、さもなければ独立したクロックを調整することを狙うプロセスである。この点に関して、クロックが最初に正確に設定されていても、クロックが僅かに異なる速さで時間を刻むことによって引き起こされるクロックドリフトが原因で幾らかの時間の後でクロックが異なり、そのことはひいてはデータ処理の問題を招き得る。このことは、データを解釈し或いは解析する際に、データの捕捉／生成の時間が重要である状況においてとりわけ顕著である。例えば自律走行車等の応用では、車両が環境の中を進むときセンサデータが典型的には複数の異なるセンサから捕捉される。捕捉データは、典型的にはそのセンサにとってローカルなクロックに基づいて捕捉時間に関連付けられ、様々なセンサのクロックが同期されていない場合は同時に捕捉されたデータが異なる時点に捕捉されたかのように見え得る。従ってこの状況では、対象物の検出等のイベントが生じた場合、そのイベントは異なる時点において生じたかのように見える可能性があり、そのことはひいてはイベントの解釈を困難にし得る。
クロック同期を行うための幾つかのメカニズムが存在する。例えばマスタクロックを使用して、マスタクロックに基づくパルス毎秒（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ、ＰＰＳ）信号と呼ばれることもあるタイミングパルスを生成し出力することができる。このＰＰＳ信号はその後様々な装置によって受信され、それらの装置はＰＰＳ信号を使用して自らの内部クロックをマスタクロックと同期する。
しかし、全ての装置がＰＰＳ信号を受信すること及びＰＰＳ信号を使用して同期を行えるとは限らない。例えばＧＰＳ（全地球測位システム、Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）装置は、ＧＰＳシステムが効果的に機能するのに必要な、衛星信号から導出されるクロック信号を典型的には利用する。従って、この形式の装置は自らの内部クロックを別個のマスタクロックと同期することができない。
かかるシステムは自らのＰＰＳ信号を生成し得る。しかし、このＰＰＳ信号を同期に使用することは必ずしも可能とは限らない。例えばＧＰＳ装置からのデータを他のセンサからのデータと組み合わせようとする場合、それらの他のセンサは、それ自体が外部のＰＰＳ信号を同期に使用できない場合があるマスタクロックにしばしば同期される。加えて、例えば新たな衛星が取得される場合、ＧＰＳシステム内のクロック信号は周期的に変化する場合があり、ＧＰＳ装置からのＰＰＳ信号をマスタクロックとして使用できないことを意味し、そのためそのことがＧＰＳ及び他のセンサデータの同期を不確かなものにする。
独自の内部処理要件が原因で外部クロック信号に同じく同期することができないＬｉＤＡＲ等の他の装置でも同様の問題が発生する。これらの問題は複数の装置にわたるセンサ融合を不確かなものにする場合があり、それは正確な位置計測及びナビゲーションを保証するのに複数のセンサからのデータを融合することが重大であり得る自律走行車及び他の同様の応用で特に表明される。
１つの広範な形式では、本発明の一態様が複数の装置にわたるクロック同期を行う方法を提供しようとし、この方法は、第１の装置において、第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発するステップと、第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間に関連するイベントを含むイベントデータを出力するステップと、第２の装置において、タイミングパルスを受信するステップと、第２のクロック信号に基づく基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを生成するステップと、１つ又は複数の処理装置において、イベントデータを受信するステップと、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントのおおよそのローカルイベント時間を記録するステップと、ローカルイベント時間及び第１のイベント時間を使用して第１のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出するステップと、第１の関数及び基準データを使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号を関係付ける同期関数を導出するステップと、同期関数を使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号のクロック同期を行うステップと、を含む。
一実施形態では、この方法が、１つ又は複数の処理装置において、第２のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を決定するステップと、第２の関数を使用して同期関数を決定するステップとを含む。
一実施形態では、この方法が、第２の装置において基準データを出力するステップと、１つ又は複数の処理装置において、基準データを受信するステップと、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録するステップと、ローカル基準時間及び基準時間を使用して第２の関数を導出するステップとを含む。
一実施形態では、この方法が、１つ又は複数の処理装置において、第１の関数及び基準データを使用してタイミングパルスのおおよその第１の基準時間を回復するステップと、タイミングパルスの正確な第１の基準時間を解決するステップと、正確な第１の基準時間を使用して第３の関数を決定するステップとを含む。
一実施形態では、第２のクロックがローカルクロックであり、１つ又は複数の処理装置が第２の装置の一部である。
一実施形態では、第２の装置が幾つかの他の装置を同期するために使用されるマスタクロックである。
一実施形態では、少なくとも１つの関数が線形フィットに基づく。
一実施形態では、この方法が、１つ又は複数の処理装置において、イベントを第２のクロック信号と同期するために、同期関数を使用して第２のクロック信号に基づく第２のイベント時間を計算するステップを含む。
一実施形態では、この方法が、１つ又は複数の処理装置において、受信イベントデータを第１の関数と比較するステップと、比較の結果に応じて少なくとも１つの関数を選択的に再計算するステップとを含む。
一実施形態では、この方法が、１つ又は複数の処理装置において、比較の結果に基づいてずれが識別される場合に少なくとも１つの関数を再計算するステップを含む。
１つの広範な形式では、本発明の一態様が複数の装置にわたるクロック同期を行う方法を提供しようとし、この方法は、第１の装置において、第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発するステップと、第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間に関連するイベントを含むイベントデータを出力するステップと、第２の装置において、タイミングパルスを受信するステップと、第２のクロック信号に基づく基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを出力するステップと、１つ又は複数の処理装置において、イベントデータを受信するステップと、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントのおおよそのローカルイベント時間を記録するステップと、ローカルイベント時間及び第１のイベント時間を使用して第１のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出するステップと、基準データを受信するステップと、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録するステップと、ローカル基準時間及び基準時間を使用して第２のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を導出するステップと、第１の関数及び第２の関数並びに基準データを使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号を関係付ける第３の関数を決定するステップと、第３の関数を使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号のクロック同期を行うステップとを含む。
１つの広範な形式では、本発明の一態様が複数の装置にわたるクロック同期を行うための機器を提供しようとし、この機器は、第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発し、第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間に関連するイベントを含むイベントデータを出力するように構成される第１の装置と、タイミングパルスを受信し、第２のクロック信号に基づく基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを生成するように構成される第２の装置とを含み、イベントデータを受信し、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントのおおよそのローカルイベント時間を記録し、ローカルイベント時間及び第１のイベント時間を使用して第１のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出し、第１の関数及び基準データを使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号を関係付ける同期関数を導出し、同期関数を使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号のクロック同期を行うように構成される１つ又は複数の処理装置を含む。
一実施形態では、１つ又は複数の処理装置が、第２のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を決定し、第２の関数を使用して同期関数を決定するように構成される。
一実施形態では、１つ又は複数の処理装置が、第２の装置から基準データを受信し、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録し、ローカル基準時間及び基準時間を使用して第２の関数を導出するように構成される。
一実施形態では、１つ又は複数の処理装置が、第１の関数及び基準データを使用してタイミングパルスのおおよその第１の基準時間を回復し、タイミングパルスの正確な第１の基準時間を解決し、正確な第１の基準時間を使用して第３の関数を決定するように構成される。
一実施形態では、第２のクロックがローカルクロックであり、１つ又は複数の処理装置が第２の装置の一部である。
一実施形態では、第２の装置が幾つかの他の装置を同期するために使用されるマスタクロックである。
一実施形態では、少なくとも１つの関数が線形フィットに基づく。
一実施形態では、１つ又は複数の処理装置が、イベントを第２のクロック信号と同期するために、同期関数を使用して第２のクロック信号に基づく第２のイベント時間を計算するように構成される。
一実施形態では、１つ又は複数の処理装置が、受信イベントデータを第１の関数と比較し、比較の結果に応じて少なくとも１つの関数を選択的に再計算するように構成される。
一実施形態では、１つ又は複数の処理装置が、比較の結果に基づいてずれが識別される場合に少なくとも１つの関数を再計算するように構成される。
１つの広範な形式では、本発明の一態様が複数の装置にわたるクロック同期を行うための機器を提供しようとし、この機器は、第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発し、第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間に関連するイベントを含むイベントデータを出力するように構成される第１の装置と、タイミングパルスを受信し、第２のクロック信号に基づく基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを出力するように構成される第２の装置とを含み、イベントデータを受信し、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントのおおよそのローカルイベント時間を記録し、ローカルイベント時間及び第１のイベント時間を使用して第１のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出し、基準データを受信し、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録し、ローカル基準時間及び基準時間を使用して第２のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を導出し、第１の関数及び第２の関数並びに基準データを使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号を関係付ける第３の関数を決定し、第３の関数を使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号のクロック同期を行うように構成される１つ又は複数の処理装置を含む。
本発明の広範な形式及びその個々の特徴は組み合わせて及び／又は独立に使用することができ、別々の広範な形式に言及することは限定的であることは意図しないことが理解されよう。更に、方法の特徴はシステム又は機器を使用して実行することができ、システム又は機器の特徴は方法を使用して実装できることが理解されよう。
次に本発明の様々な例及び実施形態を、添付図面を参照して説明する。
クロック同期を必要とするシステムの第１の例の概略図である。 クロック同期を必要とするシステムの第２の例の概略図である。 クロック同期を行う際に使用するための方法の一例の流れ図である。 第１の装置の一例の概略図である。 第２の装置の一例の概略図である。 処理システムの一例の概略図である。 クロック同期を行う際に使用するための方法の更なる例の流れ図である。 クロック同期関数を更新する際に使用するための方法の一例の流れ図である。
次に、クロック同期を必要とするシステムの例を図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。
この例では、システムが第１の装置１１０と、第２の装置１２０と、１つ又は複数の処理装置１３０とを含む。
同期されている装置の好ましい実装形態及び／又は性質にもよるが、第１の装置１１０及び第２の装置１２０は任意の適切な形式のものとすることができる。
概して、第１の装置１１０は、例えば１つ又は複数のイベントに関係するイベントデータをタイムスタンプするために内部的に使用される第１のクロックを含む。第１の装置１１０は、典型的にはＰＰＳ信号等の受信同期信号に基づいて第１のクロック信号を外部のマスタ又は他の同様のクロック信号と同期することができない。計測分野では、かかる第１の装置の例は、装置が自らの位置を正確に突き止めることを可能にするために第１のクロックが衛星システムと同期されることを必要とするＧＰＳ装置、又は環境からの光の反射を正確に解釈するために専用の内部クロックを典型的には必要とするＬｉＤＡＲセンサである。それでもなお、第１の装置１１０は典型的には第１のクロック信号に基づいてＰＰＳ信号等のタイミングパルスを生成することができる。
対照的に、第２の装置１２０は、典型的には他の複数の装置１４０の同期を可能にするためのマスタクロック信号として機能する第２のクロック信号を含む装置である。例えば計測分野では、第２の装置１２０は、自らのクロックをマスタクロックと同期するために他の装置によって使用され得る、又は内部クロックの代わりにパルスを使用し得る、マスタクロック信号パルスを生成するマイクロ／マスタクロックユニットであり得る。計測分野では、第２の装置１２０は、例えば慣性測定装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ、ＩＭＵ）等の計測装置によって収集されるデータが第２の（マスタ）クロックと同期されることを可能にするために使用され得る。
概して、第２の装置１２０は第１の装置によって生成されるＰＰＳ信号を受信することができる。しかし、第１のクロック信号が一貫していない場合があるので、第２の装置１２０は第２のクロック信号を第１のクロック信号に適合させない。例えばＧＰＳセンサの場合、ＧＰＳセンサが新たな衛星信号を取得するとき、かかる取得はクロック信号の不連続性を招く第１のクロックの再同期を引き起こし得る。ＧＰＳセンサではこれが問題でなくても、かかる信号がマスタクロック信号として使用された場合、他の計測装置からのデータを解釈する際にかかる信号は問題を引き起こし得る。
本システムは、例えば同時の位置特定及びマッピングを行うためにＧＰＳ及び／又はＬｉＤＡＲ１１０並びにＩＭＵからのセンサデータを使用し、第１の装置１１０及び他の装置１４０によって生成されるデータを解釈するために典型的には使用される１つ又は複数の処理装置１３０も含む。本システムは、処理装置の１つ又は複数によって処理が実行された状態で複数の処理装置を使用し得るが、説明を容易にする目的で以下の例は単一の処理装置に言及するが、単一の処理装置への言及は、必要に応じて処理装置の間で処理が分散されている複数の処理装置を包含し、その逆もまた同様であると理解すべきことが認められよう。
装置１１０、１２０、１４０から受信されるデータを解釈するとき、処理装置１３０は典型的にはローカルクロック信号と以下で呼ぶ独自の内部クロックを使用する。一例では、図１Ａの例にあるように処理装置１３０が１つ又は複数の別個の処理システムの一部を形成することができ、その場合、不定のレイテンシ等の伝送問題の影響を受ける可能性がある有線及び／又は無線接続を介して、任意に通信ネットワーク又は同様のものを介してデータが装置１１０、１２０、１４０から概して受信される。従ってこの例では、ローカルクロック信号が第１のクロック信号及び第２のクロック信号と異なる。別の例では、図１Ｂに示すように処理装置が第２の装置１２０の一部である、第２の装置１２０に関連する、又は第２の装置１２０を含むことができる。この例では第２のクロック信号及びローカルクロック信号が、例えば内部同期によって同一又は実質上同じであり得る。何れの構成でも、第１の装置１１０からのＰＰＳ信号が電子パルスとして第２の装置１２０に有線又は無線接続を介して典型的には直接伝送され、そのためそれらの電子パルスは第２の装置１２０によって一貫して受信される。
次に、クロック同期を行うためのプロセスの一例を、図２を参照して説明する。
この例では、ステップ２１１で、第１の装置が第１のクロック信号に基づいてＰＰＳパルス等のタイミングパルスを発する。第１の装置はステップ２１２でイベントデータも出力し、イベントデータは典型的には第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間に関連するイベントを含む。従って一例では、ＧＰＳ装置１１０が第１のクロック信号に基づくタイムスタンプに関連する緯度及び経度等の位置情報を生成する。このプロセスは第１の装置１１０が動作している限り繰り返されることが理解されよう。
同時に、第２の装置１２０がステップ２２１でタイミングパルスを受信し、ステップ２２２で、第２の装置１２０による受信時間を示す基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを生成する。この事例では、基準時間が第２のクロック信号に基づく。この場合もやはり、このプロセスは第２の装置が動作している間繰り返される。
ステップ２３１で、処理装置１３０が第１の装置１１０からイベントデータを受信し、ステップ２３２で、各イベントのおおよそのローカルイベント時間を記録する。ローカルイベント時間は処理装置１３０によるローカル受信時間に基づき、ローカルクロック信号を使用して決定される。ステップ２３３で、処理装置１３０がローカルイベント時間及び複数のイベントに関連する第１のイベント時間を使用して第１のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出する。この点に関して、処理装置にイベントデータを伝送するプロセスは例えば伝送レイテンシに起因する様々な遅延を引き起こす可能性があり、そのため第１のクロック信号とローカルクロック信号との間に一貫したオフセットが必ずしもあるとは限らない。従って線形回帰、多項式関数、又は同様のもの等の関数は、第１のクロックとローカルクロックとの間のおおよそのオフセット等の関係を計算するために使用することができる。このことから、第１の関数は任意の適切な形式のものとすることができ、例えば線形回帰、多項式関数等を含み得ることが理解されよう。
ステップ２３４で、処理装置が第１の関数及び第２の装置からの基準データを使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号を関係付ける同期関数を導出する。処理装置１３０が第２の装置に関連する場合、第２のクロック信号及びローカルクロック信号が同じである及び／又は固定オフセットに関連することができ、その場合、同期関数が第１の関数に容易に関係し得ることが理解されよう。しかし第２の装置と処理装置１３０とが別個であり、基準データが処理装置に対する不定の伝送遅延の影響を受ける場合は同期関数を導出することがより複雑であり、以下でより詳細に説明するように、基準データのローカル受信時間に基づいて導出される第２の関数を必要とし得る。いずれにしても、同期関数は任意の適切な形式のものとすることができ、例えば線形回帰、多項式関数、又は同様のものを含み得る。
同期関数が決定されると、ステップ２３５で、その同期関数を使用して第１のクロック信号及び第２のクロック信号のクロック同期を行うことができる。例えばこの同期関数は第１のクロック信号及び第２のクロック信号間でイベントをマップするために使用することができ、そのため例えばイベントデータ内のイベントのタイミングを第１のクロック信号から第２のクロック信号に変換することができ、同じく第２のクロック信号に基づいて時間合わせされる他の装置１４０からのデータと共にかかるデータを処理することを可能にする。
従って上記のプロセスは、さもなければ同期することができない装置間の効果的なクロック同期を行うために後処理を使用できるようにすることが理解されよう。特に、この手法はデータのローカル受信時間を使用して同期関数を導出し、次いでその同期関数を使用して異なるクロック信号間でイベントのタイミングを変換することができ、それにより第１の時間信号に基づく時間を用いて捕捉されたデータを第２の時間信号に基づく時間に変換すること（逆の場合も同じ）を可能にする。従って、このプロセスは既存のハードウェアの機能性を拡張し、後処理を使用して通常は同期することができない装置を同期することを可能にする。
次に幾つかの更なる特徴を記載する。
上記で述べたように、第２のクロック信号とローカルクロック信号とが異なる場合、同期関数を導出するために更なる処理が必要とされる。この例では、処理装置１３０が第２のクロック信号及びローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を決定し、第２の関数を使用して同期関数を導出する。とりわけ第２の装置１２０及び処理装置が様々な遅延の影響を受ける通信チャネルを介して通信する場合、第２の装置は基準データを出力するように構成され、処理装置が基準データを受信し、ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録する。その後、処理装置がローカル基準時間及び基準時間を使用して第２の関数を導出する。第２のクロックとローカルクロックとの間の関係に応じて、第２の関数は任意の適切な形式のものとすることができ、例えば線形回帰、多項式関数、又は同様のものを含み得る。
一例では、処理装置が第１の関数及び基準データを使用してタイミングパルスのおおよその第１の基準時間を回復する。次いで処理装置は、タイミングパルスの正確な第１の基準時間を解決し、正確な第１の基準時間を使用して第３の関数を決定する。概して、これはタイミングパルス間に固定された時間間隔があるという知識に基づいて行われ、そのためおおよその時間が導出されると、固定された時間間隔があるようにそれを調節し、各タイミングパルスの正確な第１の基準時間の計算をもたらすことができる。
概して、第２のクロックは複数の異なる装置１１０、１４０からのデータの同期を可能にするマスタクロックとして使用されるが、第１のクロック、第２のクロック、及びローカルクロックを関係付ける関数を確立するとき、これは必須ではなく、クロック信号の何れかがマスタクロックとして機能し得ることが理解されよう。しかし第２のクロックがマスタクロックとして使用されると仮定し、処理装置は第１の装置によって捕捉されるイベントを第２のクロック信号と同期するために、同期関数を使用して第２のクロック信号に基づく第２のイベント時間を計算することができる。この場合もやはり、必要に応じて他のクロック信号のタイミングに変換するために他の計算が使用され得ることが理解されよう。
上述のように、第１の装置１１０及び第２の装置１２０と処理装置１３０との間の伝送遅延によってばらつきが追加で引き起こされながら、第１の関数、第２の関数、又は同期関数等の関数はクロック間の相対的に一定のオフセットが概してあるという仮定の下で典型的には線形フィットに基づく。但し、必要に応じて他の関数が使用されてもよいことが理解されよう。
上記のプロセスを行うことに加えて、クロック信号の変化を検出し、必要に応じて同期関数を更新するための手法も使用することができる。この状況は、例えば第１の装置が衛星の接続性を再取得し、第１のクロックを再計算するＧＰＳ装置である場合に生じ得る。この例では、処理装置が受信イベントデータを第１の関数と比較し、次いで比較の結果に応じて少なくとも１つの関数を選択的に再計算することによってこの状況を検出し得る。特に、例えばイベント時間とローカル時間とが第１の関数を所与として予期される時間と異なる場合に生じ得るずれがあることを突き止めるために処理装置はこの比較を使用することができる。かかるずれは幾つかのイベントにわたって検出することができ、新たなイベントに関するタイミングデータを使用して第１の関数が必要に応じて再計算される。
次に第１の装置の具体例を、図３を参照してより詳細に説明する。
この例では、第１の装置３１０が、少なくとも１つのマイクロプロセッサ３１１と、メモリ３１２と、外部インタフェース３１３と、ＧＰＳ受信機等のセンサ３１４とを含む。
この例では、好ましい実装形態に応じて第１の装置３１０を通信ネットワーク等の通信チャネルに接続するために外部インタフェース３１３を利用することができる。単一の外部インタフェース３１３を図示するが、これは例示目的に過ぎず、実際には様々な方法（例えばイーサネット、シリアル、ＵＳＢ、無線等）を使用する複数のインタフェースが設けられてもよい。
使用時に、マイクロプロセッサ３１１が、メモリ３１２内に記憶されるアプリケーションソフトウェア形式の命令を実行して所要のプロセスを実行できるようにする。アプリケーションソフトウェアは１つ又は複数のソフトウェアモジュールを含むことができ、オペレーティングシステム環境等の適切な実行環境内で実行され得る。マイクロプロセッサ３１１は典型的にはセンサから信号を受信し、それらの信号を使用してイベントデータを生成しイベントデータにタイムスタンプする。第１の装置がＧＰＳ受信機である場合、センサ３１４は衛星信号を検出し、マイクロプロセッサ３１１がそれらの信号を解析して第１のクロック信号を抽出し、位置を計算し、それがイベントデータとして記憶される。次いでイベントデータがインタフェース３１３を介して伝送される一方、第１のクロック信号に基づくＰＰＳ信号も別々に発することができる。
次に第２の装置の具体例を、図４を参照してより詳細に説明する。
この例では、第１の第２の装置４２０が、少なくとも１つのマイクロプロセッサ４２１と、メモリ４２２と、外部インタフェース４２３と、クロック４１５とを含む。
この例では、好ましい実装形態に応じて第２の装置４２０を通信ネットワーク等の通信チャネルに接続するために外部インタフェース４２３を利用することができる。単一の外部インタフェース４２３を図示するが、これは例示目的に過ぎず、実際には様々な方法（例えばイーサネット、シリアル、ＵＳＢ、無線等）を使用する複数のインタフェースが設けられてもよい。
使用時に、マイクロプロセッサ４２１が、メモリ４２２内に記憶されるアプリケーションソフトウェア形式の命令を実行して所要のプロセスを実行できるようにする。アプリケーションソフトウェアは１つ又は複数のソフトウェアモジュールを含むことができ、オペレーティングシステム環境等の適切な実行環境内で実行され得る。マイクロプロセッサ４２１は典型的にはインタフェース４２３を介して第１の装置３１０からＰＰＳ信号を受信し、クロック４１５から得られる第２のクロック信号から決定される受信時間に基づいてそれらの信号にタイムスタンプする。結果として生じる基準データがインタフェース４２３を介して出力される。
次に、第１の装置及び第２の装置並びに１つ又は複数の他の装置からのデータを処理するために使用される処理装置を含む処理システム５３０の具体例を、図５を参照してより詳細に説明する。
この例では、処理システム５３０が、図示のようにバス５３５を介して相互接続される少なくとも１つのマイクロプロセッサ５３１と、メモリ５３２と、キーボード及び／又はディスプレイ等の任意の入力／出力装置５３３と、外部インタフェース５３４とを含む。この例では、外部インタフェース５３４は処理システム５３０を通信ネットワーク等の周辺装置に接続するために利用され得る。単一の外部インタフェース５３４を図示するが、これは例示目的に過ぎず、実際には様々な方法（例えばイーサネット、シリアル、ＵＳＢ、無線等）を使用する複数のインタフェースが設けられてもよい。
使用時に、マイクロプロセッサ５３１が、メモリ５３２内に記憶されるアプリケーションソフトウェア形式の命令を実行して所要のプロセスを実行できるようにする。アプリケーションソフトウェアは１つ又は複数のソフトウェアモジュールを含むことができ、オペレーティングシステム環境等の適切な実行環境内で実行され得る。
従って処理システム５３０は、適切にプログラムされたクライアント装置、ＰＣ、ウェブサーバ、ネットワークサーバ等の任意の適切な処理システムから形成され得ることが理解されよう。但し処理システムは、マイクロプロセッサ、マイクロチッププロセッサ、論理ゲート構成、ＦＰＧＡ（書き換え可能ゲートアレイ、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のロジックを実装することに任意に関連するファームウェア、又は他の任意の電子装置、システム、若しくは構成等の任意の電子処理装置であり得ることも理解されよう。
次に、第１のクロック信号及び第２のクロック信号を使用してデータを同期するためのプロセスの一例を、図６を参照してより詳細に説明する。
この例では、ステップ６１１で、第１の装置３１０が第１のクロック信号に基づいて１秒間隔で生成されるＰＰＳパルス等のタイミングパルスを発する。ステップ６１２で、イベントの詳細及び第１のクロック信号に基づく関連するタイムスタンプを含む記録済みイベントデータがインタフェース３１３から伝送される。同時に第２の装置４２０が、ステップ６２１でタイミングパルスを受信し、ステップ６２２でタイミングパルスの受信時間に基づいて基準データを生成し、このデータはインタフェース４２３を介して出力される。
ステップ６３１で、処理システム５３０が第１の装置３１０からイベントデータを受信し、ステップ６３２で、各イベントのおおよそのローカルイベント時間を記録し、ステップ６３３で、典型的には複数のイベントにわたり第１の時間及びおおよそのローカル時間を使用して線形回帰を行うことにより、そのローカルイベント時間を使用して第１の関数を回復する。
ステップ６３４で、処理システム５３０が第１の第２の装置４２０から基準データを受信し、ステップ６３５で、各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録し、ステップ６３６で、ローカル基準時間及び基準時間を使用して線形回帰を行うことにより、再びそのローカルイベント時間を使用して第２の関数を回復する。
ステップ６３７で、処理システム５３０が、第１の関数及び第２の関数を使用して各タイミングパルスのおおよその第１の時間を計算する。この例ではタイミングパルスが１秒間隔で生成され、そのため処理システム５３０はステップ６３８でおおよその第１の時間から端数成分を除去して、それによりタイミングパルスの実際の第１の時間を回復する。今度はこれを使用して、基準時間及びタイミングパルスの実際の第１の時間を使用して行われる線形回帰を使用し、ステップ６３９で同期関数を回復する。次いで、第１のクロック信号から第２のクロック信号に変換することができるイベントデータ内のイベントのタイミングを変換することによって、第１のクロック信号及び第２のクロック信号のクロック同期を行うために同期関数を使用することができ、同じく第２のクロック信号に基づいて時間合わせされる他の装置１４０からのデータと共にかかるデータを処理することを可能にする。
次に、イベントデータのタイミングをモニタし、それを使用してクロックを再同期するためのプロセスの一例を、図７を参照して説明する。
この例では、ステップ７００で、処理システム５３０がイベントデータを受信し、ステップ７１０で、ローカルクロックに基づくローカル時間を記録する。ステップ７２０で、処理システムはローカル時間及び第１のイベント時間を第１の関数と比較し、それを使用して第１のクロックが変化したかどうかを判定する。変化している場合、処理システム５３０はステップ７４０で関数を選択的に再計算し、そのため関数は第１のクロック及び第２のクロックの現在の相対的なタイミングを反映する。
上述のシステム及びプロセスは単一の第１の装置に関して記載してきたが、例えばシステムがＬｉＤＡＲ及びＧＰＳ計測ユニットの両方を組み込む場合は本技法を複数の第１の装置に拡張できることが理解されよう。更に、例えば自律走行車のナビゲーションのための計測分野に言及してきたが、かかる言及は限定的であることを意図せず、本技法は広範な異なる分野に適用できることが理解されよう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲の全体を通して、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（含む）」という用語及び「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含んでいる）」等の異体は、述べられた整数又は整数群又はステップを含むことを含意するが、他の任意の整数又は整数群を排除することは含意しないことが理解されよう。本明細書で使用するとき及び別段の定めがない限り、「おおよそ」という用語は±２０％を意味する。
多数の改変形態及び修正形態が明らかになることを当業者なら理解されよう。当業者に明らかになるそのような全ての改変形態及び修正形態が、前述した本発明の広範な趣旨及び範囲に含まれると考えるべきである。
１１０ 第１の装置
１２０ 第２の装置
１３０ 処理装置
１４０ 他の装置
３１０ 第１の装置
３１１ マイクロプロセッサ
３１２ メモリ
３１３ 外部インタフェース
３１４ センサ
４１５ クロック
４２０ 第２の装置
４２１ マイクロプロセッサ
４２２ メモリ
４２３ 外部インタフェース
５３０ 処理システム
５３１ マイクロプロセッサ
５３２ メモリ
５３３ 入力／出力装置
５３４ 外部インタフェース
５３５ バス

Claims (22)

  1. 複数の装置にわたるクロック同期を行う方法であって、
    ａ）第１の装置において、
    ｉ）第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発するステップと、
    ｉｉ）イベントに関連する前記第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間を含むイベントデータを出力するステップと、
    ｂ）第２の装置において、
    ｉ）前記タイミングパルスを受信するステップと、
    ｉｉ）前記第２の装置による第２のクロック信号の受信時間を示す基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを生成するステップと、
    ｃ）１つ又は複数の処理装置において、
    ｉ）前記第１の装置から前記イベントデータを受信するステップと、
    ｉｉ）ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントの推定ローカルイベント時間を記録するステップと、
    ｉｉｉ）前記推定ローカルイベント時間及び前記第１のイベント時間を使用して前記第１のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出するステップと、
    ｉｖ）前記第１の関数及び前記第２の装置から受信した前記基準データを使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号を関係付ける同期関数を導出するステップと、
    ｖ）前記同期関数を使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号の時間同期を行うステップと、
    を含む、
    方法。
  2. 前記１つ又は複数の処理装置において、
    ａ）前記第２のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を決定するステップと、
    ｂ）前記第２の関数を使用して前記同期関数を決定するステップと、
    を含む、
    請求項１に記載の方法。
  3. ａ）前記第２の装置において前記基準データを出力するステップと、
    ｂ）前記１つ又は複数の処理装置において、
    ｉ）前記基準データを受信するステップと、
    ｉｉ）前記ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録するステップと、
    ｉｉｉ）前記ローカル基準時間及び前記基準時間を使用して前記第２の関数を導出するステップと、
    を含む、
    請求項２に記載の方法。
  4. 前記１つ又は複数の処理装置において、
    ａ）前記第１の関数及び前記基準データを使用して前記タイミングパルスのおおよその第１の基準時間を回復するステップと、
    ｂ）前記タイミングパルスの正確な第１の基準時間を決定するステップと、
    ｃ）前記正確な第１の基準時間を使用して、前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号を関係付ける第３の関数を決定するステップと、
    を含む、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
  5. 前記第２のクロック信号が前記ローカルクロック信号であり、
    前記１つ又は複数の処理装置が前記第２の装置の一部である、
    請求項１に記載の方法。
  6. 前記第２の装置が幾つかの他の装置を同期するために使用されるマスタクロックである、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
  7. 少なくとも１つの関数が線形フィットに基づく、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記１つ又は複数の処理装置において、イベントを前記第２のクロック信号と同期するために、前記同期関数を使用して前記第２のクロック信号に基づく第２のイベント時間を計算するステップ、を含む、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記１つ又は複数の処理装置において、
    ａ）受信イベントデータを前記第１の関数と比較するステップと、
    ｂ）前記比較の結果に応じて少なくとも１つの関数を選択的に再計算するステップと、
    を含む、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
  10. 前記１つ又は複数の処理装置において、前記比較の結果に基づいてずれが識別される場合に少なくとも１つの関数を再計算するステップ、を含む、
    請求項９に記載の方法。
  11. 複数の装置にわたるクロック同期を行う方法であって、
    ａ）第１の装置において、
    ｉ）第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発するステップと、
    ｉｉ）イベントに関連する前記第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間を含むイベントデータを出力するステップと、
    ｂ）第２の装置において、
    ｉ）前記タイミングパルスを受信するステップと、
    ｉｉ）前記第２の装置による第２のクロック信号の受信時間を示す基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを出力するステップと、
    ｃ）１つ又は複数の処理装置において、
    ｉ）前記第１の装置から前記イベントデータを受信するステップと、
    ｉｉ）ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントの推定ローカルイベント時間を記録するステップと、
    ｉｉｉ）前記推定ローカルイベント時間及び前記第１のイベント時間を使用して前記第１のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出するステップと、
    ｉｖ）前記基準データを受信するステップと、
    ｖ）前記ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスの推定ローカル基準時間を記録するステップと、
    ｖｉ）前記推定ローカル基準時間及び前記基準時間を使用して前記第２のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を導出するステップと、
    ｖｉｉ）前記第１の関数及び前記第２の関数並びに前記基準データを使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号を関係付ける第３の関数を決定するステップと、
    ｖｉｉｉ）前記第３の関数を使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号の時間同期を行うステップと、
    を含む、
    方法。
  12. 複数の装置にわたるクロック同期を行うための機器であって、
    ａ）第１の装置であって、
    ｉ）第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発し、
    ｉｉ）イベントに関連する前記第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間を含むイベントデータを出力する、
    ように構成される、第１の装置と、
    ｂ）第２の装置であって、
    ｉ）前記タイミングパルスを受信し、
    ｉｉ）前記第２の装置による第２のクロック信号の受信時間を示す基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを生成する、
    ように構成される、第２の装置と、
    を含み、
    （１）前記第１の装置から前記イベントデータを受信し、
    （２）ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントの推定ローカルイベント時間を記録し、
    （３）前記推定ローカルイベント時間及び前記第１のイベント時間を使用して前記第１のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出し、
    （４）前記第１の関数及び前記第２の装置から受信した前記基準データを使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号を関係付ける同期関数を導出し、
    （５）前記同期関数を使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号の時間同期を行う、
    ように構成される、１つ又は複数の処理装置、を含む、
    機器。
  13. 前記１つ又は複数の処理装置が、
    ａ）前記第２のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を決定し、
    ｂ）前記第２の関数を使用して前記同期関数を決定する、
    ように構成される、
    請求項１２に記載の機器。
  14. 前記１つ又は複数の処理装置が、
    ａ）前記第２の装置から前記基準データを受信し、
    ｂ）前記ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスのおおよそのローカル基準時間を記録し、
    ｃ）前記ローカル基準時間及び前記基準時間を使用して前記第２の関数を導出する、
    ように構成される、
    請求項１３に記載の機器。
  15. 前記１つ又は複数の処理装置が、
    ａ）前記第１の関数及び前記基準データを使用して前記タイミングパルスのおおよその第１の基準時間を回復し、
    ｂ）前記タイミングパルスの正確な第１の基準時間を決定し、
    ｃ）前記正確な第１の基準時間を使用して、前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号を関係付ける第３の関数を決定する、
    ように構成される、
    請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の機器。
  16. 前記第２のクロック信号が前記ローカルクロック信号であり、
    前記１つ又は複数の処理装置が前記第２の装置の一部である、
    請求項１２に記載の機器。
  17. 前記第２の装置が幾つかの他の装置を同期するために使用されるマスタクロックである、
    請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の機器。
  18. 少なくとも１つの関数が線形フィットに基づく、
    請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の機器。
  19. 前記１つ又は複数の処理装置が、イベントを前記第２のクロック信号と同期するために、前記同期関数を使用して前記第２のクロック信号に基づく第２のイベント時間を計算する、ように構成される、
    請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の機器。
  20. 前記１つ又は複数の処理装置が、
    ａ）受信イベントデータを前記第１の関数と比較し、
    ｂ）前記比較の結果に応じて少なくとも１つの関数を選択的に再計算する、
    ように構成される、
    請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の機器。
  21. 前記１つ又は複数の処理装置が、前記比較の結果に基づいてずれが識別される場合に少なくとも１つの関数を再計算するように構成される、
    請求項２０に記載の機器。
  22. 複数の装置にわたるクロック同期を行うための機器であって、
    ａ）第１の装置であって、
    ｉ）第１のクロック信号に基づくタイミングパルスを発し、
    ｉｉ）イベントに関連する前記第１のクロック信号に基づく第１のイベント時間を含むイベントデータを出力する、
    ように構成される、第１の装置と、
    ｂ）第２の装置であって、
    ｉ）前記タイミングパルスを受信し、
    ｉｉ）前記第２の装置による第２のクロック信号の受信時間を示す基準時間に関連する各タイミングパルスの指示を含む基準データを出力する、
    ように構成される、第２の装置と、
    を含み、
    （１）前記第１の装置から前記イベントデータを受信し、
    （２）ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各イベントの推定ローカルイベント時間を記録し、
    （３）前記推定ローカルイベント時間及び前記第１のイベント時間を使用して前記第１のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第１の関数を導出し、
    （４）前記基準データを受信し、
    （５）前記ローカルクロック信号を使用して決定されるローカル受信時間に基づいて各タイミングパルスの推定ローカル基準時間を記録し、
    （６）前記推定ローカル基準時間及び前記基準時間を使用して前記第２のクロック信号及び前記ローカルクロック信号を関係付ける第２の関数を導出し、
    （７）前記第１の関数及び前記第２の関数並びに前記基準データを使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号を関係付ける第３の関数を決定し、
    （８）前記第３の関数を使用して前記第１のクロック信号及び前記第２のクロック信号の時間同期を行う、
    ように構成される、１つ又は複数の処理装置、を含む、
    機器。
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