标签: 时间同步

作者介绍 随着信息技术的飞速发展，时间同步技术在通信、导航、电力等多个领域发挥着越来越重要的作用。从日常生活到高精尖的科学实验，精确的时间同步都是确保系统正常运行和任务成功完成的关键因素。本文将对几种主流的时间同步技术进行介绍和对比分析，探讨各自的优缺点及其适用场景，以期为相关领域的研究和应用提供参考。 时间同步，顾名思义就是使分布在不同地点的时钟保持一致的过程。在网络通信中，时间同步意味着网络中的所有设备参照同一时间基准工作，这对于数据的采集、处理和传输至关重要。时间同步协议是现代计算机网络和多种应用领域中确保时钟一致性的关键技术。不同的协议设计用于满足不同精度和环境下的时间同步需求。 本文将会介绍一些常见的时间同步协议。 一、协议介绍 1.网络时间协议（NTP） NTP是一种广泛使用的互联网协议，通过互联网在全球范围内提供免费参考服务，能够提供毫秒级别的时间同步精度。目前最新的版本是NTPv4。 它采用层次结构，通过服务器之间的时间信息交换来实现网络内设备的时间同步。其中顶层是一级时间服务器（Stratum 1），它们直接连接到可靠的时间源，如原子钟、GPS接收器或其他物理时间源。这些一级服务器将时间信息传递给二级服务器（Stratum 2），二级服务器再传递给三级服务器，以此类推。客户端通常与最低层的服务器（如Stratum 3或更低）同步。 而SNTP是NTP的简化版本，用于不需要高精度时间同步的应用，如个人计算机和消费类电子产品。 NTP最大的优势是其部署简单，仅需通过互联网即可获得时间同步，且拥有较好的可扩展性，分层设计允许大量设备通过网络同步时间，同时减少了对顶级时间源的负载。但对于高精应用来讲，准确性和精度较低。 SNTP/NTP广泛应用于互联网和企业网络中，最熟悉的这是我们每台设备的时间信息传递与同步。 2.精确时间协议（PTP） PTP（Precision Time Protocol，精确时间协议）是一种IEEE 1588标准定义，是一种用于工业以太网的高精度时间同步协议，PTP通过精确测量报文在网络中的传输时间来同步时钟。它能够为网络中的所有设备提供一个统一的时间参考，从而确保数据的时效性和一致性。采用硬件时间戳，可以大幅减少软件处理时间，同步精度可以达到亚微秒/数十纳秒级。 PTP网络由一个主时钟（Master Clock）和多个从时钟（Slave Clock）组成，主时钟通常连接到一个高精度的物理时间源，而从时钟则分布在网络中的各个设备上。PTP协议通过在网络上交换时间戳消息来同步时钟。它定义了两种主要的消息类型：同步（Sync）消息和跟随（Follow-up）消息。主时钟（Grandmaster）发送同步消息，并在消息中嵌入发送时间戳。随后，主时钟发送跟随消息，其中包含同步消息的发送时间戳。从时钟（Slave）记录收到同步消息和跟随消息的时间戳，并使用这些时间戳来计算与主时钟的时间偏差和延迟。 不过，PTP在高流量状态下精度易受影响变化，想要保证稳定的高精时间同步，还需要专用的硬件设备与较复杂的相关配置，因此主要是在工业应用中较为广泛。 此外，PTP可以运行在L2层（MAC层）和L4层（UDP层），在L2层网络运行时，可以在MAC层中直接进行报文解析，避免在UDP层处理，减少协议栈中驻留时间，进一步提高时间同步精度，因此十分适用于自动驾驶系统。 除了PTP时间同步协议，我们也会在自动驾驶领域时常看见gPTP（Generalized Precision Time Protocol）协议。gPTP和PTP都是基于IEEE标准的时间同步协议，其中PTP遵循IEEE 1588标准，而gPTP是IEEE 802.1AS标准，专门为以太网音视频桥接（AVB）和网络化汽车应用设计，提供高精度的时间同步。 PTP广泛应用于需要高精度时间同步的工业领域，如自动驾驶、电力系统、制造业自动化、电信网络、金融市场交易等。在这些应用中，PTP的精确时间同步能力对于确保系统的稳定运行和数据的精确同步至关重要。自动驾驶的数据采集与回放中基本都会采用PTP或gPTP。 3.全球定位系统（GNSS） GNSS提供了一种基于卫星信号的时间同步服务，精度可以达到微秒级别。GNSS接收器通过接收卫星信号来同步本地时钟，广泛应用于导航、定位和时间基准服务。 GNSS卫星上装备有非常精确的原子钟，它们不断地发送时间信号和导航信息。地面的GNSS接收器可以接收到这些信号，并通过测量信号传播时间来确定自己的位置和时间。由于光速是已知的，接收器可以通过计算信号从卫星发出到接收器接收到的往返时间来计算卫星和接收器之间的距离。通过同时接收多颗卫星的信号，接收器可以精确地确定自己的位置和时间。 GNSS的使用十分简单，基本上无需复杂的配置，且可以随时拆除与重新部署，因此具备极大的灵活性与广泛性。不过必竟是通过无线信号传输，因此并非是所有地方都可以使用，也不能确保百分之百的稳定，因此一般作为初始同步与其他授时方式同步使用，例如铷原子钟可以保证在脱离GNSS信号24小时仅具有1us误差。 铷原子时钟板卡 该铷原子时钟板卡是第一款在PCle板上利用铷振荡器的时钟卡，它是完全开源的，并由与硬件无关的监控和规范软件堆栈运行，可扩展、面向未来和无缝集成，用于帮助客户构建自己的高性能网络时间服务器。 ✓ 凭借机载铷原子本振，对GNSS损失具有高度弹性 ✓ 完全开源设计和驱动 ✓ 易于集成到任何带有PCIe插槽的服务器中 ✓ 与现有的NTP和PTP兼容 GNSS授时的精度非常高，通常可以达到纳秒级别。这种精度对于许多应用来说已经足够，包括电信、金融、科学研究、电力系统同步和其他需要高精度时间同步的领域。 4.White Rabbit（WR） White Rabbit（WR）协议是一种用于粒子物理实验和其他需要极高水平时间同步的科学研究的高精度时间同步协议。它由欧洲核子研究组织（CERN）和其他研究机构开发，旨在提供亚微秒级别的时间同步精度和皮秒级别的时钟同步精度。 White Rabbit协议基于以太网技术，通过硬件时间戳、专用的时间同步网络和高级的网络协议，确保了数据传输的确定性和同步性。它采用了IEEE 1588-2008（PTP）标准的一些核心概念，并对其进行了一系列的优化和扩展，以实现更高精度的时间同步。 WR能够提供亚微秒级别的时间同步精度和皮秒级别的时钟同步精度，支持长达几十公里的传输距离，适用于大型实验设施的分布式时钟同步，可以支持大量的同步节点，适用于大规模的实验设施。目前在各类天文台与粒子对撞机得到广泛应用。 White Rabbit精确时间分配系统 ✓ 易于集成进现有的网络架构内(Ethernet, PTPv2, NTP) ✓ 可扩展超过1000km ✓ 没有 GNSS 漏洞，性能不受数据流量影响，支持本地holdover ✓ 易于扩展，支持自校准 ✓ 精度达到亚纳秒/纳秒级 ✓ 支持区块链与厘米级室内定位等新技术融合 5.其他 除此之外，还有很多时间同步的方法与协议，他们有的伴随着行业与技术发展逐步退出了历史舞台，还有一些目前依旧有着非常广泛的作用，这里由于篇幅原因，不再展开讲解，我们简单列举下一些时间同步方法与协议： ● 时间协议（Time Protocol）： 这是互联网的一个早期协议，定义在RFC 868中。它提供了一种简单的机制，允许互联网上的计算机同步其时钟。由于其简单性，它的时间同步精度相对较低，通常只能达到秒级别。 ● 电话公司时间协议（Telnet Time Protocol）： 这是一种通过电话线路同步时钟的协议，现在已经很少使用。 ● 时间码（IRIG-B）： IRIG-B是一种时间码格式，通常用于精确的时间同步应用，如电力系统、航空航天和军事应用。时间码发生器输出一个带有时间信息的信号，其他设备可以通过解析这个信号来同步时钟。 ● 本地时钟同步（Local Oscillator, LO）： 通常指的是在一个设备或系统内部使用本地振荡器来维持时钟同步的方法。这种方法不依赖于外部的时间源，而依赖于设备内置的振荡器，如晶体振荡器、原子钟或振荡电路，来生成稳定的时钟信号。 ● 同步设备之间的接口（SyncE）： SyncE是一种网络同步技术，它通过以太网物理层提供同步信号，用于同步网络中的时钟。 ● 网络时间安全协议（NTS）： NTS是NTP的扩展，旨在提高时间同步的安全性，防止时钟同步过程中的恶意攻击。 ● 点对点协议（PPP）： PPP在建立点对点连接时，可以协商并同步两端的时钟。 ● 时间戳协议（TSP）： TSP是一种简单的协议，用于请求时间戳服务，通常用于安全相关的应用。 二、主要协议对比 我们对主要的四个协议做一下对比： 三、总结 总的来讲这些协议和方法各有特点，适用于不同的应用场景和时间同步精度要求。在选择时间同步协议时，需要考虑网络环境、同步精度、设备兼容性以及实施成本等因素。随着技术的发展，还可能出现新的时间同步技术和协议，以满足不断变化的需求。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.2.10', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

在当今高度互联和精确度要求极高的技术环境中，时间同步与精确计时显得尤为重要。为了满足行业对高精度时间管理的不断增长的需求， 我们自豪地推出铷原子时钟板卡和高精度时钟同步板卡 。这两款创新板卡结合了先进的技术和卓越的性能，为各类应用场景提供了可靠的时间解决方案。 一、铷原子时钟板卡 TS-ART是一款在PCle板卡上使用铷振荡器作为本振的时钟板卡，为用户提供高精度的本地同步信号。 1.板卡介绍 TS-Safran铷原子钟板卡ART 在一槽PCIe的宽度上，提供高精、弹性的时钟同步，支持外部GNSS授时输入，并支持无信号状态下的铷原子钟时钟保持，24小时时钟保持误差小于2us。提供通用同步信号接口，用于开放性应用。 2.关键参数 ● 保持时间（恒温经过 48 小时 GNSS 训练）：每天2us ● 运行 3 个月后至少14天内测量的线性漂移：< 1x10^-11/天 ● 短期稳定性（艾伦偏差）：≤ 3 x 10^-11@ 10 秒 ● 10MHz相位偏差：≤ -135 dBc/Hz @1kHz ● 频率回溯：在关机24小时后的1小时内，误差小于1 x 10^-10 3.产品特点与优势 ✓ 支持GNSS多星双频接收 ✓ 支持PCIe 2.0 x 4，轻松集成 ✓ 支持TAP配置与TSN ✓ 少有的板卡级原子钟，小型且低功耗 ✓ 完全开源，可扩展、无缝集成、面向未来 4.外部端口 支持4 x 1 pps 输入/输出 (SMA), 2 x 10 MHz 输入/输出 (SMA)，1 x GNSS输入（SMA） 5.产品应用 ART支持用于开发高性能时间服务器，可用于多域的时间分布语同步系统构建，并用于实时监控和时间戳应用： ● 数据中心与云服务中心站点 ● 时间敏感网络 (TSN) 应用 ● 时间同步服务集成商 我们为Meta提供这一可靠产品！ 二、高精度时钟同步板卡 1.板卡介绍 TS-Safran CDM系列时钟分配模块 是PCIe形式的时钟板卡，可为最多七个需要紧密和精确同步的设备提供10MHz和1PPS信号。该时钟分配模块非常适合安装在机架式或台式PC中，为基于PCIe的软件定义无线电 (SDR)实现高达18ns的时间同步，也可用于需要精确的基于PC的授时参考的任何其他应用。 2.关键参数 ● 7路10MHz+1PPS信号输出 ● 时间精度小于325ns ● PPS间的时间偏差小于50ps ● 10MHz频率精度<100PPB 3.产品特点与优势 ✓ 单卡具备最多7路10MHz+1PPS信号输出 ✓ 支持PCIe 2.0 x 4，轻松集成 ✓ 支持内部同步、外部同步、外部异步等多种模式 ✓ 简单易用 4.产品应用 CDM系列非常适合安装在机架式或台式PC中的基于PCIe的软件定义无线电 (SDR)应用，也可用于任何其他需要精确的基于PC的授时参考的应用程序。 典型案例：TS-GNSS模拟器 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.2.8', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

在自动驾驶中，对车辆外界环境进行感知需要用到很多传感器的数据（Lidar，Camera，GPS/IMU），如果计算中心接收到的各传感器消息时间不统一，则会造成例如障碍物识别不准等问题。 为了对各类传感器进行高精度的时间同步，可以分为几部分内容：统一时钟源，硬件同步，软件同步。 一、统一时钟源 在构建自动驾驶的时间同步架构时，我们面临着一个核心问题：如何确保系统中各个传感器的时间基准一致？由于每个传感器可能拥有自己的内部时钟，而这些时钟之间可能存在微小的频率差异，即所谓的“钟漂”。这些差异随时间累积，会导致各传感器时间基准的不一致。 为了解决这一问题，引入了统一时钟源的概念。统一时钟源的作用是提供一个所有传感器都遵循的共同时间参考，如图1所示。 图1：统一时钟源 统一时钟源有两种常见方式：一种是基于GPS的“PPS+NMEA”，另一种是基于以太网的IEEE 1588/802.1AS（PTP/gPTP）时钟同步协议。关于两种时钟源同步方式可查看上篇文章：自动驾驶：揭秘高精度时间同步技术（一） http://https://mbb.eet-china.com/blog/4073320-456155.html 。 二、时间戳误差 当传感器数据被标记上从GPS接受到的全局时间戳，时间戳通常来源于精确的时间同步协议（如UTC time·），这样以GPS为基准的时间戳，简化了同步过程，非常方便。每个传感器数据都有了全局一致的时间参考。 但同样也会面临一个问题，不同的传感器采样频率不一样，比如激光雷达（通常为10Hz）和相机（通常为25/30Hz）。导致在特定时间获取同步数据可能会有延迟，在动态环境中可能造成较大的误差。 比如图2中，三个传感器具有不同的采样频率，在T1时刻，传感器2有一个数据，此时，我们需要对应传感器1和3的数据是多少，就会进行查找。查找的方式就是找对应的传感器数据和传感器2时间差最近的数据包。如果查找的数据包时间和T1时刻传感器2数据包的差距较大，在加上车身和障碍物都在移动，这样误差会比较大。 图2：传感器时间戳 三、硬件同步 硬件同步是一种通过物理信号来确保不同传感器数据采集时间一致性的方法。自动驾驶上使用的相机（Rolling Shutter）一般是支持外部触发曝光的。激光雷达通常支持两种时间同步接口，基于PTP时间同步和PPS+NMEA协议。因此，一种常见的硬件同步方法是 使用PPS信号作为触发器。 PPS信号是一个精确的时钟信号，可以触发传感器在特定的时间点采集数据。 例如，激光雷达和相机可以配置为在PPS信号的上升沿采集数据，从而确保两者的数据采集是同步的。具体来说，激光雷达可以利用其相位锁定功能来实现与PPS信号的同步，如图3所示。通过设置激光雷达的相位锁定角度与相机视野的中心对齐，可以在激光雷达的激光束旋转到特定角度时触发相机，实现两者的同步采集。 图3：激光雷达与相机时间同步触发 当然，由于激光雷达是连续旋转采集数据，而相机则是瞬间曝光，所以硬件同步只能近似实现。例如，激光雷达的帧率若是10Hz，那么一帧点云中最早和最晚采集的点之间的时间差可能达到100ms。相机由于曝光是瞬时的，其所有像素点的采集时刻是一致的。因此，对于相机视野中心的点云，采集时间与图像采集时间一致，但对于视野边缘的点云，存在一定的时间偏差，这个偏差可能在5ms到20ms之间。 四、软件同步 软件同步是一种在数据处理阶段对传感器数据进行时间校正的方法。当硬件同步无法实现或不足以满足系统要求时，软件同步提供了一种解决方案，利用已知的时间标签和传感器的运动信息来推算传感器数据的准确时间点。 内插外推法是软件同步中常用的一种算法。 通过以下步骤实现同步： ① 时间差计算：首先，计算两个传感器数据帧之间的时间差。例如，如果有一个激光雷达（Lidar）数据帧和一个相机数据帧，它们的时间标签可能不同，我们需要找出这两个时间标签之间的差异； ② 运动信息获取：收集传感器在两个时间标签期间的运动信息，这通常包括速度、加速度和旋转等； ③ 位置推算：利用传感器的运动信息和时间差，通过物理模型或机器学习模型推算目标在两个时间点之间的位置变化； ④ 建立新帧：根据推算出的目标位置，创建一个新的数据帧，这个新帧代表了两个原始数据帧之间的某个时间点的状态。 软件同步通过智能的数据处理技术弥补了硬件同步的不足，提高了传感器数据的同步精度，当然，它也需要额外的计算和实时性要求，需要精心设计和优化算法来实现高效准确的同步。 作者介绍 郑工 康谋科技自动驾驶技术研发工程师，具备超过五年的汽车电子和自动驾驶数据分析经验。在高精度传感器数据采集、整合与优化方面具有深厚的专业知识，尤其在车载网络和实时数据采集系统设计方面有着丰富的实践经验。曾多次代表公司参加国内外技术研讨会和培训项目，深入了解国际自动驾驶行业的最新动态和技术趋势，积累了丰富的国际视野。具备跨学科技术整合能力，擅长传感器数据实时处理、可视化和算法开发与集成，能够高效优化系统性能，增强自动驾驶车辆的环境感知能力。

众所周知，在自动驾驶中，主要涵盖 感知、规划、控制 三个关键的技术层面。在感知层面，单一传感器采集外界信息，各有优劣，比如摄像头采集信息分辨率高，但是受外界条件影响较大，一般缺少深度信息；激光雷达有一个较大的感知范围和精度，但是分辨率上不如相机。因此，市面上普遍采用多传感器的方案进行车辆感知。而做传感器融合时，需要先进行 运动补偿、时间同步和传感器标定。 要实现多传感器的时间同步，首先，我们需要选择一个统一的时钟源，为整个系统提供时间基准，通过”PPS+GPRMC”形式完成主设备授时。此外，在系统中包含多个不同类型的传感器，一般采用基于以太网的时间同步协议，实现主设备与传感器的高精度时间同步。这一整体流程确保了多传感器数据能在统一时间框架内准确分析处理。 一、时钟源 1、GNSS 在自动驾驶系统时间同步中，多数情况下会配备高精度GNSS车载接收机，如图1所示。GNSS接收机会解算导航卫星信号从而实现定位和授时功能。具体来说，解算获得导航卫星中高精度原子时钟与本系统时间的钟差，从而校准系统时间，完成GNSS的授时功能。 图1：GNSS接收机 二、PPS＋GPRMC 随后，GNSS接收机会发送PPS脉冲+GPRMC报文，信号如图2所示。 图2：PPS与GPRMC 1、PPS PPS（Pulse Per Second，秒脉冲）：基于 UTC（协调世界时）产生时间周期为1s的同步脉冲信号，脉冲宽度通常在5ms-100ms之间。 2、 GPRMC GPRMC（Global Positioning System Recommended Minimum data，全球定位系统推荐最小数据集）：是NMEA 0183报文之一，包含经纬度、日期（年、月、日）和UTC时间（精确到秒）等信息，通过标准串口进行输出。 3、 时间同步原理 通过PPS+GPRMC进行时间同步原理如下： 当设备（比如域控制器、工控机）接收到PPS秒脉冲后，会将内部以晶振为时钟源的系统时间进行清零（毫秒及以下部分），并由此开始计算毫秒时间。 设备收到GPRMC数据后，提取报文中的UTC时间（时、分、秒、年、月、日）。 收到秒脉冲到解析出GPRMC中UTC时间所用时间为tx，tx时间与UTC整秒时间相加同步给设备系统，进而完成一次时间同步。 每秒钟会精确校准一次系统时间，以确保时间的准确性。 4、可操作性 在智能驾驶的方案中，一般都采用多传感器进行数据采集和存储。此时如果我们在域控制器与各类传感器之前都采用”PPS+GPRMC”，用两根线来连接这两个物理接口，技术上是可行的，但是实际上十分难以操作。 PPS是低功率脉冲电平信号，一次性带十几个设备是十分困难的，并且容易出现信号干扰。 GPRMC通过RS232串口发送同步报文，RS232是一种1对1的全双工通信形式，也可以通过主从形式实现1对几数据传输，但对十几，非常少见。 因此，基于单纯的PPS和GPRMC实现整个自动驾驶系统的时间同步，具有理论可行性，但并不具有实际可操作性。 三、高精度时间同步协议 1、PTP PTP（Precision Time Protocol，精确时间协议）是一种IEEE 1588标准定义，用于在以太网中实现高精度的时间同步网络协议。它能够为网络中的所有设备提供一个统一的时间参考，从而确保数据的时效性和一致性。采用硬件时间戳，可以大幅减少软件处理时间，同步精度可以达到亚微秒级。此外，PTP可以运行在L2层（MAC层）和L4层（UDP层），在L2层网络运行时，可以在MAC层中直接进行报文解析，避免在UDP层处理，减少协议栈中驻留时间，进一步提高时间同步精度，十分适用于自动驾驶系统。 PTP网络由一个主时钟（Master Clock）和多个从时钟（Slave Clock）组成，。主时钟通常连接到一个高精度的时间源，如GPS，而从时钟则分布在网络中的各个设备上，如各类传感器。同时定义了三种时钟节点，包括 普通时钟，边界时钟和透明时钟。 普通时钟（Ordinary Clock, OC）： 基本的从时钟，只有一个PTP通信端口，只同步时间。 边界时钟（Boundary Clock, BC）： 有多个PTP通信端口的时钟，可以接收一个时间信号并转发到另一个网络段，如交换机或路由器。 透明时钟（Transparent Clock, TC）： 通过它的报文不需要进行任何处理，直接转发。 2、时间同步过程 PTP通过在主从设备之间交互同步报文，并记录下报文发送时间，从而计算网络传输延迟和主从设备间时钟的偏差。同步报文包括：Sync、Follow_Up、Delay_Req和Delay_Resp，时间同步过程如下，如图3所示： 图3：PTP时间同步过程 ① 主时钟周期性的发送 Sync 报文 (预计时间) → 从时钟接收 Sync 报文 (时间 t2)； ② 主时钟发送 Follow_Up 报文 (实际发送时间 t1) → 从时钟接收 Follow_Up 报文； ③ 从时钟发送 Delay_Req 报文 (发送时间 t3) → 主时钟接收 Delay_Req 报文 (接收时间 t4)； ④ 主时钟发送 Delay_Resp 报文 (包含时间 t4) → 从时钟接收 Delay_Resp 报文； ⑤ 从时钟根据网络往返延时和时钟偏差的测量结果，调整其本地时钟。 值得注意的是，t1和t4时间由主时钟记录，t2和t3时间由从时钟记录。这样我们就可以计算网络延时和时间偏差。其中，网络延时是Sync报文和Delay_Resp报文在网络中往返传输的时间，D= /2。时间偏差是从时钟与主时钟之间的时间差，Δ=(t2−t1)−D。 具体来说，从设备会根据网络延迟调整其接收到的同步报文的时间戳，以消除网络传输带来的延迟影响。同时，从设备还会根据时钟偏差的测量结果，调整其本地时钟的频率或相位，使其与主设备的时钟保持一致。 3、 gPTP 此外，除了PTP时间同步协议，我们也会在自动驾驶领域时常看见gPTP（Generalized Precision Time Protocol）协议。gPTP和PTP都是基于IEEE标准的时间同步协议，其中PTP遵循IEEE 1588标准，而gPTP是IEEE 802.1AS标准。 PTP最初设计用于以太网，主要关注局域网（LAN）内的时间同步。而gPTP设计用于更广泛的网络环境，包括局域网和广域网（WAN），以及跨越不同网络技术的场景。gPTP在PTP的基础上增加了一些额外的功能和机制，以支持更广泛的网络环境和应用场景，比如边界时钟（Boundary Clock）的概念，用于处理网络中的复杂路径。但它们的最终目的都是为网络中的设备提供高精度的时间同步。 四、时间同步方案 1、康谋数据采集方案 针对智驾域控制器测试和数据采集，我们康谋带来了一整套的数据采集方案。基于BRICK/ATX4系列工控机和时间同步XTSS软件，如图4所示。 图4：BRICK/AXT4工控机与XTSS软件 在时间同步方面，GNSS作为绝佳的时钟源，又可与智驾域控制器直接连接（或内置）。因此，可以采用智驾域控制器成为主时钟节点。方案架构如图5所示，配置BRICK/ATX4设备处于边界时钟节点，其他各类传感器通过车载以太网（PTP/gPTP）连接进行时间同步，对于相机，我们可以采用外触发方式在主控中记录此时系统时间或者通过转换器进行打时间戳进行记录。 图5：数采方案时间同步架构 总的来说，在BRICK/ATX4系列工控机中，集成了GNSS接收机，可以简便快捷的采集GPS信号，进行授时，获取精确的时间信息。配备了多个以太网接口，支持时间同步（PTP/gPTP）配置，与各类转换器一起，采集各种传感器的数据，满足自动驾驶各类场景下的数据采集任务。 通过XTSS软件可以进行灵活的时间同步配置，包括gPTP和PTP（UDP – P2P, UDP – E2E, 1588 Ethernet – E2E）。因此，通过XTSS软件可以在BRICK/AXT4工控机上（支持硬件时间戳的以太网接口）捕获精确的硬件时间戳。 五、应用案例 1、数采系统 通过BRICK/ATX4系列工控机和XTSS软件，我们可以方便快捷的搭载数采系统并配置时间同步服务。此次，我们联合 友思特 ，搭载了以Blickfeld LiDAR+BRICK plus+XTSS软件的数采采集系统，如图6所示。 图6：数采系统 在搭载好整个系统后，就可以对XTSS软件配置PTP时间同步服务，以确保BRICKplus端口支持PTP同步，随后在LiDAR的GUI界面中配置同样的PTP，我们就可以完成激光雷达的时间同步配置。如图7所示，我们可以看到激光雷达时间同步配置服务成功，与主时钟的误差在us级别。 图7：时间同步配置 这里我们也附上了激光雷达与XTSS配置的视频，欢迎各位点击观看，了解更多详情。 作者介绍 郑工 康谋科技自动驾驶技术研发工程师 具备超过五年的汽车电子和自动驾驶数据分析经验。在高精度传感器数据采集、整合与优化方面具有深厚的专业知识，尤其在车载网络和实时数据采集系统设计方面有着丰富的实践经验。 曾多次代表公司参加国内外技术研讨会和培训项目，深入了解国际自动驾驶行业的最新动态和技术趋势，积累了丰富的国际视野。 具备跨学科技术整合能力，擅长传感器数据实时处理、可视化和算法开发与集成，能够高效优化系统性能，增强自动驾驶车辆的环境感知能力。

作者介绍 德思特Safran GNSS模拟器 是一款综合解决方案，专为精确的PNT（位置、导航和时间）仿真与测试设计。它超越了传统GNSS定位导航仿真，也能提供极高的授时精度。 这款模拟器对于评估和提升GNSS接收机及同步系统的整体性能至关重要 。通过它，您可以全面测试时间同步系统的精准度，并在GNSS服务受限的情况下检验系统的恢复能力。此外，当实际GNSS信号不可用时，德思特Safran的模拟器能为室内时间同步设备提供虚拟的GNSS信号源，确保在网路时间之外依然保持高度的时间同步精度和安全性。 简而言之，德思特Safran的GNSS模拟器是一个强大的工具，旨在帮助您 优化系统性能、增强鲁棒性 ，并在各种复杂环境下进行 高效且精确的时间同步测试 。 一、为数据采集平台与外部设备提供时间同步参考 在自动驾驶汽车工程的复杂体系中，时间同步扮演着核心的技术基石。正如航天器导航一样，每一项关键任务——从环境感知、路径规划到车辆控制，都依赖于精确的时间对齐。 首先，传感器数据融合过程中，相机、雷达和激光测距仪生成的时空信息需要精确同步，这样才能构建出真实反映周围环境的三维模型。任何时间漂移都可能导致物体识别的误差，从而影响决策的准确性。 其次，实时定位系统（RTK）和全球定位系统（GPS）的精确定位，依赖于时间基准的同步。即使是最微小的时间偏差，也可能累积成显著的地理位置误差，影响导航系统的稳定性和可靠性。 再者，车联网（V2X）通信中的时间同步至关重要，它确保了车辆之间可以实时交换关键信息，如交通状况、道路条件等，这对于协同驾驶和避免潜在危险至关重要。 最后，自动驾驶车辆的安全防护系统，如紧急制动和自动避障，其反应速度取决于时间同步的精确度。毫秒级的时间差距可能导致生死攸关的决策延迟。 康谋BRICKplus数据采集记录方案 是高带宽自动驾驶数据采集和记录的ADAS和AD测量平台，用于采集与记录传感器和ECU的原始数据，具备高带宽的数据采集、处理和记录功能。支持XTSS时间同步服务，确保整个系统的时钟都在相同的时间基准上运行。 BRICKplus数采平台可以轻松部署到车上，在车辆上使用外界GNSS信号来进行授时与同步，但是康谋技术工程师在前期开发与系统测试时，需要花费大量时间在室内进行验证与测试，因此需要在室内提供精确的GNSS信号给到BRICKplus作为时间置信来源。 德思特GNSS模拟器可以根据需求为康谋BRICKplus设备提供超高精度的时间信号，即使使用PTP，也能使得BRICKplus快速稳定并与外部的激光雷达实现几微秒误差的实时同步。 二、为时间同步服务器的测试与试用提供信号 我们有一些时间同步服务的产品，在对这些产品进行测试、检修时，需要接入GNSS信号验证功能与发现错误。 之前我们需要用一根几十米的线缆，绕过桌椅板凳、走廊过道，将天线固定在窗外才能进行相关测试，在这个过程中还会有各类意想不到的问题，来回的调试、检查花费了工程师大量时间。 时间同步服务器作为关键基础设施的一部分，其稳定性和抗干扰能力对于许多应用来说至关重要。首先，时间同步在现代信息社会中扮演着基础角色，无论是金融交易、通信网络、数据中心管理，还是工业自动化和航空航天等领域，都需要精确的时间基准来协调各个部分的操作。为了保障应用的可靠性，时间同步服务器必须具备极高的软硬件素质。 我们的工程师也需要验证极端情况，要确保即使发生了干扰、欺骗等情况，我们的产品也能为用户带来稳定、真实的时间同步信号。然后这种极端情况在现实世界中是可遇不可求的，我们无法精准预测哪一天将会有电磁干扰、哪一天GNSS信号会很差、哪一天某颗卫星会损坏等情况。 借助德思特GNSS模拟器，我们可以在工程师身边产生完全自定义的GNSS信号： ● 生成稳定、准确的固定点位置信号以验证定位/授时精度 ● 生成特殊时刻已验证设备面对闰秒或特殊情况处理能力 ● 生成干扰、卫星缺失、电离层大气层劣化等情况已验证时间同步服务器是否可以正常进入holdover以保证授时稳定 正如我们的技术工程师在对NTS-PICO3时间服务器进行测试时的情况。 工程师在实验室实现了GNSS自定义信号的直接输入，并向时间同步服务器提供虚假时刻作为验证，测试时间为2024.3.28，但时间服务器锁定了时间精度更高的GNSS模拟器时间——2021年6月24日，并正常向外界提供稳定的时钟信号。 END 德思特GNSS模拟器是一款出色的PNT仿真与测试工具，不仅能够精准模拟各种定位场景，还能实时模拟自动驾驶所需的高精度时间同步，即便在室内也能生成稳定、高精度的模拟GNSS信号。它允许工程师在各种极端条件和特殊应用场景下进行深度验证，极大地提升了研发和测试的效率。在早期的产品开发阶段，它提供了详尽的预测试环境，确保了测试的全面性和深度，从而减少了后期问题发现的可能性，增强了产品的可靠性和用户的信心。 关于德思特 德思特 是虹科的一家姐妹公司，基于超过10年的业务沉淀， 德思特公司专注提供电子测试/测量解决方案。 主要业务范围涵盖：汽车电子仿真及测试、射频微波及无线通信测试、无线频谱监测与规划、无线通信（包括智能网联汽车无线通信、轨道交通、卫星通信、室内无线通信）、半导体测试、PNT解决方案、大物理和光电测试等。 核心成员具有 9年以上的测试测量、无线通信及其他相关行业资历 ；技术团队获得世界五百强PNT解决方案合作伙伴Safran的GNSS技术及信号仿真和软件Skydel培训认证证书、航空航天测试和测量合作伙伴Marvin Test 的自动化测试软件ATEasy培训认证证书。 德思特研发部，核心成员获得国际项目管理师PMP认证资质，并具备LabVIEW、python等多种编程语言能力，优势能力集中于：HIL测试，半导体测试，EOL测试和质量检测等多种系统研发集成，拥有10多个实用新型和专利授权。 围绕 汽车电子、射频微波、通信、航空航天 等行业提供专业可靠的解决方案，现有客户包括华为、德赛西威、蔚来汽车、理想汽车、航天科工集团、清华大学、北京航空航天大学、中电科集团等。 此外，我们还是中国无线电协会、中国通信企业协会、雷达行业协会、RIS智能超表面技术协会等行业协会的会员