[发明专利]一种基于波形匹配的时间同步方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感器应用领域，具体的为一种基于波形匹配的时间同步方法及系统。

背景技术

目前，多传感器数据融合技术研究方兴未艾，有些成熟的技术已经应用到了实际工程中，并取得了较好的效果。多传感器数据融合技术的应用不仅可以提高系统的精度和可靠性，还可以提高系统的测量范围，增加系统的可信度，缩短系统的反应时间。但多传感器数据融合是一个复杂的不确定信息处理过程，能够进行融合的前提条件是从每个传感器得到的信息是必须是对同一目标的同一时刻的描述。这包括两个方面，首先要保证每个传感器得到的信息是对同一目标的同一参量进行的描述。其次，要保证进行融合的数据的时间信息是同步的。在动态工作环境中，时间同步问题表现的尤为突出。

在不同的工程实践中，出现了针对具体问题的时间同步方法。例如，利用曲线拟合的方法进行时间同步的算法，利用序列的方法来解决时变观测的时间同步算法，和采用平滑滤波算法，将各传感器之间的测量数据对应的时间同步等方法。这些算法应用前，各传感器均在开始测量时打上相同时标，之后根据各自采样率进行计时。然而，对于整个测量过程，各传感器均不存在相同时标，或者本身进行计时的处理器因温度特性等因素的影响而发生频标漂移的现象，以上算法均不能正确实现多传感器之间的时间同步。

多传感器数据融合比较典型的例子就是GPS(Global Positioning System，全球定位系统)与INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)组成的组合导航系统。其中GPS搭载有较高精度的原子钟为其提供精确的时间，而INS只能通过设定的频率进行计数器计时，且INS频标经常发生漂移现象。GPS/INS组合导航系统通常采用卡尔曼滤波进行数据融合，只有GPS及INS子系统数据在同一时间点上时，组合导航才具有实际的意义。目前最通用、有效的作法是利用GPS秒脉冲信号作为组合导航系统的时间同步基准，一体化结构设计实现时间同步。然而，当一款新出的IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)需进行组合导航测试时，上述方法虽精度高，但复杂度高，成本大，需软硬件支持，不适用。在实际测试过程中，常搭载一组较高精度的组合导航系统作为参考系统，其中的INS已打上高精度的GPS时标。

组合导航系统中的INS时标可作为参考时间系统，只需设计适当的算法，即可实现待测试IMU与参考系统之间的时间同步，这种算法不仅适用于惯性传感器之间的时间同步，还可应用于其他具有参考时标的传感器间的时间同步。

发明内容

本发明针对上述问题，设计了一种基于波形匹配的时间同步方法及系统；此方法及系统对不同传感器数据原有的时间系统是否相同没有限制，并且操作简单、运算快速，成本低；

本发明的技术方案是：一种基于波形匹配的时间同步方法，包括如下步骤：

步骤1：读取参考数据R₀及待匹配数据T₀；

步骤2：统一参考数据R₀及待匹配数据T₀的数据处理格式，提取出转换后的参考数据R₁及待匹配数据T₁；

步骤3：分别对R₁和T₁降采样，对降采样后的参考数据R₂及待匹配数据T₂进行互相关序列求解，取互相关序列最大值时对应的间隔，求出此时的粗时间差int_bias；

步骤4：根据求得的粗时间差int_bias，使参考数据R₂的时间段覆盖待匹配数据T₂的时间段，且前后各超出待匹配数据T₂一定长度，截取参考数据R₂及待匹配数据T₂；进入步骤5；

步骤5：统一R₂和T₂采样率，得到相同采样率的参考数据R₃和待匹配数据T₃；

步骤6：求得R₃和T₃的最优时间差bias及时标漂移因子k。

步骤7：根据最佳bias及k组合，更新待匹配数据T₀时间，并存储；

步骤8：结束。

所述的步骤2中统一参考数据R₀及待匹配数据T₀的数据处理格式的公式如下：

v＝Δs/Δt_s