[发明专利]一种多域跨尺度数据采集校时方法

说明书

本发明公开了一种多域跨尺度数据采集校对时方法，包括以下步骤：步骤一、GPS信号转发模块构建；步骤二、确定车体相关系统和地面相关系统的主时钟；步骤三、完成地面相关系统内部IEEE‑1588时钟同步；步骤四、系统内各采集节点达到时钟同步，车体相关系统和地面相关系统以不同的方式进行数据传输；步骤五、各节点数据通过异常值处理、降噪和平滑处理后进行配准处理，将不同采集频率的数据统一到统一尺度。本发明的时钟同步方法不受环境影响，并对获取的量测数据进行配准处理，可获得跨尺度下的同步数据。

技术领域

本发明属于轨道交通领域，完成“低真空管道磁浮动模试验台”数据采集系统中各子系统之间时间同步并完成多尺度数据采集与处理，特别是一种多域跨尺度数据采集校对时方法。

背景技术

在分布式数据采集系统中，采集节点的控制器通过无线或者有线的方式与采集设备(传感器等感知设备)进行通信，实现统一的控制与采集。为了保证主从节点交互信息的实时性，整个系统网络中的时钟需要保持同步，在分布式数据采集系统中，各个采集结点区域分散且具有各自独立的时钟，同时时钟特性受到工作环境的影响，时钟精度和稳定性低，导致各个采集结点不同步，时钟之间存在较大的时钟偏差，同时，采集节点之间的不同采集要求会导致采集频率具有倍数级的较大差异。因此，分布式数据采集系统的时钟网络需要进行时钟同步，以此来保证各个采集结点通信的实时性与数据采集的准确性。

近年来，全球定位系统(GPS)时钟同步分布式数据采集技术开始兴起，并迅速应用到各个领域，在定形复杂，人类不宜行动的区域进行数据采集工作时，使用GPS时钟同步分布式采集网可以满足长期不间断的数据采集以及对分撒区域同步的数据采集。IEEE-1588时钟同步协议是一种通过网络通信、本地计算以及分布对象并应用于分布式测量和控制系统的时钟同步协议。该协议设备间通过消息包进行通信，并且能够应用于多个制造商设备间的时钟同步。该协议采用主-从模式的时钟同步，即：在网络中设置一个主时钟，其他设备结点时钟为从时钟。将各采集节点下传感器不同步的量测信息同步到同一时刻即是时间配准，在确保系统中各个采集节点已经达到时钟同步的情况下，应该选择适当的方法进行时间配准。常用的时间配准方法有均值插补法、最小二乘法以及拉格朗日插值法等。

GPS具有时间精度高、价格低等优点，将其作为同步时钟的公共时间基准具有突出的优越性，而最新发布的IEEE-1588v2进一步提高了精度，支持纳秒级别的同步精度。该协议具有适用于采用多播技术的网络(以太网)和总线，占用网络带宽小，对系统资源要求低等优点。采用GPS和IEEE-1588协议相结合的同步原理可以满足大型分布式数据采集系统采集结点的时钟同步。由于低真空管道磁浮动模试验台的工作环境为真空管道(真空管道子系统)，无法正常接受到GPS信号，因此传统的时间配准方法不再适用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不受环境影响的精准时钟同步方法，并对获取的量测数据进行配准处理，可获得跨尺度下的同步数据的多域跨尺度数据采集校对时方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多域跨尺度数据采集校对时方法，包括以下步骤：

步骤一、GPS信号转发模块构建：在管外空旷环境中安装GPS接收天线来获取GPS信号，为管道内部提供GPS信号，GPS接收天线连接信号转发器；在管道内部安装信号发射器，信号发射器与信号转发器相连；同时，信号转发器对接收到的GPS信号进行卡尔曼滤波；

步骤二、确定车体相关系统和地面相关系统的主时钟：地面相关系统包括低真空管道、管内和管外的多个采集节点；车体相关系统是在低真空管道内运行的列车模型上设置的采集节点；在地面相关系统的采集节点中选择一个采集节点添加GPS接收天线，作为地面相关系统的主时钟，地面相关系统的其他信号采集结点作为丛时钟，将以该主时钟作为时间基准进行时间误差调整；在车体相关系统的采集节点处添加GPS接收天线，作为车体相关系统的主时钟；