[發明專利]一種可重構分布式節點高精度授時同步系統及方法

有效

• 申請號: 202011392728.5
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112468254B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 霍飛向;張祺;皇甫雅帆;王勝利
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;G04R20/02;G01S19/25;G01S19/23;G01S19/10
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 張保朝

本發明提供一種可重構分布式節點高精度授時同步系統及方法，該系統由若干分布式節點組成，每個節點包括衛星導航設備、節點計算設備和節點通信外設。該方法包括首先啟動分布式節點系統，分布式節點系統開始工作后，運行于節點計算設備上的授時同步管理模塊經過各節點通信外設完成衛星導航狀態的交互，明確所有節點的衛星導航狀態。本發明根據使用場景與各節點衛星導航設備狀態進行授時同步方式的無縫切換與優化，有效提高了系統的可靠性。本發明可應用于分布式、大規模、復雜環境下基于嵌入式開發平臺的節點授時同步技術領域。

技術領域

本發明屬于基于嵌入式開發平臺的節點授時同步技術領域，具體涉及一種可重構分布式節點高精度授時同步系統及方法。

背景技術

無人機集群、分布式測量等應用場景要求各個分布式節點具備高精度的同步時間。各個節點通常由衛星導航設備、節點計算設備和通信外設組成，各節點通常采用衛星導航系統授時同步技術或網絡授時同步技術完成節點的時間同步。

衛星導航系統授時同步技術通過GPS或北斗信號完成各節點的授時同步，某些節點在衛星導航信號遮擋、衛星導航接收機故障等因素的影響下，全系統的時間同步性能下降，可靠性低，無法完成所有節點的高精度時間同步。即使衛星導航定位設備提供了精確的時間信號，但由于節點計算設備所運行的嵌入式操作系統的非實時性，常規方法無法保證各個節點計算設備獲得毫秒級的時間精度。

網絡授時同步技術通常采用網絡時間協議(Network Time Protocol，NTP)或IEEE1588(Precise Time Protocol，PTP)精確時間協議，此種方式需要接入互聯網實現各節點的時間同步，進而獲得協調世界時(Coordinated Universal Time，UTC)。當各節點在戶外或某些特定場合使用時，不方便接入互聯網，導致該技術使用靈活性不高，無法實現各個節點的授時同步。

中文專利CN107229219A公開了一種基于GPS模塊、嵌入式系統的計算機精確授時方法，該方法通過GPS模塊和嵌入式系統實現計算機操作系統的精確授時。該專利通過GPS模塊實時產生協調世界時和PPS秒脈沖信號，嵌入式操作系統根據外部中斷獲取GPS模塊發出的PPS信號，嵌入式系統與計算機系統進行通信，利用嵌入式系統計算通信過程的延時和計算機系統的延時，從而獲取同步時間。該專利通信過程的延時通過定時器測量，但嵌入式操作系統的定時器精度受操作系統負荷等因素的影響較大，不能準確的測量，誤差較大；同時該專利需要嵌入式系統通過中斷方式進行PPS秒脈沖信號的響應，由于CPU負荷的不同極易引起操作系統響應中斷延時的不確定性，并且此延時的可預測性較差，各節點時間同步精度難以低于1毫秒。當衛星導航信號弱或衛星導航接收機異常時，該專利無法保證各節點的時間同步性能，可靠性較低，授時精度也較低。

因此，受到使用場景、導航信號質量、導航接收機故障等因素的影響，現有基于嵌入式系統的同步方法具有可靠性較低、授時精度較低、系統復雜度較高等缺點。

發明內容

基于上述現有技術的問題，本發明提出一種可重構分布式節點高精度授時同步系統及方法，具體采用如下技術方案：

一種可重構分布式節點高精度授時同步系統，該系統由若干分布式節點組成，每個節點包括衛星導航設備、節點計算設備和節點通信外設，其中，

衛星導航設備進行GPS或北斗衛星信號的接收，并把接收的時間報文發送至節點計算設備；

節點計算設備包括授時同步管理模塊、時間報文獲取模塊、時間報文分發模塊和時間誤差線性補償模塊，其中授時同步管理模塊完成多節點系統的授時同步方式的自動切換；時間報文獲取模塊分為衛星導航時間報文獲取和內核時間報文獲取；時間報文分發模塊是在有部分節點甚至全部節點衛星導航設備接收信號質量差或衛星導航設備故障時工作，根據授時同步管理模塊的控制進行時間報文的分發；時間誤差線性補償模塊根據獲取的時間報文完成高精度授時同步；