多传感器时间同步

多传感器时间同步

为什么要时间同步

1. 每个传感器都有自己的时钟源
2. 不同传感器具有不同的采样频率
3. 另外数据传输、camera曝光等都会产生不可控的延迟

为了有效融合多个传感器的感知数据，必须进行时间同步

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各传感器时间戳

传感器	时间戳
GPS/GNSS时间戳	GPS时间指的是GPS原子时，是以UTC时间1980年1月6日0时0分0秒为时间基准，以后按照TAI秒长累计计时
camera时间戳	自动驾驶上使用rolling shuttercamera是支持外部触发曝光的，但由于camera帧周期包括曝光时间和readout时间（整帧像素点读出），所以需要关注曝光时间，对于相同cmos芯片的camera，其readout时间是固定的，来反推图像真实时间戳（一般采用曝光中间时间）
lidar时间戳	目前自动驾驶中所使用的lidar，从硬件层面上就支持授时，即有硬件trigger触发LiDAR的数据，并给这一帧数据打上时间戳，LiDAR通常有两种时间同步接口：基于IEEE 1588的以太网时间同步机制和PPS+NMEA协议 （基于GNSS的时间同步机制）
毫米波雷达时间戳	目前主流的车载毫米波雷达采用FMCW调制方式，其上电后开始进行信号的发送和接收，内部有专门的时间机制，无法接收外部的时间。另外毫米波雷达周期性发送can信号，所以可以从can信号中获取数据时间
IMU时间戳	一般IMU与GNSS集成在一起的，假设集成在FPGA上，那么接收FPGA输出的高精度时间脉冲，从而将传感器信号打上高精度时间戳

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统一时钟源

通过统一的时钟源给各传感器提供相同的基准时间，各传感器根据提供的基准时间校准各自的时钟时间，从硬件上实现时间同步。因为时钟源都有钟漂，而且每个时钟源钟漂不同，所以即使把各个传感器时间戳在初始时刻对齐，运行一段时间之后，之前对齐的结果就会偏离。解决这个问题的办法就是在硬件上把时钟源统一。

在自动驾驶的传感器配置里，GNSS接收机是必不可少的设备之一，GNSS中导航卫星内置高精度原子钟，GNSS接收机通过解算导航卫星信号，可以获得超高精度的时钟信号。GNSS信号能够达到定位要求时，自身时钟也会受到卫星上原子钟的校正，从而进一步提高精度。
一般可以采用GNSS时间作为统一时间源，通过GNSS给各个传感器提供基准时间，各传感器根据提供的基准时间校准各自的时钟时间；除了GNSS之外，根据需求还可以加入PTP和NTP授时方案，利用网络来进行时间同步。

几个概念：

1. GNSS授时主要原理是通过PPS+NMEA（例如GPRMC）来授时，GPRMC报文提供年月日时分秒信息（一般通过波特率9600串口发送接收，处理时间为毫秒级别）、PPS则通常使用1PPS即频率为1次每秒的秒脉冲，接入工控机，当工控机支持时，设备接收到PPS脉冲后，毫秒及以下位清零重新计算。整体的时间就是与GPRMC报文中的UTC时间整秒相加，得到系统时间。具体可以参考PPS+GPRMC授时原理

2. NTP(Network Time Protocol)是用于不同计算机之间同步时钟的网络协议。它的设计目标是使所有的互连的机器之间的时钟与UTC时间只相差若干毫秒。

3. PTP(Precision Time Protocol，1588 V2)是基于以太网的高精度时钟同步协议，能够实现以太网中多个从节点（各种传感器）与主节点（主机）之间的亚微秒级时钟同步，前提是所有节点之间都通过以太网互联，交换机支持PTP协议，并且每