1 自動駕駛數(shù)據(jù)采集的時間同步挑戰(zhàn)與重要性

隨著自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，車輛準(zhǔn)確感知周圍環(huán)境的能力變得至關(guān)重要。在分布式多傳感器系統(tǒng)中，信號從創(chuàng)建到存儲會歷經(jīng)多個軟件模塊和系統(tǒng)，產(chǎn)生傳播延遲和時鐘波動。BEV（Bird's-Eye-View）感知技術(shù)以其尺度變化小、視角遮擋少的顯著優(yōu)勢，正成為自動駕駛領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，而高精度時間同步是確保BEV感知算法準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)保障。

2 時間同步精度要求分析

2.1 不同應(yīng)用場景的精度需求

自動駕駛數(shù)據(jù)采集對時間同步提出不同層次的精度要求。軟時間同步主要依賴于軟件層面的算法和協(xié)議，精度通常在微秒級別，適用于對時間同步精度要求不高的場景。而硬件時間同步通過GPS模塊提供高精度的時間基準(zhǔn)，精度可達(dá)納秒級別（100-200ns誤差），滿足自動駕駛和高精度測量的嚴(yán)格要求。

2.2 多傳感器協(xié)同要求

自動駕駛系統(tǒng)包含攝像頭、激光雷達(dá)等多種傳感器，各傳感器時鐘源不同會導(dǎo)致數(shù)據(jù)時間戳不一致。康謀XTSS時間同步服務(wù)通過軟件與硬件集成，以平臺時間同步服務(wù)（PTSS）與集群時間同步服務(wù)（CTSS）使整個系統(tǒng)時鐘按時間運行并持續(xù)同步，形成統(tǒng)一時域。

3 BEV Camera數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

3.1 硬件架構(gòu)設(shè)計

BEV Camera數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以BRICKplus為核心系統(tǒng)平臺，通過擴展PCIe Slot ETH6000模塊連接6個iDS相機，利用GPS接收模塊獲取衛(wèi)星時鐘信號，提供XTSS時間同步服務(wù)，并支持13路（g）PTP以太網(wǎng)接口。BRICKplus搭載BRICK STORAGEplus硬盤，提供大容量高速存儲，滿足高帶寬數(shù)據(jù)采集需求。

3.2 軟件集成方案

采用ROS+PEAK SDK方案進(jìn)行深度集成，實現(xiàn)多相機的參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采集與傳輸。通過為每個相機創(chuàng)建獨立的采集線程，并啟動采集循環(huán)，確保每個相機的采集過程獨立且高效。相機參數(shù)（如曝光時間、幀率和分辨率等）進(jìn)行統(tǒng)一管理和存儲，可在節(jié)點啟動時通過配置文件動態(tài)加載。

4 高精度時間同步技術(shù)實現(xiàn)

4.1 雙時鐘域架構(gòu)

TAI時鐘域（域0）作為擴展系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中事件的外部參考，通過gPTP或PTP進(jìn)行同步，采用GPS或內(nèi)部晶振時間源，不會發(fā)生偏移。工作時鐘域（域1）提供測量和同步任務(wù)的時間基準(zhǔn)，集成在IEEE 802.1AS-2020標(biāo)準(zhǔn)定義的域1中，作為域0的有效熱備份。

4.2 硬件時間同步優(yōu)勢

通過GPS模塊提供高精度的時間基準(zhǔn)，并利用支持硬件時間戳的以太網(wǎng)接口直接捕獲數(shù)據(jù)包的時間戳。其時間同步精度可以達(dá)到納秒級別，具備高穩(wěn)定性，不受軟件和網(wǎng)絡(luò)延遲影響。

5 時間同步校正機制

5.1 偏差校正策略

當(dāng)XTSS從"GPS信號缺失狀態(tài)"轉(zhuǎn)為"GPS信號可用狀態(tài)"時，通過兩種方法校正期間產(chǎn)生的偏差。當(dāng)實際GPS時間與GPS模塊內(nèi)部時間之間的偏差小于預(yù)設(shè)值時，采用速率校正，平滑補償誤差；當(dāng)偏差超過預(yù)設(shè)值時，執(zhí)行一次時間"跳轉(zhuǎn)"校正誤差。

5.2 時鐘類型配置

系統(tǒng)支持多種時鐘類型：主節(jié)點時鐘（整個網(wǎng)絡(luò)的主時鐘源）、普通時鐘（作為主時鐘或從時鐘）、邊界時鐘（跨網(wǎng)絡(luò)邊界傳輸時間信息）和透明時鐘（測量數(shù)據(jù)包延遲并分發(fā)到從節(jié)點）。

6 技術(shù)規(guī)格與性能指標(biāo)

6.1 核心硬件配置

• QX550時間同步板卡 ：4個10GBase-T以太網(wǎng)口，支持最多4個從時鐘同步
• GPS信號源 ：U-blox Neo-M8 GPS模塊
• 時間同步精度 ：多相機采集實現(xiàn)100-200ns誤差
• 支持標(biāo)準(zhǔn) ：IEEE 802.1AS-2020、IEEE1588v2

6.2 系統(tǒng)特性

• 支持多個時間域，保證持續(xù)穩(wěn)定時間基準(zhǔn)
• 自動修正TAI時間"閏秒"誤差
• 支持多域時間轉(zhuǎn)發(fā)和集群時間同步
• 兼容軟硬件兩種時間同步方式

7 方案應(yīng)用價值總結(jié)

康謀BEV Camera數(shù)據(jù)采集方案有效解決了多相機同步采集和高精度時間同步的難題。該方案通過XTSS時間同步服務(wù)和硬件平臺的深度集成，提供了納秒級的時間同步精度，確保了數(shù)據(jù)采集的完整性和可靠性。靈活的相機參數(shù)配置和高效的數(shù)據(jù)傳輸機制，能夠滿足自動駕駛和高精度測量等場景的嚴(yán)格要求，為自動駕駛技術(shù)的研發(fā)提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在自動駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，高精度時間同步是確保各傳感器數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵技術(shù)?？抵\的方案不僅解決了技術(shù)復(fù)雜性高、成本投入大等挑戰(zhàn)，還提供了完整的系統(tǒng)解決方案，助力自動駕駛技術(shù)實現(xiàn)更大突破。

審核編輯 黃宇