AMR 导航聚焦--定时和时钟同步"OxTS

欢迎阅读 AMR 导航聚焦系列的第三篇博客，我们将在这里重点讨论有关定时和时钟同步的技术考虑因素。单击此处阅读本系列的上一篇博客，其中讨论了传感器的选择和放置.

因此，您已经选择了要安装在自主移动机器人上的传感器，以确保它能够在各种环境中导航.您还认真考虑了安装这些传感器的问题，并选择了用于其他功能（如物体识别）的传感器。

现在，是时候考虑......嗯，时间了。具体来说，就是要确保从传感器发送到处理器的每个数据包都附有准确的时间测量值，并且是系统可以使用的格式。如果时间测量不准确，使用这些数据的处理器很可能会出错。

我们举例说明：如果您要对一辆速度为 10 米/秒（或 22 英里/小时）的车辆进行厘米级的位置测量，那么只要时钟不同步 0.1 秒，INS 就会产生 1 米的位置误差。

在本博客中，我们将讨论定时和时钟同步的关键要素，以及可用于这两个方面的方法。我们还将介绍OxTS 的计时方法。请注意，我们在这里重点讨论的是 AMR 定位数据的使用；虽然其中一些概念可能适用于感知系统的数据（传感器会同时为定位和感知传输数据），但我们不能保证我们的建议适用于感知系统。

AMR 中定时和时钟同步的重要性

时间安排有两个要素需要考虑：

让系统中的所有时钟同步运行。
为每个传感器生成的数据包添加时间戳。

我们将在下文中详细介绍OxTS GAD 界面，该界面的设计可以大大减少时间戳元素的工作量。从本质上讲，这是一个预建界面，您可以在其中配置传感器数据，包括传感器附加到每个数据包的时间戳。

首先，让我们来看看时钟同步。正如这一领域的许多事情一样，准确性和复杂性之间存在着普遍的相关性：你需要的同步越准确，你需要做的工作就越复杂。

基本同步：PPS

优点设置简单减少时钟漂移

缺点将 PPS 转换为可用的时间格式需要额外的工作

每秒脉冲是一种持续时间为一秒的电信号，你猜对了，就是一秒。很多设备都能输出 PPS 信号，包括我们的 INS 设备，而且非常精确（根据设备的不同，精确到皮秒）。

向传感器传输 PPS 信号可使它们就一秒持续的时间达成一致；因此，PPS 可有效减少时钟漂移。

PPS 的缺点在于它实际上不是时间的度量。PPS 信号只是告诉您的网络已经过去了一秒（非常精确），而接收信号的设备都会将这一秒加到已过去的总秒数中。因此，要使用 PPS，您还需要在 AMR 初始化时同步船上的每个时钟，以便它们都能提供相同的时间测量值（您可以通过全球导航卫星系统、互联网或 INS 等设备来实现）。之后，PPS 将使它们保持同步。

中间同步：NTP

优点设置相对简单，整个 AMR 的时钟同步性更好

缺点： 不如 PTP 精确，未考虑网络延迟

网络时间协议是计算机网络用于同步时钟的一种方法。只要本地化处理器（如 INS）可以充当 NTP 服务器，而 AMR 控制堆栈中的处理器可以充当 NTP 客户端，就可以通过 NTP 进行同步。

由于这种同步方法使用的是实际时钟数据，因此比 PPS 更为通用。

不过，NTP 是一种比 PTP 更古老的技术，因此精度并不高：NTP 可以提供精确到毫秒的时间，而 PTP 则可以达到亚微秒级的精度。此外，NTP 是单向同步，即网络上的客户端与 NTP 服务器（如我们的 INS）同步，而 NTP 服务器又与高精度时间源（通常是全球导航卫星系统时间）同步。与 PTP 不同，这意味着 NTP 无法将网络延迟因素考虑到其测量中，从而降低了精确度。

高级同步PTP/gPTP

优点亚微秒时间精度，高度准确

缺点： 设置最麻烦，gPTP 对硬件的要求更严格

精确时间协议同步是时间同步的黄金标准。它是最精确的时钟同步方法，在计算时间戳时能够考虑网络延迟。gPTP 是 PTP 的扩展，能更好地处理大型网络，对网络问题的适应能力也更强。

正如我们所说，这种准确性的代价是设置的复杂性。PTP 的正确设置需要一些工作，如果使用 gPTP，还需要确保网络中的每个组件都支持 gPTP。

以上就是在 AMR 上实现时间同步的选项。但对于低延迟的简单网络来说，还有另一种选择--完全不同步时钟。

抵达时的时间戳

优点非常容易设置，适合低延迟的简单网络

缺点： 不是真正的同步，网络流量和延迟会影响准确性

我们在上文提到，时间戳是定时谜题的另一部分--处理器将利用时间戳来了解数据收集的时间，以便按照正确的顺序处理每个数据包。不过，您也可以发送一个数据包，并指示处理器在接收数据时应用自己的时间戳。例如，在OxTS 系统中，您可以将定位数据配置为在到达 INS 时打上时间戳。

由于不需要同步每个设备的时钟，这种方法的设置非常简单快捷。但是，由于没有同步时钟，这种时间戳方法很容易受到网络延迟的干扰。

考虑网络延迟是可能的，但前提是延迟必须一致。鉴于网络上的流量很可能会根据 AMR 的工作情况而波动，因此在实践中，您的延迟很可能会波动，从而导致性能问题。这就是为什么只有在延迟极小的简单网络中，到达时间戳才真正实用的原因。如果您正在使用到达时间戳，而您的机器人移动缓慢，这通常表明您需要一种更好的时间同步方法。

OxTS 如何进行计时

我们的所有 INS 设备都支持 PTP 和 gPTP 同步。在大多数网络中，我们发现 INS 被用作主时钟，因为其内部时钟足够精确，可用于大多数 AMR 应用，并且在有信号的情况下还可通过 GNSS 与 GPS 时间同步。不过，如果您的网络中有更精确的时钟，我们的 INS 也可以作为 PTP 从时钟。

我们的 INS 设备还可以发射 PPS 信号，用于同步时钟。由于 INS 使用 GNSS 数据进行定位，因此它还可以为网络中的所有时钟提供初始时间戳，这对于实现 PPS 同步至关重要。如果您在仓库等 GNSS 拒绝区域内运行，您甚至可以使用 INS 的内部时间进行 PPS 同步，并在移至室外时保持一切同步。