1 自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集的時(shí)間同步挑戰(zhàn)與重要性

隨著自動(dòng)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(hào)從創(chuàng)建到存儲(chǔ)會(huì)歷經(jīng)多個(gè)軟件模塊和系統(tǒng)，產(chǎn)生傳播延遲和時(shí)鐘波動(dòng)。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(shì)，正成為自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，而高精度時(shí)間同步是確保BEV感知算法準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)保障。

2 時(shí)間同步精度要求分析

2.1 不同應(yīng)用場(chǎng)景的精度需求

自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集對(duì)時(shí)間同步提出不同層次的精度要求。軟時(shí)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(jí)別，適用于對(duì)時(shí)間同步精度要求不高的場(chǎng)景。而硬件時(shí)間同步通過(guò)GPS模塊提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，精度可達(dá)納秒級(jí)別（100-200ns誤差），滿足自動(dòng)駕駛和高精度測(cè)量的嚴(yán)格要求。

2.2 多傳感器協(xié)同要求

自動(dòng)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(shí)鐘源不同會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)時(shí)間戳不一致。康謀XTSS時(shí)間同步服務(wù)通過(guò)軟件與硬件集成，以平臺(tái)時(shí)間同步服務(wù)（PTSS）與集群時(shí)間同步服務(wù)（CTSS）使整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘按時(shí)間運(yùn)行并持續(xù)同步，形成統(tǒng)一時(shí)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(jì)

BEV Camera數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以BRICKplus為核心系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)擴(kuò)展PCIe Slot ETH6000模塊連接6個(gè)iDS相機(jī)，利用GPS接收模塊獲取衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)，提供XTSS時(shí)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(chǔ)，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(shí)現(xiàn)多相機(jī)的參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采集與傳輸。通過(guò)為每個(gè)相機(jī)創(chuàng)建獨(dú)立的采集線程，并啟動(dòng)采集循環(huán)，確保每個(gè)相機(jī)的采集過(guò)程獨(dú)立且高效。相機(jī)參數(shù)（如曝光時(shí)間、幀率和分辨率等）進(jìn)行統(tǒng)一管理和存儲(chǔ)，可在節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)配置文件動(dòng)態(tài)加載。

4 高精度時(shí)間同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1 雙時(shí)鐘域架構(gòu)

TAI時(shí)鐘域（域0）作為擴(kuò)展系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中事件的外部參考，通過(guò)gPTP或PTP進(jìn)行同步，采用GPS或內(nèi)部晶振時(shí)間源，不會(huì)發(fā)生偏移。工作時(shí)鐘域（域1）提供測(cè)量和同步任務(wù)的時(shí)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(shí)間同步優(yōu)勢(shì)

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

5 時(shí)間同步校正機(jī)制

5.1 偏差校正策略

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

5.2 時(shí)鐘類型配置

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

6 技術(shù)規(guī)格與性能指標(biāo)

6.1 核心硬件配置

• QX550時(shí)間同步板卡 ：4個(gè)10GBase-T以太網(wǎng)口，支持最多4個(gè)從時(shí)鐘同步
• GPS信號(hào)源 ：U-blox Neo-M8 GPS模塊
• 時(shí)間同步精度 ：多相機(jī)采集實(shí)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(gè)時(shí)間域，保證持續(xù)穩(wěn)定時(shí)間基準(zhǔn)
• 自動(dòng)修正TAI時(shí)間"閏秒"誤差
• 支持多域時(shí)間轉(zhuǎn)發(fā)和集群時(shí)間同步
• 兼容軟硬件兩種時(shí)間同步方式

7 方案應(yīng)用價(jià)值總結(jié)

康謀BEV Camera數(shù)據(jù)采集方案有效解決了多相機(jī)同步采集和高精度時(shí)間同步的難題。該方案通過(guò)XTSS時(shí)間同步服務(wù)和硬件平臺(tái)的深度集成，提供了納秒級(jí)的時(shí)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(jī)參數(shù)配置和高效的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，能夠滿足自動(dòng)駕駛和高精度測(cè)量等場(chǎng)景的嚴(yán)格要求，為自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，高精度時(shí)間同步是確保各傳感器數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵技術(shù)。康謀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(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)更大突破。

審核編輯 黃宇