专利名称：一种同步误差修正方法
技术领域：
本发明涉及一种误差修正方法，特别是一种同步误差修正的方法，主要应用于使 离散装置自行修正同步误差并与同步源实现高度同步。
背景技术：
同步技术在日常生活中应用非常普遍，在工业领域应用更普遍。现有技术同步通 常是靠闭环方式来实现的，例如在信号源中加入同步脉冲，由上位控制系统对离散装置实 现同步控制，通过发射无线同步控制信号或有线控制方式来使系统中的各离散装置或同线 的装置实现同步。上述离散装置基本上是基于上位控制来实现的闭环同步模式，该模式的 优点是实现同步简单可靠，但是其实现同步必须具有必要的硬件与环境支持，且仅适合小 范围可控系统。另一种同步模式是使用高精度的信号源来实现同步，这通常应用于专业装 置，其应用成本非常高昂，无法进入民用领域。闭环同步控制系统在实际应用中还存在很多无法解决的问题，例如当使用闭环控 制时，为实现实时同步增设的装置成本较高，尤其是离散安装的无线装置，为了保持同步需 要增加额外的功耗和硬件设备，并且要求同步的设备其硬件成本也相对较高。如何使离散 装置在较高的性价比前提下，实现具有自学习功能的同步是一个较难解决的课题，尤其是 在低成本和低功耗装置中，这个问题更为突出；例如在交通领域需要在较长的道路区间实 现低成本的开环模式同步工作则采用现有技术手段难以实现。究其原因，需要同步的离散装置自有震荡源通常是处理器的晶振，而晶振的不同 质量档次代表了不同的误差数值。晶振的误差通常有三类，第一类是在同一标称频率下的 离散误差，通常是以该标称频率为中心的上下偏差值；第二类是温度漂移，在不同的温度下 震荡频率会产生上下漂移；第三类是随机漂移，常见于低质量的晶振，其震荡频率会产生随 机漂移。由于绝大多数晶振的误差无法避免，故目前同步的实现也只能基于闭环的同步控 制。使用高质量的晶振以其自有的精度来实现同步在短时间内是可以的，但是在长时间内 实现同步还是非常困难的，所以目前的同步基本上是采用短间隔的校准技术。在实践中， 将校准间隔拉长会有效降低装置功耗及器件要求并使装置整体成本有效降低，直接产生效 益。根据测算，当离散安装的低功耗装置二次同步的时间每增加一小时则成本就降低至少 2 8%，在保持同步标准不变的基础上，增加校准间隔时间同样也能够创造直接效益。中国专利01112527. 6《一种同步无线通信系统中信号同步的调整方法》公开的同 步无线通信系统中信号同步调整的方法，在实际的基带信号处理过程中将信号处理的起始 时间向前移动Ttl，使信道估计和RAKE合并中利用的信号信息量增多。中国专利01112528. 4 《一种同步无线通信系统中信号同步的调整方法》公开的同步无线通信系统中信号同步的 调整方法，在多径搜索的同时，通过记录各用户多径信号的最大、最小时延，对用户信号进 行同步调整，最后通过下行反馈各用户的同步调整时间，并对各用户发射信号重新同步，分 别记录同步调整后的各用户多径信号最大、最小时延，进而完成用户信号的同步调整。该 两种同步调整方法都是通过在无线信号多径传输过程中对同步传输不同延时的均值估算，并在后级装置中将同步信号根据估算进行提前的补偿，使不同用户信号的信道估计相互之 间干扰降低，系统性能受同步误差的影响减小。中国专利99109455. 7《同步系统、同步方 法及记录装置》，公开了在交换机中对多径同步误差的重定位及估算校准的方法。中国专利 200610144352. X的《一种提高无线传感器网络时间同步精度的方法》，公开的提高无线传感 器网络时间同步精度的方法，首先估算各节点同步误差，然后基于估算对节点进行检测和 补偿。中国专利申请200810007291. 1《一种时间同步传递方法、系统及装置》，公开了一种 使用同步误差均值统计方式获取传输时延并在后级予以均值补偿的时间同步传递方法，获 得设备间同步误差，然后根据该同步误差对时钟进行补偿，减少PPS的传递时延带来的同 步误差，保证多级设备级联的同步误差仍然小于微秒级别。上述三项同步误差校准的方式 基本都建立在对传递时延的估算并基于估算给予补偿，均不属采用自学习方式发现自身与 同步源之间的误差并予以自行修正的学习型同步误差修正方式，且均难以在离散装置，尤 其是交通领域的离散装置中应用，实现与同步源高度同步工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的离散同步装置同步间隔短、 无自行修正同步误差的缺陷，提供一种具有自学习能力，应用成本低、同步可靠性高、适用 面广的同步误差修正方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是该同步误差修正方法，其特点是包 括检测同步误差和修正同步误差步骤，所述的检测同步误差步骤，在固定的同步误差检测 时间内，同时检测运行中的同步装置与同步源各自的计时值，根据该两个计时值计算同步 装置与同步源之间的同步误差数值；所述的修正同步误差步骤，在检测到同步误差数值后， 先根据同步误差数值的负正判断同步装置较同步源快慢，再在与同步误差检测时间相等的 固定时间内对运行中的同步装置按照同步装置较同步源快慢相应地将同步装置输出的同 步数值减去或加上同步误差数值进行修正。本发明同步误差修正方法，所述的修正同步误差步骤中，误差校准采取固定时间 间隔方式进行，在与同步误差检测时间相等的固定时间内减去或加入检测同步误差步骤测 得的同步误差数值进行修正，使输出同步数据保持与同步源同步工作。本发明同步误差修正方法，所述的修正同步误差步骤中，误差校准采取平均时间 间隔方式进行，将检测同步误差步骤测得的同步误差数值按照最小可操作时间间隔进行均 分，在最小时间间隔内减去或加入均分后的同步误差数值进行修正，使同步装置在每一个 最小的可操作时间间隔内均保持与同步源同步工作。本发明同步误差修正方法，所述的检测同步误差和修正同步误差步骤均采取两次 或两次以上嵌套的误差检测和误差修正，在一次检测同步误差后，以较前次检测采用的固 定的同步误差检测时间长的误差检测周期内进行再次检测同步误差，每次检测同步误差步 骤后均相应进行修正同步误差步骤，使同步装置的工作逼近同步源。本发明与现有技术相比具有以下优点本发明克服了现有技术实现离散装置同步 间隔短、无自行修正同步误差、应用成本较高的缺陷，设计了一种具有自学习能力的同步误 差修正方法。该同步误差修正方法中的同步装置在与同步源实现同步的过程中采用“模仿” 与“学习”同步源的误差寻找和标定方法，然后根据误差值进行自动校准等学习型同步误差修正方法。该方式是一种通用的同步误差自纠技术，可在几乎全部配有微处理器控制的、周期性的离散安装同步装置中应用；同时，它还可以与非标准信号源实现同步。该同步误差修 正方法主要应用于无人值守设备或装置作为同步校准，例如在道路交通领域可应用于太阳 能同步突起路标、太阳能同步轮廓标及太阳能同步诱导标等离散安装的同步装置，也可以 用于防雾引导装置中的可控同步系统，具有实施成本低、同步控制可靠性高、适用面广等优 点O
图1为本发明实施例同步误差修正方法流程图。图2为应用实施例同步误差修正方法的太阳能同步轮廓标电路结构框图。
具体实施例方式下面通过实施例，结合附图对本发明作进一步的阐述。实施例同步误差修正方法，包括检测同步误差和修正同步误差两大步骤。检测同 步误差步骤，在固定的同步误差检测时间内，同时检测运行中的同步装置与同步源各自的 计时值，根据该两个计时值计算同步装置与同步源之间的同步误差数值；修正同步误差步 骤，在检测到同步误差数值后，先根据同步误差数值的正负判断同步装置较同步源快慢，再 在与同步误差检测时间相等的固定时间内对运行中的同步装置按照同步装置较同步源快 慢相应地将同步装置输出的同步数值减去或加上同步误差数值进行修正。该实施例具体的误差修正流程参见图1，当同步装置启动时，首先获得同步起始时 间节点，即同步源的同步起始数值Tl ；在获得该节点后，与同步源同步信号同时，通过启动 同步装置微处理器内部计时Sl ；达到预设的累计误差纠错时间S2时，此时间系同步装置微 处理器内部计时，再次采集卫星授时同步源的实时同步数值T2;将同步源实时同步数值T2 与同步装置微处理器内部计时S2比对，产生一个差值，该差值就是一个固定时间段内累计 出来的需要纠错的累计误差，即同步误差数值，通常以时间计量；若同步误差数值为正值， 表示同步装置内部计时较同步源偏慢，则每个预设纠错时间段加上同步误差数值后成为纠 偏后的有效同步数值再输出；若同步误差数值为负值，表示同步装置内部计时较同步源偏 快，则每个预设纠错时间段减去同步误差数值后成为纠偏后的有效同步数值再输出；若同 步误差数值为零，表示同步装置内部计时与同步源一致，直接输出同步数值即可。现有晶振的误差通常是偏离标称值，但是其相对稳定性仍然是比较高的。在实际 应用中，当使用的晶振偏离标称时，相对于标称值会产生累计误差，如果不对累计误差进行 修正则该误差的积累会导致同步装置失去同步。本发明同步误差修正方法基本原理是设计 一种误差的寻找和标定方法，然后根据其误差值来对其进行自动校准，以确保同步装置同 步工作。所谓同步，是指一个系统中的若干装置与其中的一个装置或标准进行协同工作，在 这个系统中，处于领头位置的信号源也就是同步源；而处于从属位置的装置将与同步源保 持一致，这就是同步工作模式。通常一个系统中的同步源与从属装置在设计时已经将工作 点设计到比较接近的点位，在同步装置开始工作时，初始值的误差通常很小，随着时间的推 移，误差也在积累之中。本发明是在从属装置获取累计误差后，使用自学习校准的方式对获 得的累计误差进行补偿校准，如累计误差偏向正方向的一个数值，则在下一步的运行中以检测时间均值方式或检测时间定值定时减去该数值，反之则加上该数值，即可获得一个经过校准的同步输出值。由于是每个离散装置自学习的个性化自动修正，该同步误差修正方 法可使一个离散系统实现大范围自动同步控制。实施例同步误差修正方法的修正同步误差步骤中，修正误差时可以使用固定时间 间隔修正或均值修正两种方式。该两种方式效果接近，但是使用固定时间间隔修正时，对同 步装置，即从属装置的微处理器要求较低，同时同步控制精度也略低；当使用均值修正时， 相对来说对微处理器的处理能力要求较高，但是同步控制的平均误差也较小。这两种修正 方式分别适用于不同的应用环境，当应用于信号同步时，例如数据采集，可使用均值误差修 正方式；当应用于控制同步工作时，例如轮廓标同步闪烁，可使用固定时间间隔修正；本实 施例即使用固定时间间隔进行修正。误差校准采取固定时间间隔方式进行时，只要每隔一个固定时间段减去或者加上 该误差即可获得修正后的同步数值，固定时间段等于检测累计误差时所设置的时间段。从 属装置为了获取累计误差，需在从属装置开始运行时，首先从同步源获得一个起始的同步 点，从属装置在该节点与同步源可实现有效同步。从属装置在获得初始的同步源数值后，微 处理器开始进行内部计时，步长将视整个系统的精度而定，例如以最大允许误差的10%误 差值作为步长进行检测。通过一段累计时间后，再与同步源进行比对，可获得一个固定时间 段，即同步误差检测时间段内的误差值，该数值就是这个同步装置在一个固定时间段内与 同步源之间的同步误差数值。固定时间段的长短视同步装置在一个固定周期内的误差需求 而定，例如24小时内要求同步误差小于10毫秒则累计误差获取时间，即同步误差检测时间 段取2 15分钟即可。另一种误差校准采取平均时间间隔方式进行，是时间均值误差修正，将检测同步 误差步骤中从属装置通过一个固定的时间内测得的同步误差数值，即累计误差按照最小可 操作时间间隔进行均分，在最小时间间隔内减去或加入均分后的同步误差数值进行修正， 即将测得误差所耗费的时间换算成平均时间段误差，然后再使用已经测得的误差值换算成 平均时间内的误差值进行修正，使同步装置在每一个最小的可操作时间间隔内均保持与同 步源同步工作。该误差校准方式通常应用于同步精度均值要求较高的系统，同时，使用该方 式也要求微处理器具有较强的处理能力和较高的时钟频率。最小可操作时间间隔主要视应 用装置对同步精度的要求而设定，若同步精度要求高，最小可操作时间间隔取得小；若同步 精度要求低，最小可操作时间间隔取得大。例如，可以将微秒、毫秒或秒作为最小时间间隔， 当应用装置精度要求较高时，可使用微秒作为最小时间间隔。本实施例同步误差修正方法，对同步误差有高精度要求时，需要设置较长的同步 误差检测时间来进行同步误差检测步骤，也可使用多次检测和修正方式来校准，检测同步 误差和修正同步误差步骤均采取两次或两次以上嵌套的误差检测和误差修正，本实施例采 取两次嵌套的误差检测和误差修正。在一次检测同步误差后，以较前次检测采用的固定的 同步误差检测时间长的误差检测周期内进行再次检测同步误差，每次检测同步误差步骤后 均相应进行修正同步误差步骤，使同步装置的工作逼近同步源。通常使用多次检测和修正 嵌套方式时，第一次采用较短时间检测，进行同步装置起始状态校准，它的目标是能够使装 置尽快投入实时运行，通常可取较小的同步误差检测时间值；第二次使用较第一次更长的 时间间隔纠正更小的误差，通常第二次可取一个周期性的同步误差检测时间值，例如12小时或24小时或更长周期，直至无限逼近同步源。理论上由于每一次检测和纠错后都会更逼 近同步源，所以在获得理想的同步误差数值后，可延长第二次误差纠正的间隔时间。但是由 于同步源也存在离散的随机性，故同步装置不可能与同步源长时间维持一致，在获得设计 精度所需要的同步精度后，可将最后的同步误差检测时间作为装置周期性误差检测的最大 间隔时间。实测表明，当应用于一个5毫秒误差内的同步装置时，使用两次校准嵌套模式可 满足要求，初始校准使用6分钟间隔，第二次校准的间隔可以到达24小时或更长；当应用于 一个微秒级的同步误差校准装置时，使用三次校准嵌套模式来满足要求，第一次的同步误 差检测应不少于15分钟，第二次同步误差检测应不少于60分钟，第三次同步误差检测应不 少于12小时。采取现有技术控制离散同步装置必须在很短间隔内就要与同步源同步控制一次， 而使用本发明同步误差修正方法后则离散同步装置与同步源之间的同步控制间隔可以延 长到24小时或更长，利于降低离散同步装置低能耗，以及实施同步低成本。在下一个24小 时的时间段内再进行的同步误差校准过程中，又会获得一个时间间隔为24小时的同步误 差，将该误差引入修正同步误差步骤则这个同步装置与同步源的同步精度会越来越高。使 用本发明同步误差修正方法，利于降低离散同步装置低能耗，以及实施同步低成本。实施例同步误差修正方法在太阳能同步轮廓标上的应用实例太阳能同步轮廓标主要应用于高速公路作为道路轮廓显示，使用较多的是逆反射 型轮廓标，在低能见度环境下该轮廓标不能发挥有效的道路轮廓显示作用。要在道路交通 领域低能见度环境下有效使用，必须让轮廓标同步闪烁才能够凸显“线”的感觉，才能够清 晰有效的显示道路轮廓。太阳能轮廓标将基于太阳能供电，同步源使用卫星授时；一次充电 工作时间不低于72小时，基于应用成本考虑，24小时内实现授时不能超过两次。该应用实 例太阳能同步轮廓标的电路结构参见图2，图中，WXMK是卫星接收模块，相当于同步源的作 用；CPU是微处理器，几乎大部分带程序控制的低功耗微处理器均能满足使用要求；FZSB是 负载设备，主要是轮廓标上的LED ；TYNDC是太阳能电池，负责给整个轮廓标供电。太阳能同 步轮廓标应用实施例同步误差修正方法的误差修正是运行在微处理器CPU中，卫星接收模 块WXMK提供了来自同步源的同步起始时间，微处理器CPU根据同步源的同步信号来校准内 部计时，然后输出控制信号驱动负载设备FZSB，从而实现离散安装的太阳能同步轮廓标同 步运行。整个误差修正流程如图1所示。以上实施例对本发明同步误差修正方法作了较为详细的描述，但是这些描述并非 用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范 围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种同步误差修正方法，其特征在于包括检测同步误差和修正同步误差步骤，所述的检测同步误差步骤，在固定的同步误差检测时间内，同时检测运行中的同步装置与同步源各自的计时值，根据该两个计时值计算同步装置与同步源之间的同步误差数值；所述的修正同步误差步骤，在检测到同步误差数值后，先根据同步误差数值的负正判断同步装置较同步源快慢，再在与同步误差检测时间相等的固定时间内对运行中的同步装置按照同步装置较同步源快慢相应地将同步装置输出的同步数值减去或加上同步误差数值进行修正。
2.根据权利要求1所述的同步误差修正方法，其特征在于所述的修正同步误差步骤 中，误差校准采取固定时间间隔方式进行，在与同步误差检测时间相等的固定时间内减去 或加入检测同步误差步骤测得的同步误差数值进行修正，使输出同步数据保持与同步源同 步工作。
3.根据权利要求1所述的同步误差修正方法，其特征在于所述的修正同步误差步骤 中，误差校准采取平均时间间隔方式进行，将检测同步误差步骤测得的同步误差数值按照 最小可操作时间间隔进行均分，在最小时间间隔内减去或加入均分后的同步误差数值进行 修正，使同步装置在每一个最小的可操作时间间隔内均保持与同步源同步工作。
4.根据权利要求2或3所述的同步误差修正方法，其特征在于所述的检测同步误差 和修正同步误差步骤均采取两次或两次以上嵌套的误差检测和误差修正，在一次检测同步 误差后，以较前次检测采用的固定的同步误差检测时间长的误差检测周期内进行再次检测 同步误差，每次检测同步误差步骤后均相应进行修正同步误差步骤，使同步装置的工作逼 近同步源。
全文摘要
本发明公开了一种同步误差修正的方法，该方法包括检测同步误差和修正同步误差步骤，所述的检测同步误差步骤，在固定的同步误差检测时间内，同时检测运行中的同步装置与同步源各自的计时值，根据该两个计时值计算同步装置与同步源之间的同步误差数值；所述的修正同步误差步骤，在检测到同步误差数值后，先根据同步误差数值的负正判断同步装置较同步源快慢，再在与同步误差检测时间相等的固定时间内对运行中的同步装置按照同步装置较同步源快慢相应地将同步装置输出的同步数值减去或加上同步误差数值进行修正。本发明克服了现有技术存在的同步间隔短、无自行修正同步误差的缺陷，具有自学习能力，应用成本低、同步可靠性高、适用面广等优点。
文档编号H04L7/00GK101826955SQ20101010224
公开日2010年9月8日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者陈秋玲 申请人:陈秋玲