石英挠性加速度计时间同步无线测试系统
电子技术应用 2023年7期
胡丹1，张清华2
（1.中国工程物理研究院，四川 绵阳621900；2.西南科技大学，四川 绵阳621010）
摘要： 针对石英挠性加速度计参数建模时的同步测试需求，基于无线通信技术设计了时间同步无线测试系统。该系统基于CC2530无线SOC芯片设计，采用硬件捕获时间戳的方式降低部分延迟因素，利用最小二乘法（Least Squares Fit，LSF）估计、补偿无线节点间的相对时钟漂移，设计了监听同步方式以减少发送同步信息包的次数。单跳及多跳监听同步测试结果表明，其4跳平均同步误差为 3.826 μs，均方差为3.286 μs，且4跳平均监听误差分别为8.193 μs、5.241 μs。系统能满足石英挠性加速度计参数建模应用的同步测试要求，并可以推广到类似应用中。
中圖分類號：TN925；TP212.9
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223281
中文引用格式： 胡丹，張清華. 石英撓性加速度計時間同步無線測試系統[J]. 電子技術應用，2023，49(7)：105-109.
英文引用格式： Hu Dan，Zhang Qinghua. Time synchronization testing system for quartz flexible accelerometer[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：105-109.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223281
中文引用格式： 胡丹，張清華. 石英撓性加速度計時間同步無線測試系統[J]. 電子技術應用，2023，49(7)：105-109.
英文引用格式： Hu Dan，Zhang Qinghua. Time synchronization testing system for quartz flexible accelerometer[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：105-109.
Time synchronization testing system for quartz flexible accelerometer
Hu Dan1，Zhang Qinghua2
(1.China Academy of Engineering Physics， Mianyang 621900， China； 2.Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621010， China)
Abstract： In order to meet the synchronous test requirements of quartz flexible accelerometers in parameter modeling system, a time-synchronized wireless test system is designed based on wireless communication technology. The system is designed based on the CC2530 wireless SOC chip. The hardware captures timestamps to reduce some delay factors. Least Squares Fit (LSF) is used to estimate and compensate for the relative clock drift between wireless nodes. The monitoring synchronization method is designed to reduce the number of times sync packets sent. The single-hop and multi-hop monitoring synchronization test results show that the average synchronization error of the four hops is 3.826 μs, the mean square error is 3.286 μs, and the average monitoring errors of the four hops are 8.193 μs and 5.241 μs, respectively. The system can meet the synchronous test requirements of the quartz flexible accelerometer parameter modeling application, and can be extended to similar applications.
Key words : synchronization testing；time stamp；clock skew；monitoring
0 引言
石英撓性加速度計是重要的慣性導航部件，監測其在靜態貯存環境下的輸出特性變化，并建模分析其性能具有重要意義[1]。本文基于無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN）技術，利用大量無線節點將加速度計組建為一個多跳自組織網絡[2-3]，設計了基于雙向信息交換的監聽時間同步機制，實現加速度傳感器信息的同步采集和傳輸。
基于WSN的時間同步主要受傳輸延遲所限制，文獻[4]利用Receiver-Receiver同步機制，將發送節點作為“第三方”參考節點，實現接收節點之間的同步；文獻[5]基于Pair-Wise同步機制，利用成對雙向信息交換實現收、發節點之間的同步，同步精度是參考廣播時間同步的兩倍；文獻[6]基于單向Sender-Receiver同步機制，實現收、發節點之間的同步；考慮由于固定延遲和隨機延遲導致的時鐘偏差，文獻[7]利用最大似然估計的方法完成了基于雙向信息交換的時間同步[8]。
本文從三方面設計了監聽時間同步機制：(1)采用硬件捕獲創建時間戳，消除軟件延遲因素；(2)同時補償時鐘偏差和時鐘抖動，提升同步精度；(3)利用廣播機制實現監聽同步，并減少同步信息包傳輸。
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作者信息：
胡丹1，張清華2
（1.中國工程物理研究院，四川 綿陽621900；2.西南科技大學，四川 綿陽621010）
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