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。
中图分类号：TN925；TP212.9
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223281
中文引用格式：胡丹，张清华. 石英挠性加速度计时间同步无线测试系统[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223281
中文引用格式：胡丹，张清华. 石英挠性加速度计时间同步无线测试系统[J]. 电子技术应用，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
石英挠性加速度计是重要的惯性导航部件，监测其在静态贮存环境下的输出特性变化，并建模分析其性能具有重要意义[1]。本文基于无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN）技术，利用大量无线节点将加速度计组建为一个多跳自组织网络[2-3]，设计了基于双向信息交换的监听时间同步机制，实现加速度传感器信息的同步采集和传输。
基于WSN的时间同步主要受传输延迟所限制，文献[4]利用Receiver-Receiver同步机制，将发送节点作为“第三方”参考节点，实现接收节点之间的同步；文献[5]基于Pair-Wise同步机制，利用成对双向信息交换实现收、发节点之间的同步，同步精度是参考广播时间同步的两倍；文献[6]基于单向Sender-Receiver同步机制，实现收、发节点之间的同步；考虑由于固定延迟和随机延迟导致的时钟偏差，文献[7]利用最大似然估计的方法完成了基于双向信息交换的时间同步[8]。
本文从三方面设计了监听时间同步机制：(1)采用硬件捕获创建时间戳，消除软件延迟因素；(2)同时补偿时钟偏差和时钟抖动，提升同步精度；(3)利用广播机制实现监听同步，并减少同步信息包传输。
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作者信息：
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）
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