基于时间戳的精密计时装置及方法

摘要

基于时间戳的精密计时装置及方法，涉及高精度水下距离估计和定位技术。它是为解决目前水下声呐传输计时精度低的问题。本发明的声呐传输物理层发送或接收声呐信号时，在介质访问层和网络层之间的MII接口会有信号产生，信号捕捉单元捕捉到该信号的起始位，并将捕捉信号传输给精密计时单元；精密计时单元将当前精密计时的结果暂存，形成时间戳信息，并通过配置&控制模块转发给微控制器中的应用程序；应用程序将时间戳信息进行存储和索引，并根据需要对不同的时间戳进行相减运算，得到两个时间戳之间的时间长度。本发明能够获得纳秒级的传输计时，为精密的距离估计奠定技术基础。本发明适用于水下精密计时。

主权项

基于时间戳的精密计时装置，其特征在于：它包括微控制器(1)和FPGA(2)，所述微控制器(1)与FPGA(2)之间通过MII接口连接，所述的微控制器(1)包括声呐传输物理层(1‑1)、介质访问层(1‑2)、网络层(1‑3)、传输层(1‑4)和应用层(1‑5)，所述声呐传输物理层(1‑1)与介质访问层(1‑2)之间设置有MII接口，所述的FPGA(2)内嵌入有固件实现的配置&控制模块(2‑1)、信号捕捉单元(2‑2)、精密计时单元(2‑3)和高频率时钟源(2‑4)；所述的声呐传输物理层(1‑1)：用于发送或接收声呐信号，并将该声呐信号对应的电信号通过MII接口发送给信号捕捉单元(2‑2)；应用层(1‑5)：用于向配置&控制模块(2‑1)发送配置命令和控制信息，该配置命令和控制信息用于对信号捕捉单元(2‑2)和精密计时单元(2‑3)进行初始化、清零和使能操作；接收配置&控制模块(2‑1)发来的时间戳信息，并对该时间戳信息进行存储和索引，对不同的时间戳进行相减运算，以得到两个时间戳之间的时间长度；高频率时钟源(2‑4)：用于为信号捕捉单元(2‑2)和精密计时单元(2‑3)持续提供1GHz或更高频率的时钟信号；信号捕捉单元(2‑2)：用于在时钟信号的驱动下，捕捉MII接口发来的信号的起始位，并向精密计时单元(2‑3)发送捕捉指示信号；精密计时单元(2‑3)：用于在时钟信号的驱动下，进行计时，并在接收到捕捉指示信号后，将当前精密计时的结果暂存并形成时间戳信息，并将该时间戳信息发送给配置&控制模块(2‑1)；配置&控制模块(2‑1)：用于将接收到的时间戳信息发送给应用层(1‑5)。