[發明專利]基于Vondark-Cepek濾波的氫銫時間尺度融合方法

有效

• 申請號: 201910787030.4
• 申請日: 2019-08-25
• 公開（公告）號: CN110554597B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 姜萌;董紹武;武文俊;宋會杰;高喆;安衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心;中國科學院大學
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于Vondark?Cepek濾波的氫銫時間尺度融合方法，首先利用指數濾波法分別對氫鐘組和銫鐘組各產生一個鐘組時間尺度，然后根據最小二乘原則對Vondark?Cepek組合濾波關鍵參數進行選取，進而通過氫鐘組時間尺度時間序列的差分信息對銫鐘組時間尺度進行性能增強，從而獲得氫銫融合時間尺度。本發明在有效抑制噪聲的同時能夠兼顧氫銫兩種類型原子鐘特性，在鐘組尺度層面進行融合，產生長短期穩定度都良好的時間尺度。

技術領域

本發明屬于時間頻率、信號處理領域，涉及一種時間尺度融合方法。

背景技術

目前，高精度時間已成為一個國家科技、經濟、軍事和社會生活中至關重要的參量，廣泛應用于導航、電力、通信、航空、國防等領域，作為最基本的物理量，對提升國家科研水平也有基礎性作用。為此，世界各時間頻率實驗室都擁有自己的原子鐘組，每臺原子鐘都可以產生一個時間尺度。但守時不能僅依賴單臺原子鐘，因為每個物理裝置都有可能出現異常。時間尺度算法則是將守時鐘組各臺鐘的時間根據需求，計算出一個標準時間，目的在于尋找一種方式使得算法的不確定度最小，穩定度最高。

氫銫原子鐘是兩種不同類型的原子頻標，二者分別有著很好的短期穩定度和長期穩定度，它們是當前全球各時間實驗室最常見的兩種守時型原子鐘。氫銫時間尺度的融合方法主要是研究兩類不同原子鐘有效組合而產生更穩定更準確的時間尺度。一個時間實驗室所強調的是時間尺度的穩定度。

目前很多守時實驗室采用氫銫互為參考的方式進行兩種不同類型原子鐘時間尺度的融合：分別以氫鐘、銫鐘或者銫鐘組時間作為參考，對另一類原子鐘進行鐘差測量形成時間序列后，對守時鐘組中的銫鐘短期波動進行修正或氫鐘的速率和頻率漂移進行扣除，然后通過加權平均來獲得最終的時間尺度。在上述的研究方法中，主要是以氫或銫為基準，對另一種原子鐘的單臺鐘進行評估和修正，然后將守時鐘組中的所有鐘一起加權平均來歸算最終的時間尺度。該方法的不足在于：當氫原子鐘作為參考對銫原子鐘進行測量的主要噪聲是相位白噪聲，經數學方法濾波后，其時間尺度短期穩定度仍會受銫原子鐘噪聲的影響。而以銫鐘組時間尺度來修正氫鐘，當氫鐘出現故障時，產生時間尺度的可靠性不能保證。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于Vondark-Cepek濾波的氫銫時間尺度融合方法，有效抑制噪聲的同時能夠兼顧氫銫兩種類型原子鐘特性，在鐘組尺度層面進行融合，產生長短期穩定度都良好的時間尺度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1，將銫原子鐘和氫原子鐘分組，分別經鐘差預測、頻率估計及權重估計步驟產生指數濾波的銫鐘組時間尺度TA_Cs和氫鐘組時間尺度TA_H；

步驟2：將氫鐘組時間尺度序列進行一次差分，獲得對應頻率數據；

步驟3，將銫鐘組時間尺度序列經傅里葉變換轉化到頻域，經頻譜分析確定需抑制信號頻率f或周期P；根據最小二乘理論計算銫鐘組時間尺度平滑因子和氫鐘組時間尺度平滑因子其中T和T’分別是TA_Cs和TA_H對應的頻率響應；

步驟4，將銫鐘組時間尺度和氫鐘組頻率序列作為輸入，將平滑因子用于Vondark-Cepek組合濾波方法，產生時間尺度融合結果，實現銫鐘組和氫鐘組時間尺度的融合；