[發明專利]基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波的晶振頻率馴服方法、系統及介質

有效

• 申請號: 202010524159.9
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111650617B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 李輝;潘華;張孝軍;毛文奇;黎剛;周挺;彭鋮;韓忠暉;歐陽帆;朱維鈞;余斌;梁文武;嚴亞兵;徐浩;李剛;臧欣;王善諾;尹超勇;吳晉波;洪權;劉志豪;許立強
• 申請（專利權）人: 國網湖南省電力有限公司;國網湖南省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;H03H17/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波的晶振頻率馴服方法、系統及介質，本發明方法包括根據GPS秒信號、晶振信號的誤差特性建立兩者的頻差數學模型；針對頻差數學模型進行sigma采樣得到k時刻的sigma點集；針對k時刻的sigma點集確定自適應不敏卡爾曼濾波算法的狀態方程和更新方程；整合新息序列加權到自適應不敏卡爾曼濾波算法的狀態方程和更新方程中以減少GPS較大野值對校頻精度的影響。本發明基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波技術，將GPS信號的跳變野值和隨機誤差，以及晶振信號的累積誤差和頻率漂移進行濾波處理，最終提高GPS鎖定二級頻標的最終校頻精度。

技術領域

本發明涉及GPS馴服晶振信號的方法，具體涉及一種基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波的晶振頻率馴服方法、系統及介質，用于實現GPS信號對晶振頻率的高精度馴服。

背景技術

隨著網絡技術的快速發展，系統對時間基準的要求也越來越高。電力系統中時間基準對事故分析、提高電能質量、電網調度操作以及電能分時計費有著重要的意義。

目前時間(頻率)基準按照應用領域和性能指標可劃分為一級頻率標準(銫原子頻標)、二級頻率標準(包括銣原子頻標和高穩晶體振蕩器)和其它頻率標準(高穩晶體振蕩器意外的其他晶體振蕩器)。雖然一級頻標長期穩定度和準確度較高，但是其價格十分昂貴，難以應用在對成本有嚴格要求的民用場合；二級頻標的價格相對較低，其長期穩定度和準確度卻大不如前者，故難以應用于高精度場合。

現有技術利用GPS鎖定二級頻標(高穩晶振)原理如附圖1所示：首先測量GPS接收機輸出的秒脈沖信號PPS與晶振分頻后輸出的脈沖信號之間的相對頻差，然后對頻差信號進行濾波處理，最后生成控制信號，不斷調節晶振頻率從而輸出高準確度和高穩定度的頻率輸出。該技術在一定程度上解決了上述問題，即利用較低的成本實現高長期穩定度和平均準確度的頻率標準。但是在實際應用中由于GPS的1PPS信號存在隨機誤差和跳變野值、晶振因老化和溫度等特性產生的頻率漂移為頻率的校準造成了一定的困難。

為了解決以上問題，有的學者提出采用多次采樣取平均的方法，對測量的頻差數據進行處理，計算簡單但是校頻時間較長。有學者通過建立晶振信號和GPS信號之間的頻差數學模型，利用最小二乘法對其誤差進行計算和補償，但該方法計算較為復雜且沒有考慮GPS信號的野值對校頻精度的影響。還有學者提出利用卡爾曼濾波算法來消除頻差信號中的噪聲，但是現有利用卡爾曼濾波算法來消除頻差信號中的噪聲的方式沒有考慮晶振頻率漂移的影響，導致校頻精度有限。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波的晶振頻率馴服方法、系統及介質，本發明基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波技術，將GPS信號的跳變野值和隨機誤差，以及晶振信號的累積誤差和頻率漂移進行濾波處理，最終提高GPS鎖定二級頻標的最終校頻精度。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于新息加權自適應不敏卡爾曼濾波的晶振頻率馴服方法，包括：

1)根據GPS秒信號、晶振信號的誤差特性建立兩者的頻差數學模型；

2)針對頻差數學模型進行sigma采樣得到k時刻的sigma點集；

3)針對k時刻的sigma點集確定自適應不敏卡爾曼濾波算法的狀態方程和更新方程；

4)整合新息序列加權到自適應不敏卡爾曼濾波算法的狀態方程和更新方程中以減少GPS較大野值對校頻精度的影響。

可選地，步驟1)的詳細步驟包括：

1.1)獲取GPS秒信號序列Y，GPS秒信號序列Y中的任意k時刻的GPS秒信號的世界統一時間UTC的函數表達式如式(1)所示；

Y_k＝k-ε_k (1)