[發(fā)明專利]一種基于殘差修正的高精度時頻信號動態(tài)駕馭方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011365911.6
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112636857A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李雨薇;劉婭;李孝輝;薛艷榮;陳瑞瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04L7/00;H04L7/04
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發(fā)明提供了一種基于殘差修正的高精度時頻信號動態(tài)駕馭方法，將殘差作為修正量修正時差模型和調(diào)整量，提高時差預報精度，在有源情況下，有效提高與參考源的同步精度，在無源情況下，通過動態(tài)駕馭方法，最大程度避免了由信號頻偏和老化引起的相位偏差，使得信號源相位緩慢平穩(wěn)變化，進而實現(xiàn)信號自維持，保證其與參考源的高精度同步，不會使得該系統(tǒng)因參考源異常導致性能下降，無法正常提供服務及測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在利用殘差修正有效提高預報精度的條件下，高精度時間頻率信號產(chǎn)生與保持的動態(tài)駕馭方法。

背景技術(shù)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各個行業(yè)對時間精度的需求由毫秒微秒量級提升至納秒甚至飛秒量級以上。例如全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其地面段時頻基準需要和國家標準時間保持高精度時間同步；5G通訊中超高精度時間同步技術(shù)使得原有基站間時間同步精度從百納秒提高到10納秒；天文觀測中，VLBI甚長基線干涉技術(shù)，時間同步精度越高、干涉效果越好、觀測分辨率越高。諸如此類的應用都離不開高精度高穩(wěn)定度的時間頻率信號和系統(tǒng)時間。時間頻率信號和系統(tǒng)時間的性能直接影響導航定位的精度。

通常，由原子鐘產(chǎn)生高精度的時間頻率信號。原子鐘在不受外界控制、自由運行的情況下，受原子鐘頻偏和頻漂老化影響，其輸出信號會隨著時間和外部環(huán)境發(fā)生頻率跳變和相位抖動，影響信號的頻率穩(wěn)定度和頻率準確度，導致應用此信號的測量系統(tǒng)或者導航系統(tǒng)出現(xiàn)測量偏差或者定位偏差。因此，必須對其輸出的時頻信號進行控制，產(chǎn)生高穩(wěn)定度高準確度的時頻信號，并生成與溯源參考高精度同步的系統(tǒng)時間。

通過光纖時頻傳遞方法、GPS衛(wèi)星共視、全視法等時間比對方法，與溯源參考建立溯源關(guān)系。實時獲取系統(tǒng)時間與溯源參考的時差，根據(jù)時差結(jié)果，對原子鐘輸出的頻率和相位進行精密的調(diào)整與控制，使系統(tǒng)時間與溯源參考時間同步，以此實現(xiàn)原子鐘的駕馭過程。

目前，原子鐘駕馭方法多采用相位調(diào)整和頻率調(diào)整，手動或者自動控制原子鐘或調(diào)整裝置。原子鐘駕馭效果和溯源方法及駕馭策略密切相關(guān)，不斷改善溯源精度和完善駕馭策略是原子鐘駕馭的研究內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于殘差修正的高精度時頻信號動態(tài)駕馭方法，根據(jù)殘差實時修正時差預報模型和時差預報值，并根據(jù)時差預報值，自動、實時調(diào)整駕馭策略，在不影響未控原子鐘頻率穩(wěn)定度的情況下，既提高了輸出信號的準確度，又改善了輸出信號的長期頻率穩(wěn)定度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1，將原子鐘輸出1PPS脈沖信號輸入至時間間隔計數(shù)器中，將10MHz正弦信號輸入相位微調(diào)器中，與國家標準時間UTC(k)進行時間比對，測量得到時頻信號建立的時間尺度和溯源參考時間的時差數(shù)據(jù)；

步驟2，對步驟1的時差數(shù)據(jù)進行預處理，判斷并識別時差數(shù)據(jù)的完好性、粗差剔除和數(shù)據(jù)異常，并剔除粗差，修正時差數(shù)據(jù)；

步驟3，將預處理后的時差數(shù)據(jù)作為有效的時差數(shù)據(jù)，當時差數(shù)據(jù)大于設(shè)定閾值時，調(diào)整信號相位或者頻率，使該信號與參考信號的差值小于設(shè)定范圍，并在下一時刻繼續(xù)判斷時差數(shù)據(jù)，若時差數(shù)據(jù)仍然大于設(shè)定閾值，則繼續(xù)調(diào)整信號相位或者頻率；當時差數(shù)據(jù)小于等于設(shè)定閾值時，進入下一步；

步驟4，當測量時間小于設(shè)定的測控周期時，累積時差數(shù)據(jù)；當測量時間等于設(shè)定的測控周期時，根據(jù)時間頻率信號的規(guī)律，建立時差數(shù)據(jù)隨著時間變化的時差模型；時差模型表達式為其中y(t)為時差數(shù)據(jù)，a₀為初始相位，a₁為頻偏，a₂為老化率，t₀為測量的起始時刻，t為測量時刻，x_r(t)為隨機誤差；對參數(shù)a₀、a₁和a₂進行實時估計，估計值記為和