[發明專利]一種基于神經網絡的頻標頻率漂移預測方法

在審

• 申請號: 202211297500.7
• 申請日: 2022-10-22
• 公開（公告）號: CN115688859A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 周經亞;羅恒
• 申請（專利權）人: 蘇州時同奧科技有限公司
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/084;G01R23/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于神經網絡的頻標頻率漂移預測方法，在參考源缺失的情況下，預測晶振頻標源的頻率漂移，從而為后續頻率補償以達到高精度守時的性能提供必要支持。本發明所述方法包括三個步驟：首先，對樣本數據通過平滑濾波進行預處理；然后，建立神經網絡模型，對樣本數據進行訓練；最后，用訓練好的神經網絡模型做頻率漂移預測。本發明有效捕獲頻標頻率漂移的變化特征，取得較好的預測效果。

技術領域

本發明涉及時頻統一領域，具體為一種基于神經網絡的頻標頻率漂移預測 方法。

背景技術

時頻統一系統又稱時頻統一系統，主要用來為測控系統提供統一標準時間 信號和頻率信號，其應用領域相當廣泛，比如智慧城市、通信、交通、航空航 天等，只要與時間有關，都離不開時頻統一，尤其是高精度時頻統一系統。在 時頻統一系統中，參考源負責提供高精度的頻率標準信號，除此以外，頻標源 負責在參考源丟失或不可用時提供頻率標準信號，而守時工作是指在失去參考 源或參考源不可用的情況下，頻標源在一段時間內可繼續保持一定時間精度。 由此可見，守時功能在時頻統一系統中扮演著十分基礎和重要的角色。

如圖1所示，GPS信號具有超高精度和原子頻率標準，通常作為參考源， 鎖相倍頻模塊對參考源信號進行倍頻處理，形成高頻參考信號輸入高精度相位 測量模塊。晶體振蕩器(Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO)具有較長 壽命、較高的精度和準確度且價格適中，通常用來作為頻標源，同樣經過鎖相 倍頻模塊處理，輸出高頻頻標信號到高精度相位測量模塊。高精度相位測量模 塊對輸入的參考源信號和頻標源信號測量相位差，從而實現頻標源歸一化。在 參考源丟失或不可用情況下，系統進入守時過程。由于OCXO會受到溫度、老 化等因素的影響從而導致頻標源信號產生頻率漂移，嚴重影響守時性能。若能對頻標源頻率漂移準確預測并進行補償，則可達到較好守時效果。

現有的頻率漂移預測方法大多采用最小二乘法對頻率波形進行擬合，但擬 合的多項式次數難以事先確定，且擬合后的預測效果并不理想，守時精度無法 得到很好的保證。

因此，設計實現一種頻標頻率漂移預測方法是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種頻標頻率漂移預測方法，以解決上述背景技術 中提出的問題，方法包括以下步驟：

步驟1、對頻標源和參考源的相位差樣本利用Savitzky-Golay方法進行平滑 濾波；

首先，將輸入信號樣本窗口設為2m+1,其中m0,用k-1階多項式對數據進 行擬合，矩陣運算表示為：

X_(2m+1)×1＝T_(2m+1)×k·A_k×1+E_(2m+1)×1 (1)

其中X為樣本的先驗估計向量，T為采樣時間矩陣，A為擬合參數向量，E 為誤差向量。然后，利用最小二乘法計算可得：

A＝(T^T·T)^-1·T^T·X (2)

其中T^T為T的轉置矩陣。

最后，計算濾波后得到的平滑值：

Y＝T·(T^T·T)^-1·T^T·X (3)

步驟2、將步驟1所得到的平滑信號樣本輸入一個三層神經網絡，利用神 經網絡計算損失；

首先，構建一個三層徑向基神經網絡，如圖3所示，包含輸入層、隱藏層 和輸出層，其中輸入層由r個神經元組成，隱藏層由h個神經元組成，每個神 經元采用高斯核函數作為激活函數，輸出層由n個神經元組成，隱藏層到輸出 層采用權重矩陣W進行線性變換。