[发明专利]一种Kalman滤波器加延迟器的数字锁相环原子钟驾驭方法

说明书

一种Kalman滤波器加延迟器的数字锁相环原子钟驾驭方法，通过一个等价于Kalman滤波器加延迟器的DPLL，用于对原子钟进行驾驭；具体地，首先推导出DPLL的闭环系统传递函数和闭环误差传递函数，给出了其实现结构；然后获得每次的对于被驾驭原子钟的调整量，并给出了使DPLL输出信号的频率稳定度最优的参数选取方法。在此基础上，使用两个这样的DPLL级联起来对原子钟进行二级驾驭。该算法相比传统原子钟驾驭算法，参数选取更容易，可以使输出信号与第一级参考输入保持同步，并保证频率稳定度最优。

技术领域

本发明涉及时间频率、信号处理领域，具体的说是设计了一种原子钟驾驭方法。

背景技术

原子钟驾驭技术在守时实验室和卫星导航系统中发挥着重要作用。对原子钟进行驾驭的主要目的有两个：一是使被驾驭原子钟与参考原子钟时间同步，尽可能缩小它们之间的时间偏差；二是提升被驾驭原子钟的长期稳定度。

典型的原子钟驾驭方法包括两大类：开环驾驭方法和闭环驾驭方法。开环驾驭方法的核心是设计合理的预测算法。闭环驾驭方法主要包括：线性二次型(LGQ)控制方法、开关(Bang-Bang)控制方法和数字锁相环(DPLL)方法。但是，这些闭环驾驭方法的参数是不容易选取的，一般都要针对每一个具体应用，通过大量仿真实验对大量参数进行比较后，选出一组最优参数。另外，对于DPLL方法，如果参数选取不当，不但无法保证驾驭性能，还会引起控制系统不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种Kalman滤波器加延迟器的数字锁相环原子钟驾驭方法。

本发明的原理是：通过一个等价于Kalman滤波器加延迟器的DPLL，用于对原子钟进行驾驭。本发明完整地推导了DPLL的闭环系统传递函数和闭环误差传递函数，给出了其实现结构，和每次的对于被驾驭原子钟的调整量，并给出了使DPLL输出信号的频率稳定度最优的参数选取方法。在此基础上，使用两个这样的DPLL级联起来对原子钟进行二级驾驭。理论分析和仿真实验都表明：该算法相比传统原子钟驾驭算法，参数选取更容易，可以使输出信号与第一级参考输入保持同步，并保证频率稳定度最优。

本发明的技术方案是：

一种Kalman滤波器加延迟器的数字锁相环原子钟驾驭方法，其特征在于包括下述步骤：

S.1推导等价于Kalman滤波器加延迟器的DPLL的传递函数；

S.1.1首先给出Kalman滤波器的观测方程和状态方程；

状态方程表示为：

其中，x_k和y_k为两个状态变量，T为采样间隔，u_k为过程噪声。

观测方程表示为：

z_k＝x_k+w_k (2)

其中，z_k为观测量，w_k为观测噪声。

这两个方程用矩阵的形式表示为：

其中，s_k＝[x_k y_k]^T；J_k＝[0 u_k]^T；H＝[1 0]，过程噪声和观测噪声的方差分别为：R＝E[w_k²]，其中，Q₂₂即为u_k的方差。