[发明专利]基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波的晶振频率驯服方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波的晶振频率驯服方法、系统及介质，本发明方法包括根据GPS秒信号、晶振信号的误差特性建立两者的频差数学模型；针对频差数学模型进行sigma采样得到k时刻的sigma点集；针对k时刻的sigma点集确定自适应不敏卡尔曼滤波算法的状态方程和更新方程；整合新息序列加权到自适应不敏卡尔曼滤波算法的状态方程和更新方程中以减少GPS较大野值对校频精度的影响。本发明基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波技术，将GPS信号的跳变野值和随机误差，以及晶振信号的累积误差和频率漂移进行滤波处理，最终提高GPS锁定二级频标的最终校频精度。

技术领域

本发明涉及GPS驯服晶振信号的方法，具体涉及一种基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波的晶振频率驯服方法、系统及介质，用于实现GPS信号对晶振频率的高精度驯服。

背景技术

随着网络技术的快速发展，系统对时间基准的要求也越来越高。电力系统中时间基准对事故分析、提高电能质量、电网调度操作以及电能分时计费有着重要的意义。

目前时间(频率)基准按照应用领域和性能指标可划分为一级频率标准(铯原子频标)、二级频率标准(包括铷原子频标和高稳晶体振荡器)和其它频率标准(高稳晶体振荡器意外的其他晶体振荡器)。虽然一级频标长期稳定度和准确度较高，但是其价格十分昂贵，难以应用在对成本有严格要求的民用场合；二级频标的价格相对较低，其长期稳定度和准确度却大不如前者，故难以应用于高精度场合。

现有技术利用GPS锁定二级频标(高稳晶振)原理如附图1所示：首先测量GPS接收机输出的秒脉冲信号PPS与晶振分频后输出的脉冲信号之间的相对频差，然后对频差信号进行滤波处理，最后生成控制信号，不断调节晶振频率从而输出高准确度和高稳定度的频率输出。该技术在一定程度上解决了上述问题，即利用较低的成本实现高长期稳定度和平均准确度的频率标准。但是在实际应用中由于GPS的1PPS信号存在随机误差和跳变野值、晶振因老化和温度等特性产生的频率漂移为频率的校准造成了一定的困难。

为了解决以上问题，有的学者提出采用多次采样取平均的方法，对测量的频差数据进行处理，计算简单但是校频时间较长。有学者通过建立晶振信号和GPS信号之间的频差数学模型，利用最小二乘法对其误差进行计算和补偿，但该方法计算较为复杂且没有考虑GPS信号的野值对校频精度的影响。还有学者提出利用卡尔曼滤波算法来消除频差信号中的噪声，但是现有利用卡尔曼滤波算法来消除频差信号中的噪声的方式没有考虑晶振频率漂移的影响，导致校频精度有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波的晶振频率驯服方法、系统及介质，本发明基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波技术，将GPS信号的跳变野值和随机误差，以及晶振信号的累积误差和频率漂移进行滤波处理，最终提高GPS锁定二级频标的最终校频精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于新息加权自适应不敏卡尔曼滤波的晶振频率驯服方法，包括：

1)根据GPS秒信号、晶振信号的误差特性建立两者的频差数学模型；

2)针对频差数学模型进行sigma采样得到k时刻的sigma点集；

3)针对k时刻的sigma点集确定自适应不敏卡尔曼滤波算法的状态方程和更新方程；

4)整合新息序列加权到自适应不敏卡尔曼滤波算法的状态方程和更新方程中以减少GPS较大野值对校频精度的影响。

可选地，步骤1)的详细步骤包括：

1.1)获取GPS秒信号序列Y，GPS秒信号序列Y中的任意k时刻的GPS秒信号的世界统一时间UTC的函数表达式如式(1)所示；

Y_k＝k-ε_k (1)