[发明专利]一种基于残差修正的高精度时频信号动态驾驭方法

说明书

本发明提供了一种基于残差修正的高精度时频信号动态驾驭方法，将残差作为修正量修正时差模型和调整量，提高时差预报精度，在有源情况下，有效提高与参考源的同步精度，在无源情况下，通过动态驾驭方法，最大程度避免了由信号频偏和老化引起的相位偏差，使得信号源相位缓慢平稳变化，进而实现信号自维持，保证其与参考源的高精度同步，不会使得该系统因参考源异常导致性能下降，无法正常提供服务及测试。

技术领域

本发明涉及一种在利用残差修正有效提高预报精度的条件下，高精度时间频率信号产生与保持的动态驾驭方法。

背景技术

随着科学技术的发展，各个行业对时间精度的需求由毫秒微秒量级提升至纳秒甚至飞秒量级以上。例如全球卫星导航系统，其地面段时频基准需要和国家标准时间保持高精度时间同步；5G通讯中超高精度时间同步技术使得原有基站间时间同步精度从百纳秒提高到10纳秒；天文观测中，VLBI甚长基线干涉技术，时间同步精度越高、干涉效果越好、观测分辨率越高。诸如此类的应用都离不开高精度高稳定度的时间频率信号和系统时间。时间频率信号和系统时间的性能直接影响导航定位的精度。

通常，由原子钟产生高精度的时间频率信号。原子钟在不受外界控制、自由运行的情况下，受原子钟频偏和频漂老化影响，其输出信号会随着时间和外部环境发生频率跳变和相位抖动，影响信号的频率稳定度和频率准确度，导致应用此信号的测量系统或者导航系统出现测量偏差或者定位偏差。因此，必须对其输出的时频信号进行控制，产生高稳定度高准确度的时频信号，并生成与溯源参考高精度同步的系统时间。

通过光纤时频传递方法、GPS卫星共视、全视法等时间比对方法，与溯源参考建立溯源关系。实时获取系统时间与溯源参考的时差，根据时差结果，对原子钟输出的频率和相位进行精密的调整与控制，使系统时间与溯源参考时间同步，以此实现原子钟的驾驭过程。

目前，原子钟驾驭方法多采用相位调整和频率调整，手动或者自动控制原子钟或调整装置。原子钟驾驭效果和溯源方法及驾驭策略密切相关，不断改善溯源精度和完善驾驭策略是原子钟驾驭的研究内容。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于残差修正的高精度时频信号动态驾驭方法，根据残差实时修正时差预报模型和时差预报值，并根据时差预报值，自动、实时调整驾驭策略，在不影响未控原子钟频率稳定度的情况下，既提高了输出信号的准确度，又改善了输出信号的长期频率稳定度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，将原子钟输出1PPS脉冲信号输入至时间间隔计数器中，将10MHz正弦信号输入相位微调器中，与国家标准时间UTC(k)进行时间比对，测量得到时频信号建立的时间尺度和溯源参考时间的时差数据；

步骤2，对步骤1的时差数据进行预处理，判断并识别时差数据的完好性、粗差剔除和数据异常，并剔除粗差，修正时差数据；

步骤3，将预处理后的时差数据作为有效的时差数据，当时差数据大于设定阈值时，调整信号相位或者频率，使该信号与参考信号的差值小于设定范围，并在下一时刻继续判断时差数据，若时差数据仍然大于设定阈值，则继续调整信号相位或者频率；当时差数据小于等于设定阈值时，进入下一步；

步骤4，当测量时间小于设定的测控周期时，累积时差数据；当测量时间等于设定的测控周期时，根据时间频率信号的规律，建立时差数据随着时间变化的时差模型；时差模型表达式为其中y(t)为时差数据，a₀为初始相位，a₁为频偏，a₂为老化率，t₀为测量的起始时刻，t为测量时刻，x_r(t)为随机误差；对参数a₀、a₁和a₂进行实时估计，估计值记为和