基于Kalman滤波的原子时算法研究

守时系统的目标在于建立和保持一个稳定可靠的时间尺度,时间尺度算法正是基于此目标计算出一个频率稳定度、准确度、可靠性更高的时间尺度,时间尺度的算法本质就是综合守时系统内的原子钟,通过各原子钟与主钟的N-1组观测钟差对N台原子钟的权重和预测值进行估计;传统的加权平均算法会忽略发挥主要影响的噪声过程,更注重权重的合理分配来提高综合原子时的稳定度,缺少对噪声的关注,针对守时系统实时性的需求,对原子钟噪声模型进行了研究,在频率预测过程中研究了Kalman滤波和频率跳变检测的应用,并与传统加权平均算法进行了对比,仿真实验表明改进的算法提升了综合原子时的中长期稳定度,其中100天稳达到了5×10-14数量级,既保留了AT1时间尺度连续、实时的良好特性,又避免了Kalman算法发散性的问题,经实际测试可应用于小型守时实验室的守时系统构建。

国际原子时及NTSC守时工作进展

介绍了国际原子时(TAI)、协调世界时(UTC)以及我国标准时间UTC(NTSC)的产生和发展。简要介绍了国际标准时间的定义、国际时间比对技术的发展、TAI和UTC计算方法、工作规范的发展和未来可能的形态。介绍了我国原子时工作的历史和发展,以及时间基准保持性能、国际比对及溯源和时间信号服务方面的最新进展。

NTSC守时工作:国际先进、贡献卓绝

简要介绍近年来中国科学院国家授时中心守时工作的最新进展以及精密时间信号拓展应用情况。通过持续开展时间产生和保持所涉及的相关技术研究,加强和发展我国标准时间UTC(NTSC)系统的技术基础条件,使我国的守时工作取得突破,各项性能实现国际先进水平,国家授时中心时频基准实验室成为国际原子时TAI系统中最重要的守时单元之一。

卫星双向时间比对及其误差分析

介绍了卫星双向时间比对(TWSTT)方法的发展过程及其基本原理,讨论了TWSTT的误差源,分析了各误差源对比对精度的影响.得出影响TWSTT精度的主要误差源为设备时延误差和路径传播时延误差,而由于卫星和地面站运动引起的误差相对较小,从而给出了实际应用时不同比对精度下需要考虑的误差源及对误差源的精度要求.

基于FPGA与TDC的GPS-铷钟时间同步系统

描述了一种高精度的GPS-铷钟时间频率同步系统,系统输出标准10MHz频率,同时输出高精度的1PPS同步时间信号,在GPS信号驯服下系统同步精度可达到7.2ns,输出频率准确度优于1E-12。论文阐述了系统的原理,给出了测试数据,结果表明,系统指标满足工程应用要求。

罗兰-C数据链在BPL授时中的应用研究

用户在利用中国BPL长波授时技术时,首先需要粗同步,然后才可以得到精确时间信息。介绍当前常用的罗兰-C数据链调制方式．提出了一种BPL时码信号调制方法及编码格式,从而使BPL具有自主授时功能,更好地为用户服务．

BPL长波附加二次相位因子采集与建模

分析了长波BPL授时传播误差,设计了一个定点附加二次相位因子(ASF)传播误差数据实时采集系统。对误差模型进行了系统辨识研究,研究结果表明定点附加二次相位因子(ASF)误差基本属于平稳随机过程。并运用时间序列分析方法对BPL长波传播中附加二次相位因子(ASF)进行研究,取得初步模型数据,得到一些有益的结论,为获得的模型数据为进行ASF误差的预测及扣除其对长波BPL授时影响,提高授时精度的研究提供了依据。

NTSC的守时工作进展

概括介绍了中国科学院国家授时中心(简称NTSC)时间基准系统的组成、功能和相关工作的最新进展情况。NTSC负责我国标准时间的产生、保持和发播。多年来,NTSC的守时系统以完美的表现满足了国家大科学装置—长、短波授时系统的发播控制任务的要求。2008年度,NTSC的守时工作取得突破性进展,实现的指标综合排名于全球实验室的2～3位,我国守时工作已经跻身世界前列,NTSC已成为国际原子时合作单位中最重要的守时实验室之一。

GPS共视比对技术在综合原子时中的应用

为提高我国标准时间的准确度和稳定度,中国科学院国家授时中心(NTSC)自2003年开始与国内相关单位合作进行我国综合原子时(JATC)系统的建立与保持的研究。远地时钟间的比对是建立JATC的关键工作之一。为满足JATC对远地时钟间比对的需求,NTSC研制了单频和双频GPS时间传递接收机。

面向时间应用的可驯服铷钟

研制一种面向时间应用的GPS可驯服铷钟。当铷钟被GPS驯服后,它输出的秒信号实时同步于GPS接收机的秒信号。同时,铷钟和GPS接收机之间的时间差的数据通过一个比例积分控制器去校正铷钟的频率准确度。驯服后,两台GPS驯服铷钟之间的时间差小于20ns、频率差小于1E-12/d。使用一台专用的GPS信号处理板和特定的GPS接收机,时间差可小于5ns。

Kalman算法在原子时计算中的应用研究

为了寻求改进地方原子时算法的可能性,基于原子钟的离散动态模型,分析研究了Kalman滤波算法在地方原子时计算中的具体应用。采用中国科学院国家授时中心的18台铯原子钟数据,分别计算出基于ALGOS算法和经典Kalman算法的时间尺度。结果表明,两种时间尺度在性能方面极为相似,短期和长期频率稳定度相当。

一种频率源噪声频谱拟合方法的研究

在分析频率源的噪声特性的时候,经常需要由Allan方差或功率谱计算频率源的五种噪声强度系数的值,通常采用人工分析的方法,求出噪声系数,这严重阻碍了自动化处理的应用。给出的一种自动拟合算法可以满足这方面的需要。在最小均方误差意义下,这种算法能自动完成对噪声类别的判定、噪声区间的划分以及噪声系数确定,所有这些无须人工参予。最后,对模拟数据和实测的几种频率源的功率谱曲线进行拟合,实验研究的结果表明这种方法拟合的相对误差不超过11％。

GPS共视时间比对中的电离层时延改正问题

众所周知 ,GPS共视是目前国际上主要的时间传递比对技术 ,其中扣除电离层时延是很重要的一个方面。介绍了如何采用国际GPS服务中心 (IGS -Interna tionalGPSService)公布的电离总电子含量 (TEC—TotalElectronContent)图来进行电离层时延改正。结果表明 :对于单频GPS接收机 ,采用TEC图作电离层时延改正后的单站定时和共视比对精度比用理论模型作改正的精度有很大的提高。通过比较还表明 ,亚太地区的时间实验室之间的时间传递精度比欧美地区的要低 ,这可能是因为亚太地区用于测量TEC的IGS测站少 ,因而导致该地区的TEC的精度较低。

毫秒脉冲星定时研究进展

毫秒脉冲星守时的理论和方法研究己取得重要进展,利用现有2颗毫秒脉冲星约10yr的计时观测资料分析得到的 TAI-PT,其长期稳定度为 2×10－14。采用合适的长期稳定度算法,由多颗毫秒脉冲星计时观测可以建立综合脉冲星时间尺度。它可以成为与原子时系统比较的重要手段,并对原子时长期稳定度的改进做出贡献。介绍了该领域研究的基本状况,重点对毫秒脉冲星守时的理论方法,综合脉冲星时间及与原子时的关系等进行了讨论和评述。对由双星系统内毫秒脉冲星的轨道运动定义的双星脉冲星时也做了介绍。

守时工作进展

随着近5年时间传递技术(多通道GPS/GLONASS CV、TWSTFT、GPS P3 CV)和原子时算法的发展,国际原子时TAI和各国的守时工作有了较大的进展,中国科学院国家授时中心(NTSC)和国内其他时间实验室的工作也不例外。介绍国际权度局(BIPM)时间部有关2000～2003年TAI的研究进展,以及NTSC和国际、国内某些时间实验室守时工作简况。另外,自2000年以来国际上对UTC之未来的争论很激烈,因此就2003年5月28～30日在意大利都灵市举行的“UTC的未来”研讨会的情况也作一些介绍,以便国内天体测量相关学术领域的同行们对这些发展有一个基本的了解。

高精度原子钟频率稳定度测试仪的研制

扼要介绍了几种针对高精度频率源（氢钟）的频率稳定测试条件的工作原理及系统结构，并给出了部分指标，其中，双混频时差工法测试仪精度可达2×10^-13/s，周期法测试仪精度可达1×10^-13/s.

基于CTI技术的守时系统故障报警实现

介绍了计算机电话集成 (CTI ComputerTelephonyIntegration)技术在守时系统故障自动报警中的应用。简要介绍了构成报警系统的两个关键产品 ,电话语音卡和TTS(Text To Speech) ,详细讨论了ActiveX控件 (Phonic .OCX)编程接口的一系列事件和方法以及由此而开发的故障报警模块。该模块不仅用于守时主系统的故障报警 ,也将用于电源系统、钟房环境监控系统的故障报警。

利用Vondrak方法处理GPS CV观测数据的随机噪声

GPSCV时间传递技术在高精度国际时间同步和国际原子时的建立中发挥了积极作用；目前,GPS CV技术仍然是BIPM主要采用的远程时间比对技术；观测数据中的随机噪声是影响GPS CV比对结果精度不可忽略的因素；因此,研究了用以消除或削弱GPS CV观测数据中随机噪声的Vondrak平滑方法；结果表明,Vondrak平滑方法能有效地滤除GPS CV数据的随机噪声。

国家授时中心的守时工作

近年来,国家授时中心(NTSC)所保持的地方协调世界时UTC(NTSC)和地方原子时TA(NTSC)的准确度和稳定度水平稳步提高,进入了国际先进水平的行列。简要介绍了当前国家授时中心的守时钟组成,地方协调世界时UTC(NTSC)的产生和保持,以及原子时TA(NTSC)算法的研究等。守时工作的进一步改进正在进行之中。

守时系统故障实时诊断

对守时系统故障诊断的基本思想作了阐述 ,重点介绍了基于VB 6 .0开发的守时系统故障自检软件 ,该软件具有可视化、自动化、智能化等特点。采用类似示波器的图形绘制方法 ,可以实时显示国家授时中心 (NTSC)的时间基准实验室中各钟、授时部工作钟和BPL长波授时信号与NTSC主钟 (MC)的比对结果的数据曲线 ,并对守时系统出现的各种故障 ,代替维护人员完成异常分析、故障诊断和故障定位任务 ,自动给出实时的诊断结果 ,为守时系统故障的快速修复提供依据。