基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法

原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高.

BDS-3精密单点定位时间传递综合性能分析

我国北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的建设已基本完成,因而,充分利用当前BDS-3进行精密单点定位(PPP)的时间传递亟需深入研究.本文从两方面来充分研究BDS-3 PPP时间传递:1)北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP时间传递;2)钟模型约束的BDS-3 PPP时间传递.试验结果表明:相比BDS-2 PPP,BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP结果平滑残差的均方根(RMS)值可减少约为34.5%和38.23%,960 s的稳定度分别提高35.81%和37.75%;相比传统的白噪声(WN)模型,基于钟模型的BDS-3和BDS-2+BDS-3 PPP时间传递所得平滑残差RMS值分别减少65.17%和74.42%;频率稳定度最大可提高80%.

时频传递的改进整数相位钟方法

整数相位钟法是精密单点定位(PPP)中应用最广泛的模糊度固定方法之一。利用整数相位钟法进行频率传递的稳定度优于传统PPP,但该方法的钟差计算结果包含系统性偏差,影响时间传递精度。本文介绍了整数相位钟法基本原理,分析了钟差计算结果所包含的系统性偏差成因,提出一种基于星间单差模糊度固定与原子钟精化模型的改进整数相位钟法,并检验改进整数相位钟法的模糊度固定性能与时频传递性能。试验结果表明,改进算法能够有效消除该系统性偏差,利用改进整数相位钟法进行时间传递精度能够达到0.1~0.2ns,频率传递稳定度达到1.1×10^-15/d。

主钟溯源策略的研究

溯源是时间同步的重要应用之一，以原子钟时间模型为理论基础，研究了用国产SOHM-4型氢原子钟作为主钟的时频系统向协调世界时UTC（k）溯源的方案。采用线性最小二乘模型进行钟差预报、频率调整控制法进行频率调整，将溯源精度控制在±20ns以内。进行了溯源策略的改进，通过减小阻尼系数和提高频率控制频度，将溯源精度控制在±10ns以内，天稳和7天稳得到优化。为了进一步改进溯源策略，可以采用卡尔曼滤波模型对钟差进行预测，提高溯源的短期稳定度和精度。

用卡尔曼滤波方法进行氢钟钟差预报的方法与结果

钟差预报是实现时间同步的重要基础，本文以原子钟时间模型为理论基础，研究主动型氢原子钟与协调世界时UTC（k）的钟差预报方案。线性最小二乘模型与卡尔曼滤波模型均可进行氢钟参数估计和钟差预报。线性最小二乘模型只能估计钟的确定性参数，不能及时适应氢钟信号的变化；卡尔曼滤波模型不仅可以滤除测量噪声等部分噪声，减小频差和频漂波动，提高信号的短期稳定度，及时适应氢钟信号的变化，准确预报时差值、频差值和频率漂移值，而且有助于提高时间溯源精度和稳定度。