光纤时间频率同步技术及应用

时间是人类目前测量和复现不确定度指标最高的物理量,代表了人类科技发展的最高水平。光纤时频同步技术经过几十年的发展,目前已广泛应用于量子计量、射电干涉测量、定位导航、现代通信、电力电网、高能物理、大地测量等诸多领域,成为人类社会高效运行的重要支撑。得益于光纤时频同步技术的高可靠性和高稳定度,综合原子时“分布式”和“实时性”这一长期存在的矛盾得到了解决。文章介绍了光纤时频同步技术的发展历史、各技术路径的研究现状,以及基于北京地区光纤时频同步网生成的分布式实时综合原子时。在此基础上,指出光纤时频同步的发展重点正从技术研究转为大规模网络化应用,开展基于光网络的多功能、多应用融合研究,实现一体化通信、感知、计算、测量、控制,将是未来的重要发展趋势。

一种低信噪比下基于时频原子的复杂调制雷达信号分选方法

复杂调制的多种雷达辐射源信号在低信噪比环境下,具有复杂度高、识别效率低的特点.提出一种基于改进的Chirplet时频原子特征的雷达信号识别分选方法.首先分析多种调制方式的雷达信号,然后分析PSO智能优化算法在参数搜选中的原理和优势,并用该算法对时频原子提取过程进行改进,之后提出PSO算法与时频原子概念结合的方法,利用类区分度准则提取信号特征,得到LPI雷达信号的有效表征原子.最后通过仿真实验证明该方法对于3 dB以上多种调制方式的雷达信号,可快速地完成有效识别分选.

基于冲击时频原子的匹配追踪信号分解及机械故障特征提取技术

介绍一种用于匹配追踪信号分解的时频原子———冲击时频原子 ,它既可以匹配信号中的稳态正弦成分 ,也可以匹配信号中冲击成分 ,从而准确有效地获得设备的冲击故障特征和信息 ,并结合遗传算法以提高计算速度及实用性。计算机仿真结果证实了该方法的准确性 ,最后将该方法应用于转子实验台的冲击信号特征提取中 ,证明了该方法的工程实用性和有效性。

基于正交时频原子的地震信号快速匹配追踪

匹配追踪能够根据地震信号自身的特点进行自适应分解,但因计算量巨大使其不能被广泛应用.本文提出了一种正交时频原子快速匹配追踪方法,该方法在迭代分解过程中,充分利用地震信号的局部性特征作为先验信息点,在先验信息点附近采用动态搜索策略寻找最佳匹配时频原子,同时对时频原子进行正交变换,消除了时频原子库中的冗余分量,最终将信号分解为一系列正交时频原子的线性叠加.测试结果表明,该方法不仅保持了匹配追踪的分解精度,而且使计算效率有了质的提高.

一种基于自适应遗传算法的高斯FM^mlet变换最优时频原子搜索算法

时频分析方法是当前非平稳信号分析与处理的研究热点,基于高斯FMmlet变换的信号表示方法成为目前分析具有线性和非线性频率切变信号的重要工具。高斯FMmlet变换在信号分析与处理中的应用面临的一个主要问题就是匹配追踪方法的数字实施方法。针对现有算法精度不高、收敛性差的问题,提出了一种基于自适应遗传算法的高斯FMmlet变换最优时频原子搜索算法。首先详细推导了时频原子有限长序列的离散公式,接着详细讨论了自适应遗传算法,然后给出了一种利用自适应遗传算法搜索高斯FMmlet变换最优时频原子的算法及其实现方法,最后结合实例对该算法进行了仿真研究。结果表明,该算法不但搜索精度很高,而且具有较好的收敛性和鲁棒性。

齿轮与轴承故障的Chirplet时频分析

机械故障信号通常具有非线性时频关系多分量信号,其频谱占有较宽的频带,且各分量的频谱往往相互交叠,给故障诊断带来了很大的障碍。首先,在分析Ch irp let时频分解的理论基础上,对Ch irp let基函数进行了增加曲率参数的改进,提高了基函数对非线性时变分量的匹配能力;然后,仿真试验对基函数改进后的自适应时频分布与其他各类时频谱进行了比较。结果表明,改进后的基函数能很好地匹配出非平稳信号中的各种线性或非线性时变分量,其对应的时频具有较高的时频分辨率,且无交叉干扰项;最后,将该方法用于轴承故障信号和齿轮故障信号的分析。分析结果证实,该方法不仅能对轴承与齿轮箱故障进行准确定位,而且为故障原因及故障程度提供可靠的判断依据。

欧洲空间原子钟组ACES与超高精度时频传递技术新进展

高精度时间频率的产生和超高精度时频信号的传递是现代物理学、天文学和计量科学的基础。空间原子钟组计划(Atomic Clock Ensemble in Space,ACES)是由欧洲空间局实施的基于国际空间站(International Space Station,ISS)微重力环境下的新型空间微波原子钟实验验证项目。概要介绍ACES项目基本情况,重点介绍ACES项目的主要科学和技术目标,围绕科学目标而形成的ACES组成结构,并梳理涉及的关键技术,特别介绍了ACES将应用的超高精度时频传递技术,为我国自主研究并实现相关空间时间频率系统及其应用提供参考。最后简述了我国正在建设的空间站时频系统主要情况和实施计划。

基于自适应时频分解的瞬态冲击信号提纯

在分析非平稳振动信号中瞬态冲击信号和平稳振动信号各自特点的基础上,发展了新的提纯机械故障冲击成分的信号处理方法。首先选择Chirplet基函数将被分析信号自适应展开,得到噪声抑制,高分辨率且无交叉干扰项的自适应时频谱,然后分别使用了两种方法从自适应时频谱中恢复出瞬态冲击分量。一种是采用振动冲击信号模型的时频分布去逼近时频滤波后的冲击分量时频分布,继而借助信号模型重构出冲击分量;另一种是根据冲击信号的Chirplet基函数的参数表达特征,直接选择所需基函数对冲击分量进行重构。最后,采用这两种方法分别对齿轮和轴承的故障信号进行分析,分析结果验证了这两种方法对瞬态冲击信号提取都非常有效,在机械故障诊断中有很大的参考价值。

自适应时频分析的发展历程

从分析固定核函数的时频分析法对分析信号的局限出发 ,引出基于数据的变窗长STFT分析、基于信号的径向高斯核时频分析、自适应配投影时频表示 ,简述了Chirp let变换的物理意义和数学基础。这一工作旨在揭示自适应时频分析的发展历程 ,同时阐明作为自适应时频分析的工具 ,Chirplet变换具有高度概括框架地位 ,其他种种自适应分析方法都是其低维特例。

兰姆波检测信号的匹配追踪时频分析

为有效去除兰姆波检测信号中的冗余信息和识别多个模态,应用匹配追踪方法对兰姆波信号进行处理。在Chirplet原子基础上添加弯曲算子进行改进,以更好地匹配频散和多模式兰姆波信号的特征。由改进的Chirplet原子组成过完备字典,使用基于遗传算法的匹配追踪(GAMP)信号稀疏分解方法,从过完备字典中选出与待分析信号相匹配的最佳原子,利用最佳匹配原子和对应的分解系数进行信号重构和时频分析。研究结果表明,改进后的Chirplet原子更能反映出兰姆波信号的非线性时频变化特征,得到的时频分布与频散曲线的弯曲特性能很好的吻合。采用改进后的Chirplet原子匹配追踪方法可以获取更加精确的走时信息,为后续兰姆波损伤定位成像奠定基础。

时间频率专业数据集

标准时间频率系统是国家重要的战略基础设施,在国民经济和国家安全方面起着基础保障作用。时间频率数据资源是国家重要信息资源之一,推动着时间频率中守时、授时和时间频率应用的发展。在大数据融合的背景下,时间频率专业数据集在中国科学院科学大数据工程项目支持下应运而生。本数据集通过依托中国科学院国家授时中心(NTSC)定期向国际计量局(BIPM)提交我国国家标准时间系统测量比对数据、国际计量局国际原子时(TAI)归算数据、全球各守时实验室保持的本地时间UTC(k)与协调世界时(UTC)的偏差数据,及各实验室原子钟在国际原子时归算中所占的权重公报(w公报)、速率公报(r公报)等数据,通过数据字典匹配,生成TAI(k)、UTC(k)、参与TAI归算的原子钟权重、速率等数据集。此外,数据集扩展包括《时间频率公报》电子版以及收集到的国际地球自转服务机构(IERS)公布的地球自转A、B、C、D公报相关内容。本数据集为2018–2019年数据,采用时频科学数据规程控制数据质量。未来,随着数据库资源的不断完善,时间频率专业数据集可以为时频科学研究及国家标准时间频率用户提供更加丰富准确的基础科学数据支持。

上海天文台时频标准的传播

本文回顾了上海天文台标准时间频率的有源无线电发播简况(BPV、XSG),叙述了该台原子时频标准以TV、Loran-C和GMS为媒介的传播。在此之前,并对时间频率标准的定义及演变作了简要介绍.

一种改进的自适应Chirplet分解方法及其实现方法(英文)

参数自适应时频分布成为当前非平稳信号分析与处理的研究热点。针对自适应Ch irp let分解所用基函数的时频关系为线性,对含有非线性时变分量的信号逼近效果不好的问题,提出了一种改进的自适应Ch irp let分解方法,并给出其快速实现算法。首先在Ch irp let时频原子的基础上添加了弯曲算子,构造了新的时频原子,得到了一种改进的自适应Ch irp let分解算法;然后,利用匹配追踪算法做为快速分解实现方法,并给出了具体实现步骤。经仿真信号和蝙蝠回声定位信号验证表明,本算法在收敛性和准确性等方面具有优势。

GNSS频移法测定重力位研究进展与展望

精确测定重力位是大地测量学的基本任务之一。近年来发展起来的利用高精度时频信号测定重力位(时频测位)方法,在大地测量学和地球物理学领域引起了广泛关注。该方法基于广义相对论原理,利用高精度原子钟和高精度时频传递技术实现重力位及海拔高的直接测量。其中,全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)时频传递技术具有精度高、全天候、组网灵活、经济便利等优势,在发展中逐渐形成了GNSS频移法测定重力位的研究分支。首先介绍了时频测位的基本原理并归纳分析了厘米级精度时频测位的数学模型,并结合GNSS共视技术和GNSS精密单点定位技术总结了利用GNSS频移法测定重力位的研究进展,然后深入分析了该领域中亟待解决的难题,最后就GNSS频移法的未来发展进行讨论,为今后深入开展GNSS频移法测定重力位及相关研究提供借鉴。