BDS-3卫星钟在轨性能评估与分析

目前,国际主要卫星导航系统搭载的原子钟包含铷钟、氢钟、铯钟3大类。新型国产星载铷原子钟、氢原子钟的应用是BDS-3相对于BDS-2的重要改变之一。BDS-3正式开通运行以来,已经积累了丰富的在轨数据,本文采用2 a的精密钟差数据评估了新型国产原子钟的在轨性能,并与国际主流星载原子钟的性能进行对比,分析了国产原子钟在轨长期演化规律。结果表明,北斗氢钟具有较低的在轨漂移率和较高的稳定度,与Galileo系统星载氢钟为同一精度水平,北斗铷钟在轨性能稳步提高,跻身世界先进行列。

RTEthernet中改进的FTA时钟同步算法研究

针对以太网存在节点时钟漂移、网络链路延迟、同步能力差等问题,文中基于RTEthernet协议的通信原理,构建了时钟同步系统的模型。文中研究了RTEthernet的组成、工作原理,考虑了影响实时以太网时钟同步精密度的三大因素:漂移率、网络传输延迟和时钟拜占庭故障,并基于此分析了原始的FTA时钟同步算法,发现它在拜占庭故障增多的情况下容错性能明显降低,进而引入“容错中值”的思想进行改进并提出了RTE-FTM算法。通过CANoe仿真平台,对系统(7个节点)中存在2个拜占庭故障与不存在拜占庭故障进行对比分析。结果表明系统的精密度损失率降低了3.1%,并由此验证了该算法的收敛性和有效性。

基于拟合偏差的时钟同步

该文提出采用拟合偏差方法进行时钟调整的策略,以有效克服网络延迟和抖动对时钟同步的影响。开发NTP时间同步客户端,实现多种时间戳数据的采集和存储。分析本地节点的时间信息和来自于参考时钟服务器的时间戳信息,并构造时钟偏差趋势方程。利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型和利用该漂移率进行时钟的调整和稳定性分析。实验证明,该策略提高了客户端时钟同步的稳定性和安全性,能够更好地适应网络传输性能较差环境下的时钟同步。

基于NTP的时钟调整策略分析

时钟同步是分布式系统中的经典问题.本文采用本地节点的时间信息和来自于参考时钟服务器的时间戳信息构造时钟偏差趋势方程,并利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型.提出采用拟合偏差方法进行时钟调整的策略,以有效克服网络延迟和抖动对时钟同步的影响.实验证明该策略不仅有效减少了本地节点的非必须时钟调整次数,提高了客户端时钟同步的稳定性,并且对网络传输性能较差环境下的时钟同步有更好的适应性.

车载列车自动防护的二乘二取二安全计算机平台同步机制

二乘二取二冗余结构是车载列车自动防护(ATP)系统安全计算机的技术趋势。针对二乘二取二系统中的双机同步问题,采用公共外时钟为二取二双机提供参考时钟信号,并基于时钟漂移率有界模型对本地时钟进行漂移补偿,实现二取二双机的本地时钟同步。在此基础上,系统软件采用任务周期时序控制和双机通信的方式,同步顺序地处理输入、计算、输出等任务,在控制周期中的每个任务点进行同步处理,达到二取二双机的任务同步。采用软件算法和系间通信实现2种系统之间的周期同步。实验结果表明,该同步机制能够满足车载ATP二乘二取二安全计算机对同步技术的需求。

基于时钟漂移率的时钟同步客户端系统

采用客户/服务器时钟同步工作模式获得来自于参考时钟服务器的时间戳信息,并建立了连续时间戳通信模型以获得更准确的时钟运行精度差。在此基础上,利用线性拟合方法建立时钟漂移率数学模型,以获得本地节点的时钟漂移率。最后详细分析了传统时钟调整策略,并针对其缺陷自主开发了基于时钟漂移率的时钟同步客户端软件。该软件不仅可以动态显示网络延迟、偏差趋势曲线和方程,而且可以采用拟合偏差策略进行时间调整,有效提高了客户端时钟同步的稳定性及时钟的运行精度。

全球定位系统BLOCKⅡF星载原子钟性能评估

作为全球定位系统在轨卫星上极为重要的载荷,星载原子钟的性能会对整个导航系统的性能产生重要的影响.针对全球定位系统最新发射的三颗BLOCKⅡF卫星的星载原子钟,不仅从三个常规性能指标即准确度、漂移率和稳定性,还从预报性能共四个方面进行了评估.除此之外,提出了通过统计相关分析来探索三个常规指标和预报性能之间的关系,以寻求影响钟差预报精度的本质原因.利用三颗卫星正常运行时间段的钟差数据,通过估计得到它们的性能指标：准确度为1012量级,漂移率为10-15 s/d量级,稳定度在10-14 s/d量级,短期（1 d）预报精度优于1 ns,长期预报精度分别优于30 ns（1～30d）和90 ns（1～100 d）;通过相关分析发现,短期预报精度与准确度显著相关,长期预报（1～30 d）精度与漂移率和稳定性显著相关,而在1～100 d的尺度上,预报精度只与稳定性显著相关.

国际原子时进展中的原子钟

对近几年国际原子时 (TAI)进展中不同类型原子钟和不同时间实验室原子钟贡献的权重进行了比较 。

CAN网络精确时钟同步方法研究

精确的时钟同步对于提高汽车CAN网络实时性有着重要影响。结合现有主从时钟同步算法和时钟同步的精度需求,提出基于"时钟漂移率"的时钟同步算法。在各节点时钟漂移率的基础上建立更新备用同步主节点优先表,有效地解决了在传统主从同步算法中主节点的选取和主节点失效的情况下网络开销过大的问题;同时能根据CAN网络当前运行状态反馈,通过修改权重因子,实时提高CAN网络时钟同步精度在10 s以内。仿真实验说明,该方法以较小的软件开销实现了高精确度的时钟同步。

具有容错性的洪泛时间同步算法研究

时间同步技术是无线传感器网络的重要组成部分,许多无线传感器的应用都建立在准确同步的基础之上。目前典型的时间同步算法中,洪泛时间同步算法(FTSP)是最为有效的方法,综合考虑了时间同步的精度、功耗、扩展性和鲁棒性等多方面的要求,但在容错能力上还有所欠缺。在原算法基础上运用线性回归的残差分析法来找出节点接收到的异常信息,并进行差错判断,同时对求出的时钟漂移率进行修正。仿真结果表明,改进算法不仅对错误信息具有良好的容错能力,而且在同步精度和稳定性方面都有所提高。

BDS在轨卫星原子钟性能评估分析

为了进一步研究BDS卫星导航与定位,对BDS在轨卫星原子钟进行性能评估分析。结果表明:BDS星载原子钟在长期运行过程中存在一定的调频、调相和数据缺失现象;整体上GEO卫星的相位跳变最为显著,MEO卫星较为平稳;BDS星载原子钟频率准确度处于1×10^(-11) s量级,日漂移率处于1×10^(-14) s量级,天稳定度处于1×10^(-14) s量级;3类轨道卫星中,MEO卫星钟的稳定性略优于IGSO卫星,GEO卫星最差;总的来说,影响BDS星载原子钟的噪声主要为WFM、FFM和RWFM。

无线传感器网络中基于时钟漂移补偿的时间同步技术

在分析和总结现有时间同步算法的特点及其存在问题的基础上,提出了一种在无线传感器网络的时间同步协议(TPSN)中同时考虑节点时钟偏移和频率漂移率的改进算法。该算法利用连续两次同步过程中所记录的时间信息来估算节点时钟的偏移和频率漂移率,并进行补偿。同传统算法相比,此算法通讯成本较低、精度较高。最后通过数学分析和仿真的方法对所提出的改进算法进行了验证。

地面铷原子钟稳定性和一致性研究

研究了铷原子钟的稳定性和一致性。重点对稳定度的不同表示方法进行了比较，对同一铷原子钟不同寿命时期的稳定性、同一类型多个铷原子钟的稳定性进行了比较，研究了断续工作铷原子钟的频率稳定性、漂移率和一致性。

国产SOHM-4型氢钟长期性能分析

针对目前对国产氢原子钟性能评估,尤其是对国产氢钟长期在线运行性能评估相对缺乏的问题,提出1种氢钟性能评估方法:以上海天文台研制的国产SOHM-4型氢钟为例,基于连续相位比,对数据对其性能进行评估;通过分析由频率准确度、频率漂移率和频率稳定度指标组成的评估模型,达到对国产氢钟长期在线运行性能精确评估的目的。结果表明,在长达2 a多的连续运行中,国产SOHM-4型氢钟的频率准确度基本优于5×10^-13、频率漂移率优于1×10^-14/d,且线性关系不明显,频率稳定度在±2.5℃温差环境影响下,以天稳计算,大概率处于1×10^-14~2×10^-14之间。

基于嵌入式硬盘指示灯的可见光通信系统

研究了基于发光二极管(LED)指示灯的可见光通信系统。在发送端,采用嵌入式个人电脑的硬盘指示灯,搭建硬件实验平台,采集数据并进行统计分析,得到信号模型的参数。在接收端,采用单光子雪崩二极管(SPAD)作为接收机,以提高接收机的灵敏度,扩展系统的通信距离。针对时钟漂移问题,提出一种脉冲宽度长-短键控(PWLSK)调制方案来代替传统的开关键控(OOK)方案,并通过硬件实验进行了验证。实验结果表明,在实验条件下,OOK调制方案的误码率(BER)始终无法降至10^-4以下,难以满足通信需求。并且在仿真实验中,OOK调制对环境光的强度更敏感,只有在环境光小于1 lx时才能降至10^-5以下。而PWLSK调制方案则可以在环境光强度更高的复杂环境下降低BER。所提方案可以实现即时消息、文件或语音信号的传输。