本文依托于國家衛(wèi)星導(dǎo)航重大專項(xiàng)和國家授時(shí)中心“一三五”科技發(fā)展目標(biāo),研究工作主要圍繞高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定度及高可靠性的時(shí)頻信號產(chǎn)生和性能測試評估兩部分展開。以UTC(NTSC)信號為參考,在保證本地時(shí)頻信號穩(wěn)定性和可靠性的情況下,產(chǎn)生與UTC(NTSC)高精度同步的時(shí)頻信號。同時(shí),研究時(shí)頻信號時(shí)域和頻域性能指標(biāo)評估方法,為進(jìn)一步改善信號特性提供可靠依據(jù)。最終實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用,為導(dǎo)航系統(tǒng)某試驗(yàn)場產(chǎn)生精密時(shí)頻基準(zhǔn)信號,并對時(shí)頻信號質(zhì)量進(jìn)行測試評估。本文在理論研究和方法分析的基礎(chǔ)上,緊密結(jié)合實(shí)際工程建設(shè)需要開展研究,主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.分析了國內(nèi)外精密時(shí)頻信號生成技術(shù)。針對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等高精度、高可靠性的應(yīng)用需求,深入研究了頻率源選取方法、駕馭參考選取方法、多通道高精度時(shí)差測量方法和數(shù)據(jù)處理方法。在此基礎(chǔ)上,提出了一種將多種溯源比對手段比對數(shù)據(jù)加權(quán)融合的方法,重點(diǎn)保證了溯源比對鏈路的可靠性,同時(shí)解決了不同比對方法切換時(shí)容易引起溯源時(shí)差數(shù)據(jù)跳變等異常情況,保證了信號相位的連續(xù)性。2.深入分析了最小二乘法和Kalman濾波的時(shí)差精確預(yù)報(bào)方法和原子鐘駕馭方法。結(jié)合原子鐘特性,提出了基于殘差修正的原子鐘動(dòng)態(tài)駕馭方法。該方法利用殘差修正時(shí)差模型,進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)精度。在駕馭參考可用時(shí),根據(jù)時(shí)差預(yù)報(bào),實(shí)時(shí)調(diào)整衰減因子和測控周期等參數(shù);當(dāng)駕馭參考不可用時(shí),在不借助參考原子時(shí)或外界參考源的情況下,設(shè)計(jì)原子鐘自主維持算法,實(shí)現(xiàn)信號同步。該方法提高了原子鐘輸出信號的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度,有效改善了信號長期頻率穩(wěn)定度,對頻率準(zhǔn)確度較低的原子鐘效果尤其明顯。3.全面分析了時(shí)頻信號產(chǎn)生過程中可能出現(xiàn)的異常狀態(tài),研究提高時(shí)頻信號穩(wěn)定性和可靠性的方法。重點(diǎn)分析影響信號性能的關(guān)鍵設(shè)備和數(shù)據(jù),進(jìn)一步研究信號和關(guān)鍵設(shè)備的完好性監(jiān)測方法,及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常狀態(tài),并根據(jù)預(yù)設(shè)策略快速做出響應(yīng)。4.全面分析了時(shí)頻信號在時(shí)域和頻域的性能指標(biāo)參數(shù)及其測試評估方法,在深入研究信號時(shí)域和頻域內(nèi)在關(guān)系的基礎(chǔ)上,提出了在低采樣率下相位噪聲計(jì)算方法和噪聲類型系數(shù)計(jì)算方法。根據(jù)時(shí)域測量結(jié)果,通過算法設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量和事后評估信號頻域性能,并進(jìn)一步量化各種噪聲系數(shù),使得信號評估更加簡便。同時(shí),解決了一臺時(shí)域測量設(shè)備實(shí)現(xiàn)對信號時(shí)域和頻域性能同時(shí)評估的問題,大大拓寬儀器的應(yīng)用范圍。5.基于以上研究方法,設(shè)計(jì)并從工程上實(shí)現(xiàn)了精密時(shí)頻信號生成與保持系統(tǒng)和時(shí)頻信號性能評估系統(tǒng)。精密時(shí)頻信號生成與保持系統(tǒng)產(chǎn)生的精密時(shí)頻信號,其秒級頻率穩(wěn)定度為6.9E-13,萬秒穩(wěn)定度為9.4E-15,系統(tǒng)時(shí)間與UTC(NTSC)同步精度優(yōu)于2納秒,均優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo);時(shí)頻信號性能評估系統(tǒng)同時(shí)對信號時(shí)域和頻域性能進(jìn)行測試評估,配有實(shí)時(shí)測量和事后處理兩種模式,可滿足實(shí)時(shí)和事后測試需求,并利用專用測試設(shè)備驗(yàn)證測試評估方法的正確性。本論文提出的核心方法和攻克的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在某國家重大專項(xiàng)和上海微小衛(wèi)星工程中心的地面測試系統(tǒng)中,產(chǎn)生的精密時(shí)頻信號與UTC(NTSC)保持高精度時(shí)間同步。時(shí)頻信號既可作為其它時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)頻基準(zhǔn),也可作為時(shí)頻計(jì)量的參考信號。同時(shí),時(shí)頻信號作為系統(tǒng)時(shí)間的物理實(shí)現(xiàn),用戶可以通過時(shí)頻信號與UTC(NTSC)建立溯源關(guān)系,與國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度同步。該方法和系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家授時(shí)中心)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN967.1
【部分圖文】：

精密時(shí)頻信號產(chǎn)生與性能評估方法研究 22 3 11222 211( ) 23 2 3 1N mj mx i m i m ij i jx x xm N m 纖雙向比對方法時(shí)間穩(wěn)定度測試結(jié)果如圖 2.7 所示：

圖 2. 9 GPS 共視法時(shí)間穩(wěn)定度結(jié)果Figure 2. 9 Time stability of GPS CV圖 2.9 可以看出，GPS 共視法時(shí)間同步穩(wěn)定度約 5.73E-10s，長期度同樣在同一個(gè)量級，存在小范圍的波動(dòng)。實(shí)測結(jié)果可知，光纖雙向比對方法時(shí)間穩(wěn)定度優(yōu)于 GPS 共視法，個(gè)量級。根據(jù)兩種方法的時(shí)間穩(wěn)定度，確定兩種方法數(shù)據(jù)融合所占由以下三個(gè)公式計(jì)算得到： 2 2 2 21 1 1 1: : : 1514:3.04572.57 11 5.73 10fibercvfibercvp pe e 15140.9981514 3.0457fiberp 3.0457p

第 2 章 精密時(shí)頻信號生成方法研究對溯源比對數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差剔除，并根據(jù)權(quán)重計(jì)算新的比對數(shù)據(jù)，直到下期，繼續(xù)重復(fù)以上的融合過程。整個(gè)過程是一個(gè)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)取權(quán)有效避免了按照時(shí)間比對方法精度絕對取權(quán)，而未客觀反映實(shí)測數(shù)據(jù)的情.3.2 結(jié)果分析溯源數(shù)據(jù)融合結(jié)果的優(yōu)劣用預(yù)測值與真值殘差的標(biāo)準(zhǔn)差來衡量。標(biāo)準(zhǔn)差據(jù)的離散程度，通過公式計(jì)算： 211NiixN …單獨(dú)使用 GPS 共視法獲取 UTC(NTSC)與系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)差結(jié)果，并用最進(jìn)行時(shí)差預(yù)報(bào)，其時(shí)差數(shù)據(jù)真值與預(yù)報(bào)值的殘差如圖 2.11 所示：

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本文編號：2826156