CN114047684B - 一种原子钟联合守时方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于原子钟技术领域,公开了一种原子钟联合守时方法及装置,方法包括:去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度;远程参考钟的第二钟差数据;根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂;将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据;根据第四钟差数据生成时间尺度。有益效果:引入了远程参考钟进行联合守时,参与本地钟组守时,增加了守时资源,可以获得更高性能的本地时间;远程参考钟长期稳定度高、频漂小,以远程参考钟为参考校准本地氢钟频漂,减小生成时间尺度的频漂,提高长期稳定度。
Description
技术领域
本发明涉及原子钟技术领域,特别是涉及一种原子钟联合守时方法及装置。
背景技术
目前常见的综合原子时算法主要包括加权平均算法、Kalman滤波算法、小波分解算法等。其中应用最广泛的是加权平均算法。
加权平均算法只能对原子钟取单个权进行平均,不考虑时间频率在所有平滑时间段内的稳定度,即加权平均算法只能对一种噪声进行抑制,或是使某一指定平滑时间点的输出时间尺度稳定度达到最优。但在注重短期稳定度的场合,通过短期稳定度取权,导致氢钟权重大,将氢钟频漂引入生成的综合原子时,导致长期稳定度差。
因此需要对目前的联合守时方法进行改进,提高综合原子时的稳定度。
发明内容
本发明的目的是:对现有技术中的联合守时方法进行改进,提高综合原子时的稳定度。
为了实现上述目的,本发明提供了一种原子钟联合守时方法,包括:
去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度。
将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据。
根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂。
将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据。
根据第四钟差数据生成时间尺度。
进一步的,所述远程参考钟的获取方法为:
通过溯源比对链路获得本地和远端两地钟差,将叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度定义为远程参考钟。
进一步的,通过溯源比对链路获得两地钟差的方法包括:单向授时、共视比对、全视比对、双向卫星时间频率传递、精密单点定位时频传递。
进一步的,所述去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟,具体为:
获取第一远程参考钟,应用vondrak滤波方法滤除第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;
进一步的,所述根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂,具体为:
通过二次项拟合方法获取多台原子钟中每台氢钟的频漂估计值,从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据。
进一步的,所述从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据,具体为:
根据第一公式分别对第二钟差数据钟的氢钟的数据项进行频漂估计值二次项去除,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据;所述第一公式为:
其中,x'(t)是校准氢钟频漂后的钟差数据,d'是氢钟频漂估计值。
进一步的,所述根据第四钟差数据生成时间尺度,具体为:根据第四钟差数据应用第一公式加权平均生成时间尺度,所述第二公式为:
其中,TA(t)是生成的时间尺度钟面读数;ωi是第i台钟的权重,N是原子钟的数量;hi(t)表示第i台钟的钟面读数,hi'(t)表示第i台钟相对生成时间尺度的钟差预测值。
本发明还公开了一种原子钟联合守时装置,包括:预处理模块、第一参考模块、频漂消除模块、第二参考模块和时间尺度生成模块。
所述预处理模块,用于去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度。
所述第一参考模块,用于将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据。
所述频漂消除模块,用于根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂。
所述第二参考模块,用于将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据。
所述时间尺度生成模块,用于根据第四钟差数据生成时间尺度。
进一步的,所述远程参考钟的获取方法为:
通过溯源比对链路获得本地和远端两地钟差,将叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度定义为远程参考钟。
进一步的,所述根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂,具体为:
通过二次项拟合方法获取多台原子钟中每台氢钟的频漂估计值,从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据。
本发明实施例一种原子钟联合守时方法及装置与现有技术相比,其有益效果在于:
(1)引入了远程参考钟进行联合守时,将叠加链路噪声的远端时间尺度看作一台远程参考钟,参与本地钟组守时,增加了守时资源,可以获得更高性能的本地时间;
(2)、基于远程参考钟长期稳定度高、频漂小的特点,以远程参考钟为参考校准本地氢钟频漂,减小生成时间尺度的频漂,提高长期稳定度。
(3)、不额外增加本地守时资源前提下,建立更高长期稳定度的本地时间尺度。
附图说明
图1是本发明一种原子钟联合守时方法的流程示意图;
图2是本发明一种原子钟联合守时方法中一种远程参考钟获取方法的示意图;
图3是本发明一种原子钟联合守时方法中频漂估计值获取方法的示意图;
图4本发明一种原子钟联合守时装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
现有技术中,守时实验室守时钟组主要是氢钟铯钟混合钟组,还包括氢钟和其它原子钟的混合钟组。守时实验室具备外部溯源链路,溯源到高标准时间,针对氢钟频漂大,导致生成时间尺度长期稳定度差的问题,提出远程参考钟概念,以远程参考钟为参考,计算并且校准氢钟频漂后生成时间尺度,提高生成时间尺度的长期稳定度。
在本实施例中,远程参考钟定义:通过溯源比对链路获得本地和远端两地钟差,将叠加溯源比对链路噪声的远端时间尺度定义为远程参考钟。
实施例1:
如图1所示,本申请公开了一种原子钟联合守时方法,主要包括如下步骤:
步骤S1,去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度。
步骤S2,将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据。
步骤S3,根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂。
步骤S4,将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据。
步骤S5,根据第四钟差数据生成时间尺度。
在步骤S1中,去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度。
在本实施例中,所述去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟,具体为:
获取第一远程参考钟,应用vondrak滤波方法滤除第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟。
在本实施例中,应用vondrak滤波方法为优选的技术方案,本领域技术人员可以选用其它的滤波方法进行误差优化。
在本实施例中,通过溯源比对链路获得两地钟差的方法包括:单向授时、共视比对、全视比对、双向卫星时间频率传递、精密单点定位时频传递。
下面以精密单点定位时间比对溯源场景为例,参照图2,说明基于远程参考钟的守时***工作原理。
守时***按照功能模块划分为四部分:比对模块、溯源模块、综合原子时算法模块和驾驭模块。
比对模块,通过比相仪直接测量获得本地钟组相对参考钟H1的钟差数据。
溯源模块通过精密单点定位时间传递,获得远端时间尺度UTC相对本地参考钟H1的钟差数据:UTC-H1。可以理解为远端时间尺度UTC直接参与本地钟组比对,只不过UTC-H1的钟差数据中,存在链路比对误差。
综合原子时算法模块利用钟差数据计算得到综合原子时。
驾驭模块根据综合原子时相对参考钟H1的钟差数据,调整参考钟H1得到本地时间的物理信号。
在本实施例中,本领域技术人员可以根据本发明公开的链路溯源对比方法类比得到其它方法的远程参考钟。远程参考钟的选取可以结合守时实验室的实际资源进行选取。
在步骤S2中,将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据。
在本实施例中,以氢钟进行举例说明数据转换过程。本领域技术人员可以根据本发明公开的实施方式将氢钟替换为其它原子钟,从而实现数据转换。
xVC-ref=hVC-href;
在步骤S2中,需要强调的是,多台原子钟包括若干个氢钟和其它原子钟。可以有多种组合方式。
在步骤S3中,根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂。
在本实施例中,所述根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂,具体为:
通过二次项拟合方法获取多台原子钟中每台氢钟的频漂估计值,从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据。
在本实施例中,参照图3,使用二次拟合方法估计每台氢钟的频漂。为了提高计算频漂的准确性和平稳性,本方法采用滑动方式计算每台氢钟的频漂,如图3所示:采用1~x天的历史数据,加上第x+1天的数据,总共x+1天的数据滑动计算频漂,作为第x+1天的频漂估计结果;采用2~x+1天的历史数据,加上第x+2天的数据,总共x+1天的数据滑动计算频漂,作为第x+2天的频漂估计结果;以此类推,可以以每天一个计算周期计算当天的频漂估计值。
在本实施例中,所述从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据,具体为:
根据第一公式分别对第二钟差数据钟的氢钟的数据项进行频漂估计值二次项去除,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据;所述第一公式为:
其中,x'(t)是校准氢钟频漂后的钟差数据,d'是氢钟频漂估计值。
步骤S4,将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据。
在本实施例中,以氢钟进行举例说明数据转换过程。本领域技术人员可以根据本发明公开的实施方式将氢钟替换为其它原子钟,从而实现数据转换。
xVC-ref=hVC-href;
在步骤S5中,根据第四钟差数据生成时间尺度。
在本实施例中,所述根据第四钟差数据生成时间尺度,具体为:根据第四钟差数据应用第一公式加权平均生成时间尺度,所述第二公式为:
其中,TA(t)是生成的时间尺度钟面读数;ωi是第i台钟的权重,N是原子钟的数量;hi(t)表示第i台钟的钟面读数,hi'(t)表示第i台钟相对生成时间尺度的钟差预测值。
在本实施例中,为了防止钟的权重变化导致生成时间尺度相位、频率跳变,因而加入了钟差预测值。
实施例2:
参照图2,在实施例1的基础上,本发明还公开了一种原子钟联合守时装置,包括:预处理模块101、第一参考模块102、频漂消除模块103、第二参考模块104和时间尺度生成模块105。
所述预处理模块101,用于去除获取到的第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度。
所述第一参考模块102,用于将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据。
所述频漂消除模块103,用于根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂。
所述第二参考模块104,用于将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据。
所述时间尺度生成模块105,用于根据第四钟差数据生成时间尺度。
在本实施例中,所述远程参考钟的获取方法为:
通过溯源比对链路获得本地和远端两地钟差,将叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度定义为远程参考钟。
在本实施例中,所述根据第二钟差数据,消除多台原子钟中每台氢钟的频漂,具体为:
通过二次项拟合方法获取多台原子钟中每台氢钟的频漂估计值,从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据。
在本实施例中,实施例2是在实施例1的基础上进行撰写的,因此一些重复的特征不再重复进行说明。实施例2与本申请的实施例1中的方法相对应,包括实施例1中对方法限定的全部技术特征。
综上,本发明实施例提供一种原子钟联合守时方法及装置与现有技术相比,其有益效果在于:
(1)引入了远程参考钟进行联合守时,将叠加链路噪声的远端时间尺度看作一台远程参考钟,参与本地钟组守时,增加了守时资源,可以获得更高性能的本地时间;
(2)、基于远程参考钟长期稳定度高、频漂小的特点,以远程参考钟为参考校准本地氢钟频漂,减小生成时间尺度的频漂,提高长期稳定度。
(3)、不额外增加本地守时资源前提下,建立更高长期稳定度的本地时间尺度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种原子钟联合守时方法,其特征在于,包括:
获取第一远程参考钟,应用vondrak滤波方法滤除第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度;其中,通过溯源比对链路获得本地和远端两地钟差,将叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度定义为第一远程参考钟;
将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据;
通过二次项拟合方法获取多台原子钟中每台氢钟的频漂估计值,从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据;
将消除频漂后的多台原子钟相对第二远程参考钟的第三钟差数据转换成相对参考钟的第四钟差数据;
根据第四钟差数据生成时间尺度;
所述从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据,具体为:
根据第一公式分别对第二钟差数据钟的氢钟的数据项进行频漂估计值二次项去除,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据;所述第一公式为:
其中,x'(t)是校准氢钟频漂后的钟差数据,d'是氢钟频漂估计值;
所述根据第四钟差数据生成时间尺度,具体为:根据第四钟差数据应用第二公式加权平均生成时间尺度,所述第二公式为:
其中,TA(t)是生成的时间尺度钟面读数;ωi是第i台钟的权重,N是原子钟的数量;hi(t)表示第i台钟的钟面读数,h′i(t)表示第i台钟相对生成时间尺度的钟差预测值。
2.根据权利要求1所述的一种原子钟联合守时方法,其特征在于,通过溯源比对链路获得两地钟差的方法包括:单向授时、共视比对、全视比对、双向卫星时间频率传递、精密单点定位时频传递。
3.一种原子钟联合守时装置,其特征在于,包括:预处理模块、第一参考模块、频漂消除模块、第二参考模块和时间尺度生成模块;
所述预处理模块,用于获取第一远程参考钟,应用vondrak滤波方法滤除第一远程参考钟的溯源比对链路误差,得到第二远程参考钟;所述第一远程参考钟为叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度;其中,通过溯源比对链路获得本地和远端两地钟差,将叠加溯源比对链路误差的远端时间尺度定义为第一远程参考钟;
所述第一参考模块,用于将多台原子钟相对参考钟的第一钟差数据转换成多台原子钟相对第二远程参考钟的第二钟差数据;
所述频漂消除模块,用于通过二次项拟合方法获取多台原子钟中每台氢钟的频漂估计值,从第二钟差数据去除频漂估计值的二次项,得到消除频漂后的多台原子钟的钟差数据;
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其中,x'(t)是校准氢钟频漂后的钟差数据,d'是氢钟频漂估计值;
所述根据第四钟差数据生成时间尺度,具体为:根据第四钟差数据应用第二公式加权平均生成时间尺度,所述第二公式为:
其中,TA(t)是生成的时间尺度钟面读数;ωi是第i台钟的权重,N是原子钟的数量;hi(t)表示第i台钟的钟面读数,h′i(t)表示第i台钟相对生成时间尺度的钟差预测值。
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