守时系统与卫星双向比对测量技术的分析研究

摘要

现代时间尺度是由分布于世界各地的守时实验室共同建立并维持的。一个守时实验室,主要由三方面组成:原子钟组;本地测量比对手段;远程测量比对手段。本课题从这三方面对守时实验室展开了研究。
　　由于原子钟是守时系统的核心,因此本课题对原子钟相关性能展开了研究,主要包括:原子钟数据模型,包括时域模型和频域模型;原子钟时频特征,包括原子钟稳定性、准确度、漂移率等;原子钟主要的五种噪声及噪声仿真等。并且重点讨论了原子钟稳定性分析算法和噪声估计算法。
　　在对原子钟性能进行研究的同时,本课题利用上海市计量测试技术研究院现有的科研能力,搭建了基于相位的精密时间比对系统,由于原子钟数据具有量大难分析、不易人为读取等特点,因此开发了上位机通信软件,通过GPIB控制器,将时间间隔计数器SR620与计算机相连,通过发送SR620规定的通讯指令,对SR620进行远程控制,并读取其输出数据,将输出数据以文档形式实时保存于计算机中,以备后续分析利用。
　　在对相位数据进行分析之前,需要对原子钟数据进行预处理,主要包括缺失数据点的修正和粗差的探测及修正两方面。在对缺失点数据点进行修正时,本文发现利用传统的二次多项式模型对数据进行修正时,容易产生“多米诺效应”,即修正值逐渐偏离真实值,因此本文提出了基于二次多项式模型和灰度模型的组合模型的原子钟数据修正算法,该算法弥补了二次多项式模型的缺陷,兼顾考虑了缺失点数据前后的数据特征,通过大量的数据测试表明组合模型算法具有实用意义。在缺失数据点修正后,需对粗差数据进行处理,本文采用中位数相位探测法对粗差进行探测,并利用线性插值来对粗差点进行修正。
　　为了方便对原子钟性能进行分析,本课题开发了基于原子钟性能分析的软件,包含了原子钟的主要性能分析模块:预处理模块;频率漂移率计算模块;稳定性方差分析模块;原子钟噪声分析模块等。该软件界面简单直观,通过图表方式给出计算结果,并且该软件可根据需求进行功能的扩展。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

1 引言

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 论文安排内容

2 原子钟的基本概念及模型

2.1 原子钟信号表征

2.2 原子钟的时频特性

2.3 原子钟的数学模型

2.4 原子钟稳定度的表征

2.5 幂律谱模型与相位噪声辨识

2.6 本章小结

3 守时系统相关理论及基于相位的精密时间比对系统

3.1 守时系统的整体构成

3.2 原子时算法

3.3 基于相位的精密时间比对系统

3.4 本章小结

4 测量比对数据的修正

4.1 异常数据的修正算法

4.2 丢失数据点修正算法原理

4.3 本章总结

5 原子钟性能分析软件平台的设计与实现

5.1 概述

5.2 平台设计原则

5.3 软件系统的总体设计

5.4 软件的实现

5.5 本章小结

6 总结及展望

参考文献

作者简介