一种铷原子钟漂移自主故障处理方法

摘要

本发明涉及卫星导航时频技术领域，公开了一种铷原子钟漂移自主故障处理方法。具体包括以下过程：步骤1，采集主铷原子钟和备铷原子钟的铷信号遥测信息；步骤2，将采集的铷信号以滑窗的方式判断铷信号斜率的变化，判断主铷原子钟和备铷原子钟铷信号是否异常；步骤3，同步采集系统主铷原子钟和备铷原子钟相位差遥测信息，判断相位差遥测信息是否异常；步骤4，根据步骤2和步骤3判断主铷原子钟和备铷原子钟频率漂移率的异常状态。该发明提供了铷原子钟漂移故障处理，可实现对铷原子钟频率漂移故障的监测和系统时间自主恢复；采用同时监测铷信号遥测斜率变化和工作铷原子钟相位差的技术手段，降低了系统监测的虚警概率。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航时频技术领域，特别是一种铷原子钟漂移自主故障处理方法。

背景技术

导航卫星载荷一般搭载多台高精度铷原子钟，铷原子钟的漂移特性将直接影响整个导航系统测距值的稳定性，如何实现对铷原子钟漂移率的监测一直是星载时频领域研究的内容。目前，国内外的导航卫星，如GPS、Galileo、北斗，在铷原子钟故障监测上，采取了一些措施，引出了一些反映铷原子钟状态的内部参数，包括：锁定指示、铷信号、光强、TCB温度、腔温等，对铷原子钟的常规监测起到了一定效果。

但铷原子钟频率漂移属于慢变的过程，需要长时间的积累才能被发现，所以目前国内外并未涉及铷原子钟漂移率特性的监测。如何利用现有的遥测信息实现对铷原子钟漂移率的监测还未形成有效的解决措施，同时也无法实现铷原子钟频率漂移故障下系统时间的连续恢复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种铷原子钟漂移自主故障处理方法。

本发明采用的技术方案如下：一种铷原子钟漂移自主故障处理方法，具体包括以下过程：

步骤1，采集主铷原子钟和备铷原子钟的铷信号遥测信息；

步骤2，将采集的铷信号以滑窗的方式判断铷信号斜率的变化，判断主铷原子钟和备铷原子钟铷信号是否异常；

步骤3，同步采集系统主铷原子钟和备铷原子钟相位差遥测信息，判断相位差遥测信息是否异常；

步骤4，根据步骤2和步骤3判断主铷原子钟和备铷原子钟频率漂移率的异常状态。

进一步的，所述步骤2的具体过程为：以系统接收铷信号遥测信息为起始点，从下一秒开始缓存α小时的铷信号遥测信息数据，所述α为大于0的自然数；α小时+1秒开始，每秒将当前的铷信号遥测值与α小时之前的遥测值作差并取绝对值；按照滑窗方式对每个连续60s的差值绝对值取平均值，将平均值与设定的门限值进行比较，当高于设定门限值即认为铷信号遥测信息异常。

进一步的，所述门限值为正常遥测信息值的5～10倍。

进一步的，所述步骤3的具体过程为：采集主铷原子钟遥测信息A和备铷原子钟遥测信号B；将遥测信息A和遥测信息B分别通过10.23MHz频率合成器1和10.23MHz频率合成器2；再进行高精度相位比对，获取主铷原子钟和备铷原子钟相位差遥测信息。

进一步的，所述门限值为正常相位差值的5～10倍。

进一步的，所述步骤4中，判断异常状态的逻辑过程为：当主铷原子钟或者备铷原子钟的铷信号异常，并且主铷原子钟或者备铷原子钟相位差遥测信息也异常时，则主铷原子钟或者备铷原子钟的频率漂移率异常。

进一步的，所述铷原子钟漂移自主故障处理方法还包括系统时间恢复的过程，具体为：(1)若作为主铷原子钟的频率漂移率出现异常，系统自主将切换无故障备铷原子钟作为下一个工期的主备铷原子钟；

(2)若作为备铷原子钟的频率漂移率出现异常，系统不执行自主切换，仅将出故障的备铷原子钟关机，打开正常的备铷原子钟。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：该发明提供了铷原子钟漂移故障处理及系统时间连续恢复的方法，可实现对铷原子钟频率漂移故障的监测和系统时间自主恢复；采用同时监测铷信号遥测斜率变化和工作铷原子钟相位差的技术手段，降低了系统监测的虚警概率，满足导航系统对铷原子钟自主完好性监测的要求。

附图说明

图1是本发明主铷原子钟和备铷原子钟相位差测量原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一种铷原子钟漂移自主故障处理方法，具体包括以下过程：

步骤1，采集主铷原子钟和备铷原子钟的铷信号遥测信息。铷信号表征铷原子钟微波共振吸收强弱，当铷信号遥测电压发生变化时，将影响铷原子钟内部环路的锁定情况，导致输出的10MHz信号发生频率偏移，长时间非线性的频率偏移将使系统的频率漂移率无法扣除。

步骤2，将采集的铷信号以滑窗的方式判断铷信号斜率的变化，判断主铷原子钟和备铷原子钟铷信号是否异常；

其中，所述步骤2的具体过程为：以系统接收铷信号遥测信息为起始点，从下一秒开始缓存α小时的铷信号遥测信息数据，所述α为大于0的自然数；α小时+1秒开始，每秒将当前的铷信号遥测值与α小时之前的遥测值作差并取绝对值；按照滑窗方式对每个连续60s的差值绝对值取平均值，将平均值与设定的门限值进行比较，当高于设定门限值即认为铷信号遥测信息异常。一般门限值的选取为正常遥测值的5～10倍。

步骤3，同步采集系统主铷原子钟和备铷原子钟相位差遥测信息，判断相位差遥测信息遥测信息是否异常；

如图1所示，所述步骤3的具体过程为：采集主铷原子钟A的遥测信息A和备铷原子钟B的遥测信号B；将遥测信息A和遥测信息B分别通过10.23MHz频率合成器1和10.23MHz频率合成器2；再进行高精度相位比对，获取主铷原子钟和备铷原子钟相位差遥测信息。

步骤4，根据步骤2和步骤3判断主铷原子钟和备铷原子钟频率漂移率的异常状态。

其中，判断异常状态的逻辑过程为：如表1所示，当主铷原子钟或者备铷原子钟的铷信号异常，并且主铷原子钟或者备铷原子钟相位差遥测信息也异常时，则主铷原子钟或者备铷原子钟的频率漂移率异常。非主铷原子钟的铷信号与相位差同时异常的情况，或者非备铷原子钟的铷信号与相位差同时异常的情况，主铷原子钟或备铷原子钟的频率漂移率正常。

表1

主钟铷信号备钟铷信号主备钟相位差主钟漂移率状态备钟漂移率状态正常异常异常正常异常正常正常异常正常正常异常正常异常异常正常正常异常正常正常正常正常正常正常正常正常异常正常正常正常正常

优选地，所述铷原子钟漂移自主故障处理方法还包括系统时间恢复的过程。系统时间恢复过程可在铷原子钟出现较大频率偏移的第一时间，及时自主地实现铷原子钟的切换，从而保证导航卫星信号在境内或境外的信号连续性。

该实施例通过步骤1～4的技术过程，应用于星载铷原子钟的漂移率监测设计，解决铷原子钟频率漂移率无法在轨实时监测的问题。

系统时间恢复过程具体为：

(1)若作为主铷原子钟的频率漂移率出现异常，系统自主将切换无故障备铷原子钟作为下一个工期的主备铷原子钟；

(2)若作为备铷原子钟的频率漂移率出现异常，系统不执行自主切换，仅将出故障的备铷原子钟关机，打开正常的备铷原子钟。

系统时间恢复过程，在步骤1～步骤4的基础上，依据监测结果自主完成主备铷原子钟的切换，实现铷原子钟漂移率故障模式下导航系统时间恢复的连续性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。