本文依托于國家衛(wèi)星導航重大專項和國家授時中心“一三五”科技發(fā)展目標,研究工作主要圍繞高準確度、高穩(wěn)定度及高可靠性的時頻信號產生和性能測試評估兩部分展開。以UTC(NTSC)信號為參考,在保證本地時頻信號穩(wěn)定性和可靠性的情況下,產生與UTC(NTSC)高精度同步的時頻信號。同時,研究時頻信號時域和頻域性能指標評估方法,為進一步改善信號特性提供可靠依據。最終實現工程應用,為導航系統某試驗場產生精密時頻基準信號,并對時頻信號質量進行測試評估。本文在理論研究和方法分析的基礎上,緊密結合實際工程建設需要開展研究,主要研究工作及創(chuàng)新點如下:1.分析了國內外精密時頻信號生成技術。針對衛(wèi)星導航系統等高精度、高可靠性的應用需求,深入研究了頻率源選取方法、駕馭參考選取方法、多通道高精度時差測量方法和數據處理方法。在此基礎上,提出了一種將多種溯源比對手段比對數據加權融合的方法,重點保證了溯源比對鏈路的可靠性,同時解決了不同比對方法切換時容易引起溯源時差數據跳變等異常情況,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濾波的時差精確預報方法和原子鐘駕馭方法。結合原子鐘特性,提出了基于殘差修正的原子鐘動態(tài)駕馭方法。該方法利用殘差修正時差模型,進一步提高預報精度。在駕馭參考可用時,根據時差預報,實時調整衰減因子和測控周期等參數;當駕馭參考不可用時,在不借助參考原子時或外界參考源的情況下,設計原子鐘自主維持算法,實現信號同步。該方法提高了原子鐘輸出信號的準確度和穩(wěn)定度,有效改善了信號長期頻率穩(wěn)定度,對頻率準確度較低的原子鐘效果尤其明顯。3.全面分析了時頻信號產生過程中可能出現的異常狀態(tài),研究提高時頻信號穩(wěn)定性和可靠性的方法。重點分析影響信號性能的關鍵設備和數據,進一步研究信號和關鍵設備的完好性監(jiān)測方法,及時發(fā)現各種異常狀態(tài),并根據預設策略快速做出響應。4.全面分析了時頻信號在時域和頻域的性能指標參數及其測試評估方法,在深入研究信號時域和頻域內在關系的基礎上,提出了在低采樣率下相位噪聲計算方法和噪聲類型系數計算方法。根據時域測量結果,通過算法設計,實現實時測量和事后評估信號頻域性能,并進一步量化各種噪聲系數,使得信號評估更加簡便。同時,解決了一臺時域測量設備實現對信號時域和頻域性能同時評估的問題,大大拓寬儀器的應用范圍。5.基于以上研究方法,設計并從工程上實現了精密時頻信號生成與保持系統和時頻信號性能評估系統。精密時頻信號生成與保持系統產生的精密時頻信號,其秒級頻率穩(wěn)定度為6.9E-13,萬秒穩(wěn)定度為9.4E-15,系統時間與UTC(NTSC)同步精度優(yōu)于2納秒,均優(yōu)于系統設計指標;時頻信號性能評估系統同時對信號時域和頻域性能進行測試評估,配有實時測量和事后處理兩種模式,可滿足實時和事后測試需求,并利用專用測試設備驗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鍵技術已經成功應用在某國家重大專項和上海微小衛(wèi)星工程中心的地面測試系統中,產生的精密時頻信號與UTC(NTSC)保持高精度時間同步。時頻信號既可作為其它時間系統的時頻基準,也可作為時頻計量的參考信號。同時,時頻信號作為系統時間的物理實現,用戶可以通過時頻信號與UTC(NTSC)建立溯源關系,與國家標準時間實現高精度同步。該方法和系統應用前景廣闊,具有廣泛的應用價值。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院國家授時中心)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN967.1
【部分圖文】：

精密時頻信號產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 纖雙向比對方法時間穩(wěn)定度測試結果如圖 2.7 所示：

圖 2. 9 GPS 共視法時間穩(wěn)定度結果Figure 2. 9 Time stability of GPS CV圖 2.9 可以看出，GPS 共視法時間同步穩(wěn)定度約 5.73E-10s，長期度同樣在同一個量級，存在小范圍的波動。實測結果可知，光纖雙向比對方法時間穩(wěn)定度優(yōu)于 GPS 共視法，個量級。根據兩種方法的時間穩(wěn)定度，確定兩種方法數據融合所占由以下三個公式計算得到： 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 精密時頻信號生成方法研究對溯源比對數據進行粗差剔除，并根據權重計算新的比對數據，直到下期，繼續(xù)重復以上的融合過程。整個過程是一個根據實測數據動態(tài)取權有效避免了按照時間比對方法精度絕對取權，而未客觀反映實測數據的情.3.2 結果分析溯源數據融合結果的優(yōu)劣用預測值與真值殘差的標準差來衡量。標準差據的離散程度，通過公式計算： 211NiixN …單獨使用 GPS 共視法獲取 UTC(NTSC)與系統時間的時差結果，并用最進行時差預報，其時差數據真值與預報值的殘差如圖 2.11 所示：

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本文編號：2826156