自适应Kalman滤波用于实时求解原子钟运行参数

实时准确掌握原子钟运行情况,对卫星导航和守时工作来说有着重要意义.针对标准Kalman滤波实时求解原子钟运行参数存在的问题,提出了运用基于预报残差的自适应Kalman滤波模型实时求解钟参数.该模型在标准Kalman滤波模型基础上,构造了一个自适应因子,使得当原子钟在调频或调相后能较快地给出准确可靠的运行参数估值.最后结合导航和守时工作的3个算例,验证了该方法的有效性.     

Kalman算法在原子时计算中的应用研究

为了寻求改进地方原子时算法的可能性,基于原子钟的离散动态模型,分析研究了Kalman滤波算法在地方原子时计算中的具体应用。采用中国科学院国家授时中心的18台铯原子钟数据,分别计算出基于ALGOS算法和经典Kalman算法的时间尺度。结果表明,两种时间尺度在性能方面极为相似,短期和长期频率稳定度相当。     

线性加权组合Kalman滤波在钟差预报中的应用

建立原子钟运行模型,实时预报钟差,在时频工作以及卫星导航定位中有着非常重要的意义.目前,Kalman滤波是一类重要的钟差预测模型.为了充分利用各种Kalman滤波模型的特点,提出了线性加权组合Kalman滤波模型.因此详细讨论了如何对每种Kalman滤波模型赋权,并且给出了两种简单而又实用的赋权方法.最后,以IGS(International GNSS Service)精密铷钟数据为例,运用该模型计算了预报误差.结果表明,线性加权组合Kalman滤波模型有利于提高钟差预报的准确性和可靠性.     

泛函网络在导航卫星钟差中长期预报中的应用

为了更好地反映导航卫星钟差特性以及提高导航卫星钟差中长期预报精度,在对卫星原子钟差预报建模时,除考虑卫星原子钟频移、频漂和频漂率等物理性质外,还考虑了卫星钟差的周期性变化和随机性等特点.在传统多项式预报模型基础上,采用泛函网络对卫星钟差的周期项和随机项部分进行建模,利用GPS导航卫星钟差数据进行预报实验,并与传统的多项式模型、灰色系统模型、差分自回归滑动平均(ARIMA)模型以及Kalman滤波方法的预报结果进行比对,结果表明,基于泛函网络建立的混合预报模型能有效减小导航卫星钟差的中长期预报误差.     

空间目标跟踪的概率数据关联方法

在空间目标的光学观测中,由于跟踪波门内多个量测事件频发,导致跟踪量测的不确定,降低自动跟踪精度引起跟踪不稳.结合Kalman滤波和概率数据关联算法,实现了空间目标自适应跟踪.方法通过Kalman滤波预测确定关联区域,采用概率数据关联技术获得等效量测作为Kalman滤波的有效馈源.实验表明:方法可以有效地提高自动跟踪精度,改善空间目标自动跟踪鲁棒性.     

脉冲星在空间飞行器定位中的应用

利用脉冲星钟模型能高精度地预报脉冲星脉冲到达太阳系质心的时间。基于脉冲星时、空参考架可实现各类空间飞行器的自主导航。讨论了脉冲星钟的模型和脉冲星导航系统的框架结构,描述了脉冲星导航的基本原理和算法。指出脉冲星导航系统对脉冲星脉冲到达探测器时刻的测量精度,是决定空间飞行器位置解算精度的关键因素。脉冲星导航观测采用的原子钟如果足够稳定,则空间飞行器位置的解算方法可以简化。在脉冲星导航系统计时观测精度达到或优于几十微秒量级时,脉冲星视差、相对论效应的影响是不可忽略的。对脉冲星导航系统开发设计中的关键技术和进一步研究的主要问题进行了初步分析和讨论。     

时间和频率技术新进展

概述了最近几年时间和频率技术的最新进展，给出了各种实用的原子频率标准的最新发展以及它们的性能指标的最新结果，介绍了国际原子时的归算方法和所达到的新水平，并对各种原子钟在归算子中的应用概况和所起的作用进行了比较，强调了氢原子钟的特殊作用和地位，同时也综述了高精度的时间同步和时频计量新技术的进展，特别是对为提高ＧＰＳ这一国际时间同步辐射技术的应用水平进行的各种实验研究工作的最新进展作了进行描述，对目前     

一种基于小波变换的氢铯联合守时算法研究

氢铯联合守时方法主要是研究两类性能不同的原子钟的有效组合而产生稳定的时间尺度.基于此,研究了一种联合守时算法,取得了初步结果.算法首先通过铯原子钟建立参考时间尺度,用于估计氢原子钟的速率和频率漂移;其次,利用小波多尺度分解的方法降低氢原子钟钟差多种噪声的影响;最后,利用氢原子钟的可预测性能,建立由氢原子钟产生的时间尺度.此算法的优点在于产生的时间尺度充分利用了氢原子钟的短期稳定度、氢原子钟的可预测性能并考虑了测量钟差带来的多种噪声的影响,是一种优化的原子时尺度算法.     

综合原子时间基准

本文扼要地评述了各国原子时的历史和现状,并着重叙述了国际时间局(BIH)建立的国际协调时UTC(BIH)的发展过程。在总结我国原子钟、原子时和同步技术的开发情况的基础上,论述了在我国范围内建立综合原子时(TAJ)的必要性和可能性。本文详细地讨论了建立综合原子时系统必须考虑的四个基本环节: 1.钟模型的建立和参数的估计; 2.各天文台内部精密时间频率比对; 3.远距离同步测量; 4.原子时改正值的订定。根据过去若干年中各种原子钟和同步技术资料的分析,制定了综合原子时算法和综合原子时技术规范。     

第三代卫星导航定位系统星载原子钟的新发展

传统铷原子钟和铯原子钟已在卫星导航定位系统中作为星载原子钟获得重要应用.卫星导航定位系统的更新和新发展要求更高精度更小型的新型星载原子钟.该文介绍采用新物理原理和先进技术在下-代卫星导航定位系统有应用前景的新原子钟的产生和发展以及它们目前的进展.     

高精度原子钟频率稳定度测试系统的软件设计

结合高精度原子钟频率稳定度测试系统的工作原理，介绍了测试系统的软件设计。基于软件的需求分析，运用对象模型方法，重点分析了系统的框架结构、自动测试流程和数据处理及其算法。实验结果证明，该软件可以实现测试过程的稳定和自动化。     

利用仿真数据考察SLR微米级时延模型对PPN参数解算精度的影响

介绍了在广义相对论框架下建立的微米级卫星激光测距时延模型。为考察新模型对于参数化后牛顿系数β和γ解算精度的影响,将该模型用于定轨软件Utopia对Ajisai,Lageos 1,Lageos 2,Etalon 1四颗卫星的模拟观测资料进行批处理,并假设大气、固体潮等观测模型的效应以及动力学模型的误差已精确扣除。结果表明,在当前的仿真条件下采用微米级时延模型解算的参数化后牛顿系数解算精度比采用现有的标准时延模型的解算精度高2个量级。     

基于Snake模型的空间目标跟踪方法

针对低轨变光空间目标和较亮空间目标的跟踪不稳问题,采用主动轮廓模型,提出一种改进的GVF-Snake算法,实现了星像实际轮廓的实时搜索.结合Kalman滤波外推,实现了一种空间目标的自适应跟踪方法.实验表明,跟踪过程中方法能够克服采用固定窗口带来的跟踪误差,提高跟踪的稳健性.     

灰色-自回归动态模型用于原子时尺度计算

由于各种噪声和其他因素的影响,原子钟运行情况十分复杂.为了准确地预测其确切的频率变化或钟速,有必要研究建立一个可靠的预测模型,通过模型预测原子钟的钟速,以便在地方协调时的监控和地方原子时计算中采用.讨论了如何利用灰色模型与自回归模型对原子钟钟速进行预测,研究并提出了二者的综合模型,结合国家授时中心原子钟实际数据进行了验证,并给出了不同原子钟对应模型的预测精度计算方法.     

卫星定位中的一种分步加权解算方法

卫星定位中,当可视卫星数目多于4颗时常采用加权最小二乘(Web Login Server,WLS)算法,对各卫星解算权重进行重新评估而获得最优解。然而由于受到多重因素的影响,权矩阵W的构造与确定一直是各类加权算法中的重点和难点。从线性测量方程组出发,通过研究迭代解算过程中用户等效伪距测量误差对坐标位置误差的传递与放大规律,提出了一种新的加权最小二乘解算方法,及其权矩阵的具体构造与实现方法,从而对各未知数进行分步加权与分离解算。通过全球定位系统(Global Positioning System,GPS)实测实验,对方法的可行性和精度水平进行了分析与验证。结果表明,使用该分步加权方法进行定位,解算结果准确度更高、稳定性更好。     

时间比对融合算法分析与比较

为提升高精度时间比对的可靠性, 结合卫星双向时间比对(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)和GPS精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)时间比对长短稳特性, 利用稳定度加权、Vondrák-\vCepek组合滤波以及 Kalman滤波融合方法对中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)和德国物理技术研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB)间的TW-STFT和GPS PPP时间比对结果进行了融合处理并对3者进行了比较分析. 结果表明, 3种融合算法对于TWSTFT中的周日效应以及GPS PPP结果的``天跳''现象都有不同程度的改善, 融合结果与GPS PPP链路差值(Double Clock Difference, DCD)结果的绝对值保持在链路校准的不确定度范围内. 3者1d的时间和频率稳定度可以达到亚纳秒和10^-15量级, Vondrák-\vCepek融合方法1d以内的稳定度最高, 适用于对短稳要求高的时间比对链路的融合. 稳定度加权、Kalman滤波融合保真度较好, 适用于对准确度要求高的时间比对链路融合.     

原子钟噪声误差估计方法研究

给出了原子钟不同噪声的模拟方法.研究了利用马氏过程理论模拟原子钟的频率闪变噪声,利用维纳过程理论估计频率白噪声的最大区间误差的方法.结合国家授时中心时频基准实验室9台铯原子钟的运行情况,估计了幂律谱模型的噪声系数,并根据噪声模型进行了仿真,最后得到了这9台铯原子钟的频率白噪声产生的最大区间误差估计.     

原子钟频率稳定度评估方法综述

原子钟通过稳定的频标来测量时间,但频标输出信号会受到不同来源噪声的影响,因此原子钟间相位偏差可以看作服从幂律∑h_αf^α的连续随机过程。该随机过程并非平稳的,一般是通过高阶的差分使得序列平稳化,常用的时域频率稳定度评估方法便是采用此种思路。幂律噪声实际是对白噪声过程进行微分和积分得来,不同幂律的噪声对应不同的随机微分方程,实际上幂律噪声的仿真也是通过白噪声基于此实现的。首先介绍了不同幂律噪声的鉴定方法,并结合文献给出常见幂律噪声对应的微分方程;然后介绍了不同频率稳定度评估方法之间的关系和其相应的传递函数,并简单总结了其置信区间的计算方法。该文的工作有助于构建原子钟随机模型和频率稳定度评估方法。     

一种时间尺度算法的稳定度分析

介绍了国际权度局时间频率分部的ALGOS原子时算法的原理，并提出了建立在小波分解基础上的一种新的时间尺度算法，它可以提取原子钟在不同频率范围内的不同稳定度，实验结果表明：根据此算法建立的小波分解原子时稳定度优于一般的算法。     

频率稳定度实时评估系统的设计与实现

为了实时计算原子钟的频率稳定度,设计了一种频率稳定度实时评估系统.利用现有理论基础(稳定度测量原理及其算法等)以及软件技术开发了一种实时计算并以图形显示原子钟稳定度的测量分析软件.该软件使用VC++的多媒体定时器实现数据的实时不间断采集及计算,同时采用双缓存绘图技术显示计算结果.测试结果表明该软件工作稳定,计算结果可靠、可信.