原子钟模型和频率稳定度分析方法

首先给出典型的原子钟时差观测量模型，包括确定性部分（时差、频差、线性频漂和周期性波动项）、随机性部分（即原子钟噪声）和观测噪声；分析了各分量对应的Allan偏差的表达式。针对部分文献对Kalman滤波器估计原子钟状态原理描述不清晰的问题，描述了原子钟随机微分方程模型和各物理量的含义，从最优估计和低通滤波器两个角度阐述其原理。针对观测噪声过大、存在周期性波动等原因造成无法准确估计原子钟噪声强度的情况，提出了综合Kalman滤波器状态估计结果和Allan偏差图，估计原子钟噪声和观测噪声强度的方法；提出了3种不同的估计线性频漂幅度的方法，并通过实测数据相互验证；针对周期性波动在时差中不明显的问题，结合原子钟随机微分方程模型，提出了综合Kalman滤波器状态估计的结果和对数Allan偏差图估计周期性波动周期和幅度的方法。对两台国产氢钟的实测数据进行了验证，证明该方法物理原理清晰，操作简便易行，具有实用性。通过该方法可以外推得到所有平滑时间的Allan偏差估计值。