氢钟频移校准与相位无损切换

为满足VLBI等高精度空间测量技术对时间频率稳定度和准确度提出的更高要求,深空测控系统都配置了高性能的氢原子钟。但由于部件老化、环境变化等影响,氢原子钟输出频率会发生漂移变化,需要对此频移进行校准;同时备份原子钟需要追踪并保持与主钟的输出相位一致,必须进行相位的无损切换才能保障时频信号的连续性。分析了氢原子钟的工作原理和调频移相技术,设计了一种氢钟追踪外部授时系统进行频率漂移校准、主备钟相位无损切换的工程实施方法。应用结果表明,72 h测试时间内,与GPS相比,氢钟的稳定度由原来1.1×10-13提高到3.2×10-14,主备氢钟相位差由原来1.03o减小至0.08o,满足了VLBI长时间高精度测量的精度需求。     

导航卫星主备钟平稳切换性能设计分析

卫星钟是导航卫星的核心设备,其输出时频信号的稳定是导航卫星向用户提供连续稳定导航信号及服务的基础,主钟性能下降或故障迫使系统进行原子钟主备切换时,由于主备钟存在的频率和相位差别,导航信号将产生跳变,影响卫星的服务性能,目前导航卫星多采用主备钟跟随及平稳切换技术来解决主备钟切换时的频率和相位跳变问题。针对主备钟平稳切换与导航服务性能的关系以及平稳切换指标的确定问题,介绍了主备钟平稳切换技术的原理,分析了主备钟切换的时机与策略,从用户测量性能及钟差预报参数可用性这2个方面分析了主备钟平稳切换指标,并提出了相应的指标要求。     

机动时频系统时间保持技术研究

机动时频系统具有设备高度集成、方便灵活转移等特点,但机动平台的震动、方舱内温湿度条件以及电源稳定性等因素均可导致原子钟噪声增大,从而使时间和频率信号的准确性和稳定度下降.针对机动时频系统的特点,本文着重研究了机动时频系统时间保持策略,包括机动式原子钟的类型和数量配置分析,机动后时频信号的恢复和监测方法等,研究结果可作为...     

基于时频分布的信号相位跳变检测与估计方法

本文提出了利用时频分布的信号相位跳变检测方法,对由相位跳变而引起的时频分布峰值的变化规律进行了讨论。分析表明信号时频表示的幅度能够直观地反映出其相位的变化,因此通过对时频分布峰值特征的检测可以准确定位频率跳变时刻,并能够定量的了解这些参数的变化,从而为信号的相位调制类型识别提供帮助。相应的仿真实验证明了这一分析结论。     

基于时频矩阵局部对比度的跳频信号参数估计

为了提高低信噪比下跳频信号参数估计性能,提出了一种基于时频矩阵局部对比度的跳频信号参数估计算法。根据跳频信号和噪声的时频分布不同特点,利用时频矩阵在不同尺度滑窗下的局部能量对比值均值,得到多尺度局部能量对比特征矩阵,通过此特征矩阵和自适应阈值分离得到仅保留了跳频信号时频信息的时频矩阵P。然后从P中提取时频跳变信息,精确估计跳频信号的跳频周期、起跳时间和跳变频率。仿真结果表明,与传统局部对比度（local contrast measure,LCM）法及形态学滤波法相比,本文算法具有更好的跳频信号提取效果和更高的参数估计精度,其有效性与实用性在DSP+FPGA的硬件系统上得到了测试验证。     

一种优化的频率驾驭算法研究

为满足各应用领域对高精度时间性能不断提升的需求,该文设计实现了一种迭代的优化频率驾驭算法,主要分为纸面时间计算和实际物理信号实现两个部分。其中纸面时间计算采用ALGOS算法,利用实时原子钟数据和Circular T公报数据计算获得准确可靠的时间尺度,保障了驾驭参考的准确性和实时性。实时物理信号实现采用最优二次型高斯控制算法与Kalman算法综合,通过实时调整参数,计算出最优的频率驾驭量,将该驾驭量输送至频率调整设备,最终实现高精度时间信号的输出,整个驾驭系统是闭环的。该文基于我国时间基准保持系统和原子钟组,搭建试验平台,采用该算法对一台氢钟进行为期140天的频率驾驭,最终对输出的物理信号进行性能评估。试验结果表明,该算法有效提高了驾驭后物理信号的准确度和稳定度,驾驭后信号与国际标准时间协调世界时(UTC)相比,相位偏差保持在±3 ns以内,且30天稳定度优于5×10–16。     

一种优化的频率驾驭算法研究

为满足各应用领域对高精度时间性能不断提升的需求,该文设计实现了一种迭代的优化频率驾驭算法,主要分为纸面时间计算和实际物理信号实现两个部分。其中纸面时间计算采用ALGOS算法,利用实时原子钟数据和Circular T公报数据计算获得准确可靠的时间尺度,保障了驾驭参考的准确性和实时性。实时物理信号实现采用最优二次型高斯控制算法与Kalman算法综合,通过实时调整参数,计算出最优的频率驾驭量,将该驾驭量输送至频率调整设备,最终实现高精度时间信号的输出,整个驾驭系统是闭环的。该文基于我国时间基准保持系统和原子钟组,搭建试验平台,采用该算法对一台氢钟进行为期140天的频率驾驭,最终对输出的物理信号进行性能评估。试验结果表明,该算法有效提高了驾驭后物理信号的准确度和稳定度,驾驭后信号与国际标准时间协调世界时(UTC)相比,相位偏差保持在±3 ns以内,且30天稳定度优于5×10–16。     

275km京沪光纤干线高精度时频传递研究

为实现准国土范围内高精度授时和守时,利用光纤传递铯钟、氢钟等高精度原子钟的时频信号,在实际光纤链路上验证其长距离传递性能。采用波分复用和双向双波长的传输方法,介绍了在275km京沪干线上实现高精度时频传递的相关工作。针对长距离光纤链路的特点,探讨了链路损耗与散射、色散与频率噪声、补偿系统动态范围和反馈带宽等对时频传递性能的影响。实验获得了频率信号的秒稳定度达5×10-14和天稳定度达7×10-18的传递性能,同时,千秒尺度下的时间方差可达2.4ps。     

一种改进的跳频信号参数估计方法

针对在跳频信号跳变时刻和跳变频率估计方面实时性和估计精度无法同时兼顾的问题,提出了一种基于短时傅立叶变换(STFT)和多重信号分类(MUSIC)算法的跳频信号参数估计方法。在建立跳频信号数学模型的基础上,利用STFT选取较大时间窗对整个信号在时域进行粗搜索,生成时频谱图,提取时频脊线从而获得跳变时刻,然后选取较小时间窗在已知跳变时间段利用STFT进行跳变时刻的细估计,并利用MUSIC算法进行频率的精确估计。该方法利用STFT的二次估计,减少了MUSIC搜索范围,从而降低了时间开销。仿真表明该算法的跳变时刻频率估计精度高,实时性能满足参数测量需求。     

强干扰下非平稳跳频信号高分辨测试技术研究

为了提高对强电磁辐射干扰下的非平稳跳频信号检测性能,提出一种基于时频分析的非平稳跳频信号高分辨测试技术.采用短时傅立叶变换构建非平稳信号的时频分析模型,把信号划分成许多小的时间间隔,在时间轴连续滑动窗口上对信号进行固有模态分解,提取非平稳跳频信号的Hilbert谱特征,谱特征有效反映了信号的幅值在整个频率段上随频率的变化情况,从而找出信号中跳变的频率分量,实现信号高分辨测试.仿真结果表明,采用该方法在强干扰条件下进行信号测试,信号输出的分辨能力较强,准确检测概率较高,性能优于传统方法.