[发明专利]基于Vondark-Cepek滤波的氢铯时间尺度融合方法

说明书

本发明提供了一种基于Vondark‑Cepek滤波的氢铯时间尺度融合方法，首先利用指数滤波法分别对氢钟组和铯钟组各产生一个钟组时间尺度，然后根据最小二乘原则对Vondark‑Cepek组合滤波关键参数进行选取，进而通过氢钟组时间尺度时间序列的差分信息对铯钟组时间尺度进行性能增强，从而获得氢铯融合时间尺度。本发明在有效抑制噪声的同时能够兼顾氢铯两种类型原子钟特性，在钟组尺度层面进行融合，产生长短期稳定度都良好的时间尺度。

技术领域

本发明属于时间频率、信号处理领域，涉及一种时间尺度融合方法。

背景技术

目前，高精度时间已成为一个国家科技、经济、军事和社会生活中至关重要的参量，广泛应用于导航、电力、通信、航空、国防等领域，作为最基本的物理量，对提升国家科研水平也有基础性作用。为此，世界各时间频率实验室都拥有自己的原子钟组，每台原子钟都可以产生一个时间尺度。但守时不能仅依赖单台原子钟，因为每个物理装置都有可能出现异常。时间尺度算法则是将守时钟组各台钟的时间根据需求，计算出一个标准时间，目的在于寻找一种方式使得算法的不确定度最小，稳定度最高。

氢铯原子钟是两种不同类型的原子频标，二者分别有着很好的短期稳定度和长期稳定度，它们是当前全球各时间实验室最常见的两种守时型原子钟。氢铯时间尺度的融合方法主要是研究两类不同原子钟有效组合而产生更稳定更准确的时间尺度。一个时间实验室所强调的是时间尺度的稳定度。

目前很多守时实验室采用氢铯互为参考的方式进行两种不同类型原子钟时间尺度的融合：分别以氢钟、铯钟或者铯钟组时间作为参考，对另一类原子钟进行钟差测量形成时间序列后，对守时钟组中的铯钟短期波动进行修正或氢钟的速率和频率漂移进行扣除，然后通过加权平均来获得最终的时间尺度。在上述的研究方法中，主要是以氢或铯为基准，对另一种原子钟的单台钟进行评估和修正，然后将守时钟组中的所有钟一起加权平均来归算最终的时间尺度。该方法的不足在于：当氢原子钟作为参考对铯原子钟进行测量的主要噪声是相位白噪声，经数学方法滤波后，其时间尺度短期稳定度仍会受铯原子钟噪声的影响。而以铯钟组时间尺度来修正氢钟，当氢钟出现故障时，产生时间尺度的可靠性不能保证。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于Vondark-Cepek滤波的氢铯时间尺度融合方法，有效抑制噪声的同时能够兼顾氢铯两种类型原子钟特性，在钟组尺度层面进行融合，产生长短期稳定度都良好的时间尺度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，将铯原子钟和氢原子钟分组，分别经钟差预测、频率估计及权重估计步骤产生指数滤波的铯钟组时间尺度TA_Cs和氢钟组时间尺度TA_H；

步骤2：将氢钟组时间尺度序列进行一次差分，获得对应频率数据；

步骤3，将铯钟组时间尺度序列经傅里叶变换转化到频域，经频谱分析确定需抑制信号频率f或周期P；根据最小二乘理论计算铯钟组时间尺度平滑因子和氢钟组时间尺度平滑因子其中T和T’分别是TA_Cs和TA_H对应的频率响应；

步骤4，将铯钟组时间尺度和氢钟组频率序列作为输入，将平滑因子用于Vondark-Cepek组合滤波方法，产生时间尺度融合结果，实现铯钟组和氢钟组时间尺度的融合；