星载原子钟误差检测与时钟备份

论文摘要

随着同步网络以及同步技术的快速发展,人们对通信系统时钟的准确度和稳定度提出了更高的要求。某些尖端学科如航天航空,导航定位,电信交通等对时间频率的要求与日俱增,在某些领域甚至需要多台原子钟来共同完成守时任务。而在导航定位系统中,定位位置的精确测量实际上取决于定位时间的精确测量。原子钟作为导航系统测距的星上时间基准,是卫星导航系统的有效载荷的核心部分,它的性能决定了用户导航定位的精度。因此对导航卫星原子钟进行故障检测和时间备份有其重要的意义。本文在实际项目背景下从以下几个方面展开研究:1)分析了原子钟的数据特征,主要包括时差的确定性变化和随机性变化两部分。确定性变化部分主要是由初始相差,初始频差,初始频漂差组成;随机性变化部分由5种独立噪声构成。在分析了这几种噪声的时频特性之后给出了仿真结果。2)分析了如何在时域和频域进行时钟稳定性分析。3)提出了一种利用三颗性能相近的原子钟两两相位相减的算法来检测原子钟的工作状态,用修正的最小二乘法来监测确定性部分,用阿伦方差和哈达玛方差来监测随机性部分。4)在提出方案的基础之上,分别加采样噪声和量化噪声,从实际情况出发分析方案的可行性。最后简要总结了本文所做的工作,并对下一步的工作进行展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外导航卫星原子钟技术发展现状
• 1.3.1 频率标准的发展
• 1.3.2 GPS卫星钟性能
• 1.3.3 Galileo卫星钟性能
• 1.3.4 国内原子频标研究
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 时钟模型与理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 时钟与计时信号
• 2.3 计时信号模型与基本量
• 2.4 原子频标的主要性能指标
• 2.4.1 频率的准确度
• 2.4.2 频率的稳定度
• 2.4.3 频率漂移率
• 2.5 原子钟的数据特征
• 2.5.1 概述
• 2.5.2 原子钟时差确定性变化分量
• 2.5.3 原子钟时差随机性变化分量
• 2.6 本章小结
• 第3章 原子钟稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.2 频域的时钟稳定性分析
• 3.3 时域的时钟稳定性分析
• 3.3.1 Allan方差系列
• 3.3.2 时间方差
• 3.3.3 哈达玛方差系列
• 3.4 本章小结
• 第4章 原子钟误差检测方案
• 4.1 引言
• 4.2 应用背景
• 4.3 检测方案
• 4.3.1 时差确定性部分检测
• 4.3.2 时差随机性部分检测
• 4.4 仿真与结论
• 4.4.1 确定性部分仿真
• 4.4.1.1 相位产生突变
• 4.4.1.2 频率产生突变
• 4.4.1.3 频漂产生突变
• 4.4.2 随机性部分仿真
• 4.4.3 综合仿真
• 4.5 方案可行性分析
• 4.5.1 采样噪声分析
• 4.5.2 量化噪声分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢