本公開實(shí)施例涉及時(shí)間頻率，尤其涉及一種基于先驗(yàn)信息的at1模型修正方法。

背景技術(shù)：

1、時(shí)間尺度的計(jì)算可為守時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和實(shí)時(shí)駕馭提供重要參考。常用的時(shí)間尺度計(jì)算方法有algos算法、at1算法、kalman算法、小波變化算法等，不同的時(shí)間尺度特性不同。其中，algos算法由于其權(quán)重參量的估計(jì)是以原子鐘長期穩(wěn)定度為基礎(chǔ)，因此該算法整體具有良好的長期穩(wěn)定性；而at1時(shí)間尺度算法的頻率、權(quán)重參量是依據(jù)原子鐘短期、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，算法整體具有良好的短期穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

2、at1是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（national?institute?of?standards?andtechnology，nist）提出的時(shí)間尺度算法。隨著時(shí)間的推移，一些學(xué)者指出了該算法的缺點(diǎn)，假設(shè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室守時(shí)鐘組普遍頻率漂移項(xiàng)較小，那么即使存在短期頻率變化較大的原子鐘，使用指數(shù)濾波型at1時(shí)間尺度算法計(jì)算原子時(shí)尺度，也能取得良好效果。但當(dāng)守時(shí)鐘組中存在頻率漂移較大的原子鐘，使用at1算法計(jì)算原子時(shí)尺度會(huì)隨著迭代計(jì)算的不斷發(fā)展，顯現(xiàn)波動(dòng)趨勢，長期穩(wěn)定度變差。如judah?levine等人指出at1算法不對(duì)頻率作出估計(jì)或更新，這會(huì)導(dǎo)致頻率估計(jì)不準(zhǔn)進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)鐘組計(jì)算得到的時(shí)間尺度出現(xiàn)頻率漂移現(xiàn)象。他們特別指出氫鐘的頻率漂移的量級(jí)在10?21s?1，在at1算法模型中包含其的估計(jì)是十分重要的，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到即使原子鐘頻率老化情況較小，如果計(jì)算過程不及時(shí)進(jìn)行估計(jì)修正，對(duì)結(jié)果也影響很大。針對(duì)此問題，波蘭的學(xué)者micha?marszalec,?marzennalusawa等人提出at2算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)at1算法的改進(jìn)，即運(yùn)用kalman計(jì)算頻率偏差及頻率漂移，并取得了一定的效果。但是kalman建模較為復(fù)雜，需要針對(duì)原子鐘噪聲分布特點(diǎn)構(gòu)建合理的原子鐘噪聲模型，進(jìn)而進(jìn)行狀態(tài)過程協(xié)方差矩陣及觀測噪聲協(xié)方差矩陣的估計(jì)。因此，需要對(duì)at1算法由于頻率漂移的擾動(dòng)問題進(jìn)一步解決，保障提升算法的穩(wěn)健性，取得長短期穩(wěn)定度均良好的有益效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本技術(shù)提供一種基于先驗(yàn)信息的at1模型修正方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在at1算法由于頻率漂移的擾動(dòng)的問題。

2、根據(jù)本公開實(shí)施例，提供一種基于先驗(yàn)信息的at1模型修正方法，該方法包括：

3、s1：根據(jù)守時(shí)系統(tǒng)比對(duì)周期確定at1算法的時(shí)間尺度的計(jì)算間隔；

4、s2：基于若干臺(tái)原子鐘的先驗(yàn)信息，得到at1算法初始頻率、初始頻率漂移值和初始權(quán)重；

5、s3：對(duì)所有原子鐘的當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理，以處理缺失數(shù)據(jù)和異常值；

6、s4：根據(jù)初始頻率和初始頻率漂移值得到當(dāng)前時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)、初始權(quán)重和當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集得到當(dāng)前時(shí)間段的時(shí)間尺度；

7、s5：根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的時(shí)間尺度得到當(dāng)前時(shí)間段的鐘差修正項(xiàng)實(shí)際值；

8、s6：根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集更新先驗(yàn)信息，并根據(jù)更新后的先驗(yàn)信息得到下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)，根據(jù)下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)得到下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)；

9、s7：根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的鐘差修正項(xiàng)實(shí)際值和當(dāng)前時(shí)段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)得到當(dāng)前時(shí)間段的權(quán)重；

10、s8：根據(jù)下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)、下一時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集和當(dāng)前時(shí)間段的權(quán)重，得到下一時(shí)間段的時(shí)間尺度；

11、s9：重復(fù)上述步驟s5~s8進(jìn)行迭代計(jì)算，直至全部時(shí)間尺度計(jì)算完成。

12、進(jìn)一步的，基于若干臺(tái)原子鐘的先驗(yàn)信息，得到at1算法初始頻率、初始頻率漂移值和初始權(quán)重的步驟中，包括：

13、對(duì)各個(gè)原子鐘的先驗(yàn)信息進(jìn)行二次擬合，以得到初始頻率和初始頻率漂移值；

14、根據(jù)先驗(yàn)信息比對(duì)數(shù)據(jù)得到各臺(tái)原子鐘的allan方差；

15、根據(jù)各臺(tái)原子鐘的allan方差和計(jì)算間隔得到初始權(quán)重。

16、進(jìn)一步的，對(duì)所有原子鐘的當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理，以處理缺失數(shù)據(jù)和異常值的步驟中，包括：

17、以當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集的第一時(shí)刻的標(biāo)記為數(shù)據(jù)計(jì)算的起始點(diǎn)，并將當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集的時(shí)間單位統(tǒng)一為納秒；

18、對(duì)當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集進(jìn)行完整性檢驗(yàn)和異常值檢查；

19、若當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集存在缺失，則利用線性預(yù)報(bào)估計(jì)得到缺失數(shù)據(jù)，并將缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)充至當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集中；

20、若當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集存在異常值，則利用最小二乘擬合得到擬合值，并利用擬合值替代異常值。

21、進(jìn)一步的，時(shí)間尺度的表達(dá)式為：

22、

23、

24、其中，，表示上一時(shí)間段， t表示當(dāng)前時(shí)間段，為第臺(tái)原子鐘在當(dāng)前時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)，為第臺(tái)原子鐘在上一時(shí)間段的權(quán)重或初始權(quán)重，表示當(dāng)前時(shí)間段的原子鐘和原子鐘的鐘差，為第臺(tái)原子鐘時(shí)刻的相位差，為當(dāng)前時(shí)間段的頻率，為頻率漂移值。

25、進(jìn)一步的，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的時(shí)間尺度得到當(dāng)前時(shí)間段的鐘差修正項(xiàng)實(shí)際值的步驟中，包括：

26、根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的時(shí)間尺度和當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集得到當(dāng)前時(shí)刻的鐘差修正項(xiàng)實(shí)際值。

27、進(jìn)一步的，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集更新先驗(yàn)信息，并根據(jù)更新后的先驗(yàn)信息得到下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)，根據(jù)下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)得到下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)的步驟中，包括：

28、利用當(dāng)前時(shí)間段的測試數(shù)據(jù)集更新先驗(yàn)信息；

29、根據(jù)更新后的先驗(yàn)信息得到下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)；

30、根據(jù)下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)和當(dāng)前時(shí)間段的頻率得到下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)的頻率；

31、根據(jù)下一時(shí)間段的模型修正估計(jì)項(xiàng)得到下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)的頻率漂移值；

32、根據(jù)下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)的頻率和下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)的頻率漂移值得到下一時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)。

33、進(jìn)一步的，在計(jì)算間隔為時(shí)，下一時(shí)間段的頻率計(jì)算模型為：

34、

35、其中，為指數(shù)濾波系數(shù)，且，為鐘allan方差在計(jì)算區(qū)間內(nèi)最小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔；

36、為模型修正估計(jì)項(xiàng)，其表達(dá)式為：

37、

38、

39、其中，為相位的估計(jì)值，為下一時(shí)間段的頻率的估計(jì)值，為下一時(shí)間段的頻率漂移值的估計(jì)值，表示原子鐘比對(duì)時(shí)標(biāo)，表示時(shí)間段的比對(duì)數(shù)據(jù)，為動(dòng)態(tài)更新的先驗(yàn)信息。

40、進(jìn)一步的，當(dāng)前時(shí)間段的權(quán)重的表達(dá)式為：

41、

42、其中，，為誤差估計(jì)的偏差根，，為當(dāng)前時(shí)間段的鐘差預(yù)測修正項(xiàng)，為當(dāng)前時(shí)間段的鐘差修正項(xiàng)實(shí)際值，且，為指數(shù)濾波時(shí)間常數(shù)。

43、本公開的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

44、本公開的實(shí)施例中，通過上述基于先驗(yàn)信息的at1模型修正方法，一方面，設(shè)定以實(shí)驗(yàn)鐘差數(shù)據(jù)段之前預(yù)設(shè)時(shí)長的鐘差數(shù)據(jù)構(gòu)成先驗(yàn)信息進(jìn)行最小二乘多項(xiàng)式擬合，隨后依據(jù)擬合系數(shù)設(shè)定初始值。在at1算法迭代過程中，對(duì)鐘速的計(jì)算表達(dá)式進(jìn)行改造，同時(shí)加入頻率漂移的動(dòng)態(tài)估計(jì)，其中依據(jù)的先驗(yàn)信息動(dòng)態(tài)更迭并動(dòng)態(tài)進(jìn)行最小二乘多項(xiàng)式擬合，實(shí)時(shí)更新頻率及頻率漂移值，進(jìn)而不斷迭代預(yù)測下一時(shí)刻值直至運(yùn)算結(jié)束。另一方面，在算法的迭代過程中，先驗(yàn)信息設(shè)定為動(dòng)態(tài)更迭，保障原子鐘頻率、頻率漂移動(dòng)態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性，從而使得在計(jì)算區(qū)間內(nèi)時(shí)間尺度的變化趨勢大大減弱，穩(wěn)定度提升。