ELoran守时系统关键技术研究

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ELoran系统是经过升级改造后的Loran-C系统,其特点是地波信号相位稳定、抗干扰能力强、可靠性高、覆盖范围广,并且具有差分增强功能等优点。许多国家都在推动ELoran系统的建设与发展,ELoran系统作为GNSS系统的备份,可以增强GNSS的可靠性,提高定位导航与授时(PNT)系统的服务保障能力。  守时系统是ELoran以及其他所有提供PNT服务系统的核心。ELoran守时系统建设的核心工作是建立ELoran系统守时实验室。ELoran守时系统的建设将充分利用ELoran系统的原子钟资源,产生独立的时间尺度,并通过建立远程时间比对链路向国家标准时间溯源,在危机情况下,一但溯源比对链路失常甚至断开,ELoran守时系统可以独立运行,为ELoran系统提供时频保障。同时,ELoran守时系统也将成为国家时频体系的重要组成力量,与其他时频基准形成补充和备份。  本文以ELoran系统守时能力的建设为出发点,围绕着ELoran守时系统建设所涉及的主要关键技术展开研究,论文的主要研究工作包括以下几个方面:  (1)针对原子钟数据降噪问题,引入了交叉证认法,将其与Vondrak平滑法相结合,提出了交叉证认Vondrak(CVV)平滑法,解决了Vondrak平滑法原子钟数据降噪的最佳平滑因子动态自适应确定问题;将交叉证认法经过变化与小波滤波降噪方法相结合,提出了交叉证认wavelet(CVW)平滑法,解决了小波滤波原子钟数据降噪的最佳小波基和小波分层数的动态自适应选择问题。CVV和CVW方法有效的避免了旧有依靠工作经验或多次实验确定滤波参数所带来的人为主观因素对滤波效果的影响。  运用CVV和CVW降噪法对模拟产生的信号和实测原子钟比对数据进行降噪处理,降噪结果表明:CVV平滑法和CVW平滑法可以最大限度的消弱原子钟比对数据中的随机噪声,提高原子钟的短期稳定度,进而提高了计算的原子时间尺度的性能,对提高UTC(ELoran)的准确度和稳定度具有重要的作用。  (2)研究了非线性时间序列的门限自回归预测模型(TAR),实现了使用该模型对原子钟钟差数据和钟速的预测,仿真实验证实其用于原子钟钟差数据和钟速的预测都具有较高的预测精度。  (3)设计了TAR原子时间尺度算法,在算法中使用门限自回归(TAR)模型预报原子钟相对于参考时间尺度的钟速,采用原子钟的“可预测性”思想确定权重,根据预测误差决定原子钟的权重贡献,当一台原子钟具有很明显的特征,例如频率漂移或老化现象,如果这些特征可以被很好的预测并加以修正,则认为该原子钟为“好钟”,充分利用了有限的原子钟资源,仿真实验证明该方法计算得到的原子时间尺度的长短期稳定度都很好,比较适合用于原子钟资源少(守时中心实验室独立运行时)且分散的Eloran系统守时系统建设。  (4)研究了主备钟的同步技术,进行了主备同步试验,使主备钟之间的同步基本控制在150ps以内,最大不超过220ps。取给出了主钟故障检测的方法,并设计了主备钟并行连接输出具有保持功能锁相环的方案来实现主钟输出信号的连续性和完好性。  (5)设计了Eloran系统守时实验室建设的整体方案,按功能将系统划分为单元,对每个单元进行了初步的规划和设计;通过实测原子钟比对数据仿真研究得出了最低配置条件下,满足性能要求的原子钟组的最佳配置方案。
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