GPS锁定晶振的数据处理方法研究

针对GPS锁定晶振频率标准,提出了一种滑动平均值法滤波方法,通过这种算法建立新的取样值与历史取样值相关性,适当选取取样点数形成滑动滤波窗口,改变的滑动滤波窗口大小,能有效克服GPS接收机输出的1×10-6的波动影响,可以在很短的时间间隔内解算出被控晶振与GPS的偏差值,应用于控制算法,不断修正压控晶振的频率,使压控晶振锁定在GPS上。     

基于Kalman滤波的GPS跟踪环路晶振闪烁噪声建模方法

由于晶振频率漂移对GPS接收机的载波相位和频率跟踪带来了误差,在载波跟踪系统中需要对晶振误差进行建模。传统基于Kalman滤波的跟踪方法无法对非白的闪烁晶振误差进行准确建模,导致跟踪环路建模产生一定的误差。针对上述问题,文章重点分析了晶振的频域模型建模过程和噪声协方差求解问题,提出了Kalman滤波中晶振闪烁噪声的近似建模方法,并用实际卫星数据验证了建模的正确性。     

一种宇航通信用低噪声高频晶振的系统设计

最好的石英谐振器的固有噪声确实比用该谐振器做成的晶振的低得多。本文对使用无源石英谐振器作基准通过锁相环,锁定高功率低噪声5兆赫压控晶振来改善秒级以上频率稳定度,并对5兆赫频率的稳定度向100兆赫VHF压控品振传递的环路设计问题进行了分析、计算。预计系统对于秒以上的短期频率稳定度最终可提高1000倍以上。     

关于数字温补晶体振荡器频率短期稳定度的研究

一、前言我们首先提出了具有温度补偿控制数据采集功能的数字式温补晶振(D-TCXO)并对控制数据的采集数与频率变化率的关系进行了研究。数字式温补晶振较比从前的模拟式温补晶振,在更宽的温度范围内,有希望获得更高的稳定度。然而,数字式温补晶振是用数字控制压控晶振(VCXO)来稳定振荡频率的,因此,其频率短稳将受到影响。本文着眼于这一问题,对数字式温补晶振的控制间隔和控制量同频率短期稳定度的关系进行了测试和研究。     

正弦振动条件下原子钟的频率稳定度分析

振动对原子钟(原子频标)的影响可分为对原子谐振的影响、对伺服环路的影响和对晶体振荡器(晶振)的影响.在振动频率范围内,晶振的输出相位噪声只与晶振的加速度灵敏度、峰值加速度和振动频率有关,与静态相位噪声没有关系,但在振动频率范围之外,晶振的输出相位噪声就是其静态相位噪声. 由原子钟的稳定性传递到输出晶振的频率稳定度公式,就可通过伺服环路把晶振的振动分析融入到原子钟的振动分析之中.利用相位噪声转换为阿仑方差的积分公式,根据留数定理推导出直接计算阿仑方差的解析表达式, 得到增加伺服环路带宽可以有效抑制振动对原子钟频率稳定度影响的结论;分析了通过减振和选择加速度灵敏度较小的晶振这2种方法改善原子钟振动性能的问题.      

一种基于自适应滤波的GPS滚转角估计方法

全球定位系统（GPS）测姿技术主要是利用GPS载波相位和信号功率2种方法，但是测量信息单一且独立，针对旋转载体的测姿问题，提出一种基于自适应滤波的GPS滚转角估计方法，通过融合GPS接收机天线信号功率和多普勒频率信息测量载体滚转角和滚转角速度。利用当前统计模型对滚转角和滚转角速度测量进行系统建模，根据滚转角预测估计值选取量测量，并提出自适应滤波，采用滚转角加速度估计自适应滤波算法，实现了对系统噪声方差阵的自适应调整，避免了滚转角加速度最值的选取问题，降低了噪声的影响。通过仿真验证了基于自适应滤波的GPS滚转角估计方法的可行性，结果表明该方法的测量精度高于无迹卡尔曼滤波（UKF）。      

时间与频率计测技术新动向

本文概括介绍了小型军工及商用原子频标性能、超导腔稳定振荡器(SCSO)、201汞离子贮存式频标和双光子光频标技术的发展状况,高质量低噪声VHF晶振、现代光纤参考频率传递系统新进展,以及用双频GPS接收机进行电离层传播时延变化修正、动态瞬变频率和时间间隔分析等技术的新动向。上述计测技术对有关型号任务、计量研究有一定的参考价值。     

国内外频率标准发展现状

时间频率在国家经济建设、科学研究、国家安全具有十分重要的意义。本文介绍了国内外高稳晶振、铷原子频率标准、守时型氢原子频率标准和铯原子频率标准、微型相干布局囚禁原子钟、低温蓝宝石微波源和超稳激光微波源以及铯原子喷泉钟的国内外发展情况、技术指标等。铷原子频率标准打破国外垄断，为北斗导航系统提供高精度的时间基准，守时型氢原子频率标准和铯原子频率标准已实现工程化，但日频率稳定度和日频率漂移率指标有待进一步提高，铯喷泉基准方面已接近国际先进水平，新型原子频标发展方兴未艾。     

200MHz小型化高稳恒温晶振的研究

介绍一种新型小型化高频高稳定恒温晶振,输出频率200 MHz,频率老化率优于1×10-8/d,静态相位噪声可达到￡(100 Hz)≤-110 dBc/Hz.整个晶振的体积只有40 mm×40 mm×75 mm,重量小于160g.本文详细阐述了小型化设计思想,讨论了影响稳定度的理论和实践因素,给出晶振电气性能测试数据.     

高稳晶振在空间辐照条件下的频率特性变化

在空间恶劣环境下要求星载高稳晶振正常有效地工作,需要对其在空间辐照环境下的频率特性变化进行研究,利用地面辐照设备模拟空间辐照环境,通过不断增加辐照剂量,研究晶振相位噪声、短期频率稳定度、谐杂波以及输出功率等特性。     

具有良好压控特性的压控晶体振荡器的设计

介绍了一种具有良好压控特性的晶体振荡器的设计方法。阐述了产生压控晶体振荡器压控特性非线性的原因,介绍了VCXO设计过程中主要元件的选择和设计,并且设计和制作了一个工作频率为10MHZ,具有一个粗调节压控端和一个微调节压控端的压控晶体振荡器。该电路通过MAX828来改善VCXO的电压控制范围及压控线性。实验证明了该设计的正确性。     

改善高频宽压控晶振频率温度稳定性方法

高频宽压控晶体振荡器广泛应用于各种接收机和应答机中,工作温度范围通常为-40℃～+85℃。对于该类晶振,极易出现频率温度稳定性相对于其内部石英谐振器明显恶化的现象。对此,从理论上分析了引起恶化的原因,并提出通过合理控制振荡电路的压控范围和石英谐振器的激励功率,可以改善高频宽压控晶振的温频特性。最后,研制并测试了4只102.3MHz压控晶振,结果优于指标要求,充分验证了方法的有效性。     

实用型氢激射器频标锁相接收系统

为了使上海天文台两台氢激射器频率标准更好地适应甚长基线干涉(VLBI)实验的要求,我们充分利用国内外新器件,采用新技术方案,研制出一种实用型氢激射器锁相接收系统。该系统具有接收灵敏度高(≤-120dBm)、噪音系数烛(≤1.8dB)、体积小、自动搜索人锁以及可靠性高等特点。本文主要以系统设计为实例,讨论了氢激射器频标锁相接收系统的总体设计原则、锁相环路的设计考虑和环路对系统的噪声抑制的定量估算等问题。最后,介绍了运用该系统后氢激射器频标的短期频率稳定度达到1.88×10-~(13)/S、3.7×~(-14)/10S、9.2/10~(-15)/100S9.5×10~(-15)/1000s,完全满足了甚长基线干涉实验的需要。     

多通道GPS共视法时频传递接收机的研制

GPS共视法是国际上流行的远距离时间频率传递技术,核心是共视法接收机。我们成功研制了多通道GPS共视法时频传递接收机系统,硬件部分主要由自主研制的高精度时间间隔计数器和Motorola生产的VPONCORE GPS引擎组成,软件符合时间频率咨询委员会(CCTF)发布的GPS共视法数据处理软件标准化指南的要求,与单通道GPS定时接收机相比,界面更友好,操作更方便,具有很强的分析处理数据功能。经测试证明多通道GPS接收机零基线共钟共视时间比对的不确定度小于4 ns(仰角40°),与国外报道基本相同。     

基于ANFIS的避撞算法

应用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)建立了车辆避撞算法模型,为加快收敛速度,运用线性递归最小二乘法(RLSE)和最陡下降法(SD)组成的混合算法通过前向和后向通道分别进行了模型的前提参数和结论参数的辨识.为取得模型训练所需的数据对,设计了两车跟随的实验,试验中尝试性的采用GPS来获取两车的车间距和车速差,经过模型训练和仿真输出,该方法能够模仿驾驶员的操作,并且操作更为平滑.这种方法改变了以往采用经验来确定隶属函数的缺陷,使模型的建立更为可靠.      

Coherent superposition of multi-GNSS wavelet analysis periodogram for sea-level retrieval in GNSS multipath reflectometry

The multipath signals of GNSS can act as a tide gauge via a technology called Global Navigation Satellite Systems multipath reflectometry (GNSS-MR), which is based on the relationship between multipath frequency and height to sea surface. In addition to the traditional frequency extraction method of Lomb–Scargle periodogram (LSP), wavelet analysis can be applied to extract instantaneous multipath frequencies of GPS L1, thus improving data utilization. However, because of the sensitivity of instantaneous frequency to noise and the introduction of more signals, multi-constellation retrievals exhibit many outliers and errors. The aim of this study is to apply wavelet analysis to multi-constellation multi-frequency signals and most importantly to find a method to avoid noise. We used coherent superposition to overlap the intra-track inter-signal instantaneous frequency spectrograms to enhance effective information and to weaken noise. This coherent superposition method can achieve intra-track inter-signal combination. The multi-GNSS data from two Multi-GNSS Experiment (MGEX) stations were used. The results showed that the coherent superposition spectrogram has a clear energy concentration, and the frequencies calculated from it depict sea-level changes. To compare the method with the LSP method and to combine inter-track retrievals, a robust regression method was used to combine retrievals and to produce equally spaced retrieval series. The results show that the combined retrievals from the coherent superposition method have a slightly higher accuracy than those from the classical LSP method. Because this method can be used to retrieve sea-level data from instantaneous frequency, it increases data utilization and provides a way to obtain details of SNR arcs, which is a potential method to benefit GNSS-MR, especially for sites with narrow reflecting sensing zones in a small sea azimuth range.     

压力传感器动态特性参数不确定度评定

压力传感器动态特性参数的不确定度是表征其动态测量性能的重要指标。提出了一种压力传感器动态特性参数的不确定度评定方法。首先,使用激波管动态校准系统产生阶跃压力信号激励压力传感器,得到传感器的输出信号;其次,采用基于经验模态分解（EMD）的传感器输出信号预处理方法,减小动态校准过程中噪声的影响;然后,根据传感器的输入输出信号,采用自适应最小二乘法建立压力传感器的数学模型,进而得到其时频域动态特性参数;最后,针对重复校准实验得到的动态特性参数序列的小样本特点,采用自助法计算参数的扩展不确定度和相对不确定度。采用激波管系统对压力传感器进行多次重复动态校准实验,计算时频域动态特性参数的不确定度,并与现有方法进行对比。实验结果表明:本文方法可以弥补贝塞尔法在处理小样本量数据中的不足,且与蒙特卡罗法的不确定度评定结果相对误差小于10%,说明本文方法可以有效地评定压力传感器动态特性参数的不确定度。分析时频域动态特性参数的相对不确定度得到传感器的工作频带和超调量受噪声的影响较大,为动态校准实验条件的改善提供了重要依据。      

Ionospheric TEC prediction using hybrid method based on ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and long short-term memory (LSTM) deep learning model over India

Total electron data (TEC) from GPS nowadays can be used as a tool for understanding the space weather phenomena. The development of prediction model for TEC is quiet crucial and challenging due to the dynamic behavior of the ionosphere, since it depends on different factors such as seasonal, diurnal and spatial variations, solar geomagnetic conditions etc. In this paper, an attempt is made for predicting the GPS derived TEC values for different GNSS stations over India using a hybrid method based on Ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and Long Short-Term Memory (LSTM) deep learning method. The daily TEC time series data from the IISc Bangalore (Latitude 13.021, Longitude 77.570), Lucknow (Latitude 26.912, Longitude 80.956) and Hyderabad (Latitude 17.417, Longitude 78.551) stations over India during the period 2008 to 2015 of solar cycle 23 and 24 is used for analysis. The assessment of model performance for testing predicted output compared with LSTM and EMD-LSTM models, and their comparison results show that the hybrid EEMD-LSTM model presents better than the other models.     

GPS共视比对数据处理软件设计

为了满足对大量GPS共视比对数据处理和分析的要求,在共视比对规范和TEC-map电离层模型的基础上,设计了GPS共视比对数据处理软件。该软件具有进一步消除单频接收机电离层时延的影响及对单通道、多通道、双频数据的单站和双站比对功能,直接平滑、内插作曲线图,并生成文件,给出平滑以后的均方差。