数字多用表示值误差测量不确定度自动评定的设计

针对数字多用表型号多、校准项目多,校准后应给出整个测量范围内的测量结果不确定度,采用手动进行不确定度评定费时费力、容易出错、工作效率低等问题,在VEE Pro软件开发平台上,设计开发出数字多用表示值误差测量结果不确定度自动评定系统。该系统包括带接口数字多用表不确定度评定和不带接口数字多用表不确定度评定两个模块,可自动进行不确定度评定及存档。同时结合实例,给出了直流电压示值误差测量不确定度评定结果。使用结果表明：该系统操作简便,提高了工作效率及准确度,减小了人为误差。     

角度传感器动态角误差测量方法的研究

针对急需解决的角度传感器动态角计量问题,设计了动态角误差的测量方法,详细介绍了测量原理、测量过程及误差的评定方法,并进行了测量结果的不确定度评定。由不确定度评定可知,转台对传感器的电磁干扰导致的读数跳动及安装误差对测量准确度影响较大,为进一步完善该测量方法指明了研究方向。     

GPS共视法时间同步试验

在介绍接收GPS(导航星全球定位系统)时频信息,进行远距离时间同步的基本原理和方法之后,着重分析了国内首次 GPS 共视法时间同步实验的结果和搬运钟验证的结果。实验取得了上千公里两地钟 GPS 共视同步误差优于 13ns、单站单星连续测量15分钟不确定度小于15ns、搬运钟验证符合程度优于80ns 的好成绩。     

高准确度直流标准电流源的校准与不确定度评定

利用Fluke8508A参考级数字多用表和Guildline9334A直流标准电阻作标准,采用电流电压转换法,实现对高准确度直流标准电流源准确、可靠的校准。通过对其测量不确定度进行准确、详细的评定,证明可圆满地实现误差为±0．003％的高准确度直流标准电流源的校准,从而大大增强了对高准确度直流标准电流源的校准能力。     

GPS授时校频方法研究与试验结果

为了解决多目标综合测量系统各测站之间时间同步和频率校准问题,提出了利用GPS(Global Positioning System)单星或多星共视方法进行站间时间同步与校频,给出了这两种方法的计算公式,分析了星历误差、星钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应和接收机硬件延迟对时间同步精度的影响.为了验证GPS授时校频精度,进行了相关试验.通过与铯原子钟比对,表明利用GPS可实现纳秒级时间同步,校频精度也优于5.0×10-11,多星共视具有更高的同步校频精度.      

基于多参考源的铷原子钟校频方案的设计与实现

研究了铷钟校频系统的原理,并对校频误差进行了分析,提出了一种基于多参考源的铷原子钟校频方案,可用GNSS/北斗接收机的1PPS,IRIG-B(DC)码以及一级频标的10MHz频率三种方式校频,提供100s,1 000s,10 000s三种不同的校频时间,以满足用户对不同校频时间和校频准确度的综合需求。     

坐标测量机上孔组位置度误差的评定

把孔组位置度误差包容评定问题表述为一个非线性约束最优化问题,并运用有效约束技术求得最优解,为坐标测量机上孔组位置度误差的评定提供了一种快速有效的方法。     

铯原子束频率基准 Cs-Ⅲ的研制

铯原子束频率基准是一个重要的研制课题。这里对Cs-Ⅲ基准系统、电路和结构作了简明介绍,着重评定了其准确度和稳定性。目前水平是:对原子时UTC(NIM)进行校准,能在两个月以上的时间内连续提供频率不确定度优于3×10~(-13)的标准频率信号。     

BM1308-52型GPS/BDS时间传递接收机研制与性能分析CSCD

随着北斗卫星导航系统(BDS)的发展与完善,基于BDS的时间传递应用需求越来越迫切。简要介绍了为开展北斗时间传递研究自研的多通道多频GPS/BDS时间传递接收机BM1308-52。接收机可同时接收GPS、BDS的码信息和载波相位信息,输出GPS、BDS的CGGTTS标准共视文件和Rinex观测文件,观测时间、处理方法及数据输出格式符合国际规范。最后,利用实测数据测试了BM1308-52的性能,测试结果表明,GPS单向时间比对和零基线共视比对不确定度优于2ns,BD单向时间比对不确定度优于3ns,与国际水平相当。BM1308-52的系统稳定可靠,观测精度高,可以更好地为时间频率传递服务。     

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。     

利用GPS进行时间传递与频率比对

全面介绍了ＢＩＲＭＭ从１９８６～１９９２年间从事利用时间ＧＰＳ进行时间传递与频率比对技术研究方面的情况，包括所建立的ＣＰＳ定时校频系统、单站定时、ＳＡ对定时精度的影响、ＧＰＳ定时信号噪声模型、卡尔曼滤波、电离层时延估算、ＧＰＳ共视试验、ＣＰＳ校频、接收系统差测量等。     

Enhancing the kinematic precise orbit determination of low earth orbiters using GPS receiver clock modelling

Clock error estimation has been the focus of a great deal of research because of the extensive usage of clocks in GPS positioning applications. The receiver clock error in the spacecraft orbit determination is commonly estimated on an epoch-by-epoch basis, along with the spacecraft’s position. However, due to the high correlation between the spacecraft orbit altitude and the receiver clock parameters, estimates of the radial component are degraded in the kinematic approach. Using clocks with high stability, the predictable behaviour of the receiver oscillator can be exploited to improve the positioning accuracy, especially for the radial component. This paper introduces two GPS receiver clock models to describe the deterministic and stochastic property of the receiver clock, both of which can improve the accuracy of kinematic orbit determination for spacecraft in low earth orbit. In particular, the clock parameters are estimated as time offset and frequency offset in the two-state model. The frequency drift is also estimated as an unknown parameter in the three-state model. Additionally, residual non-deterministic random errors such as frequency white noise, frequency random walk noise and frequency random run noise are modelled. Test results indicate that the positioning accuracy could be improved significantly using one day of GRACE flight data. In particular, the error of the radial component was reduced by over 40.0% in the real-time scenario.     

含钟差修正的脉冲星和太阳观测组合导航

为提高深空探测器巡航段的导航定位精度和钟差修正能力,提出一种利用X射线脉冲星和太阳观测信息的组合导航方法.利用脉冲星导航的脉冲到达时间测量值,同时利用太阳敏感器、分光计分别测量太阳视线矢量和探测器相对于太阳的径向速度,并将星载时钟钟差增广为状态变量,构建组合导航系统,利用基于扩展卡尔曼滤波的UD(Upper triangular matrix-Diagonal matrix)分解信息融合算法进行状态估计.仿真结果表明,该方法能有效解决因钟差漂移引起的导航滤波发散问题,同脉冲星导航相比,该方法提高了定位精度和钟差修正能力.     

基于Hadamard方差的导航星座自主时间同步算法研究

文章在总结国内外研究成果基础上,针对GPS铷钟虽然短期稳定性较好,但采用Allan方差描述铷钟频率稳定性时,其钟差状态方程仅为两参数,在较长平滑时间里存在时钟漂移和甚低频噪声的影响,使噪声特性淹没或估值不收敛的缺陷,引入Hadamard方差建立了三参数系统状态误差模型,通过三次采样方差从模型上解决了线形漂移和甚低频噪声的影响问题。在时钟系统状态模型和星间双向测量方程建模基础上,给出了工程实用的标准Kalman基本滤波方程。数值分析仿真表明,采用Hadamard方差描述时钟频率稳定性显著提高星载时钟自主同步精度,从而克服了Allan方差描述产生的频率漂移影响较大和甚低频噪声不收敛的问题。     

Low-cost precise measurement of oscillator frequency instability based on GNSS carrier observation

Global navigation satellite systems (GNSS) receivers can be used in time and frequency metrology by exploiting stable GNSS time scales. This paper proposes a low-cost method for precise measurement of oscillator frequency instability using a single-frequency software GNSS receiver. The only required hardware is a common radio frequency (RF) data collection device driven by the oscillator under test (OUT). The receiver solves the oscillator frequency error in high time resolution using the carrier Doppler observation and the broadcast ephemeris from one of the available satellites employing the onboard reference atomic frequency standard that is more stable than the OUT. Considering the non-stable and non-Gaussian properties of the frequency error measurement, an unbiased finite impulse response (FIR) filter is employed to obtain robust estimation and filter out measurement noise. The effects of different filter orders and convolution lengths are further discussed. The frequency error of an oven controlled oscillator (OCXO) is measured using live Beidou-2/Compass signals. The results are compared with the synchronous measurement using a specialized phase comparator with the standard coordinated universal time (UTC) signal from the master clock H226 in the national time service center (NTSC) of China as its reference. The Allan deviation (ADEV) estimates using the two methods have a 99.9% correlation coefficient and a 0.6% mean relative difference over 1–1000 s intervals. The experiment demonstrates the effectiveness and high precision of the software receiver method.     

磁选态铯原子钟弱信号直接采样方法研究

磁选态铯原子钟的输出频率与铯束管输出的弱电流信号有关，影响其频率稳定度。为了提高其频率稳定度技术指标，在对磁选态铯原子钟主伺服电路弱信号压频转换（V-F）和模/数 (A/D)直接采样对比的基础上，设计了基于DSP28335芯片的A/D直接采样电路，利用CAN总线通信技术与主控CPU板进行通信，实现整钟闭环锁定的方案。通过试验与被测磁选态铯原子钟现有压频转换法进行对比，结果表明，所设计的A/D直接采样法较压频转换法减小了磁选态铯原子钟相对频率偏差范围，改善了短期频率稳定度，具有实用价值。     

用铷原子钟对PC进行时间校准及其误差分析

个人计算机（以下简称PC）的系统时间由其自带的RTC晶振提供,其时间频率准确度并不高。为此,综合考虑各种方案,采用外部校准时间的方法提高PC时间的准确度。通过时间间隔测量的方法获得了作为校准时间结果的钟差值,并对实验结果做了详细分析。测试结果表明,PC与铷钟同步标准偏差小于1ms。经过时间校准后的PC可以作为网络时间服务器。     

基于长短时记忆神经网络(LSTM)的钟差预报算法

原子钟钟差预报在原子时计算和原子钟频率驾驭中发挥着重要的作用。长短时记忆神经网络（LSTM）预报算法能够处理多参数长期依赖关系的时间序列预报,以氢钟和铯钟实测数据为样本,通过构建LSTM钟差预报模型,降低了长期原子钟内部噪声以及原子钟漂移对钟差预报的影响,并以72h,240h和720h为预报时长,分别与线性多项式模型、灰色模型和Kalman模型原子钟钟差预报模型进行预报误差对比。研究表明,在240h以上的预报时长中,LSTM建模长期依赖关系的优势得以体现,相较于其他3类模型可以获得更高的预报精度。     

脉冲星方位误差估计的两步卡尔曼滤波算法

为了克服钟差和卫星位置误差对脉冲星方位误差估计的影响,设计了两步卡尔曼滤波（TSKF）算法。首先,介绍了脉冲星方位误差估计的传统模型,并通过分析和仿真验证了钟差、卫星位置误差以及2种误差同时存在时会使脉冲星方位误差估计结果产生较大偏差。其次,在传统的估计模型中加入了钟差和卫星位置误差,并将钟差和钟差变化率增广为新的状态量,从而推导出包含2种误差的新模型,并证明了该模型的完全可观测性;根据该模型并按照两步卡尔曼滤波原理,得到了TSKF算法的步骤。最后,通过仿真表明:在钟差和卫星位置误差同时影响下,传统脉冲星方位误差估计算法偏差较大且发散;TSKF算法则能够有效隔离2种误差的影响,使赤经和赤纬误差估计达到0.2 mas之内的精度。