一种基于先验信息的AT1模型修正方法

本公开实施例涉及时间频率，尤其涉及一种基于先验信息的at1模型修正方法。

背景技术：

1、时间尺度的计算可为守时系统的稳定运转和实时驾驭提供重要参考。常用的时间尺度计算方法有algos算法、at1算法、kalman算法、小波变化算法等，不同的时间尺度特性不同。其中，algos算法由于其权重参量的估计是以原子钟长期稳定度为基础，因此该算法整体具有良好的长期稳定性；而at1时间尺度算法的频率、权重参量是依据原子钟短期、实时数据进行迭代计算，算法整体具有良好的短期稳定性和实时性。

2、at1是美国国家标准与技术研究院（national institute of standards andtechnology，nist）提出的时间尺度算法。随着时间的推移，一些学者指出了该算法的缺点，假设守时实验室守时钟组普遍频率漂移项较小，那么即使存在短期频率变化较大的原子钟，使用指数滤波型at1时间尺度算法计算原子时尺度，也能取得良好效果。但当守时钟组中存在频率漂移较大的原子钟，使用at1算法计算原子时尺度会随着迭代计算的不断发展，显现波动趋势，长期稳定度变差。如judah levine等人指出at1算法不对频率作出估计或更新，这会导致频率估计不准进而导致整个钟组计算得到的时间尺度出现频率漂移现象。他们特别指出氢钟的频率漂移的量级在10−21s−1，在at1算法模型中包含其的估计是十分重要的，同时也认识到即使原子钟频率老化情况较小，如果计算过程不及时进行估计修正，对结果也影响很大。针对此问题，波兰的学者michałmarszalec, marzennalusawa等人提出at2算法，以实现对at1算法的改进，即运用kalman计算频率偏差及频率漂移，并取得了一定的效果。但是kalman建模较为复杂，需要针对原子钟噪声分布特点构建合理的原子钟噪声模型，进而进行状态过程协方差矩阵及观测噪声协方差矩阵的估计。因此，需要对at1算法由于频率漂移的扰动问题进一步解决，保障提升算法的稳健性，取得长短期稳定度均良好的有益效果。

技术实现思路

1、为了避免现有技术的不足之处，本技术提供一种基于先验信息的at1模型修正方法，用以解决现有技术中存在at1算法由于频率漂移的扰动的问题。

2、根据本公开实施例，提供一种基于先验信息的at1模型修正方法，该方法包括：

3、s1：根据守时系统比对周期确定at1算法的时间尺度的计算间隔；

4、s2：基于若干台原子钟的先验信息，得到at1算法初始频率、初始频率漂移值和初始权重；

5、s3：对所有原子钟的当前时间段的测试数据集进行预处理，以处理缺失数据和异常值；

6、s4：根据初始频率和初始频率漂移值得到当前时间段的钟差预测修正项，根据当前时间段的钟差预测修正项、初始权重和当前时间段的测试数据集得到当前时间段的时间尺度；

7、s5：根据当前时间段的时间尺度得到当前时间段的钟差修正项实际值；

8、s6：根据当前时间段的测试数据集更新先验信息，并根据更新后的先验信息得到下一时间段的模型修正估计项，根据下一时间段的模型修正估计项得到下一时间段的钟差预测修正项；

9、s7：根据当前时间段的钟差修正项实际值和当前时段的钟差预测修正项得到当前时间段的权重；

10、s8：根据下一时间段的钟差预测修正项、下一时间段的测试数据集和当前时间段的权重，得到下一时间段的时间尺度；

11、s9：重复上述步骤s5~s8进行迭代计算，直至全部时间尺度计算完成。

12、进一步的，基于若干台原子钟的先验信息，得到at1算法初始频率、初始频率漂移值和初始权重的步骤中，包括：

13、对各个原子钟的先验信息进行二次拟合，以得到初始频率和初始频率漂移值；

14、根据先验信息比对数据得到各台原子钟的allan方差；

15、根据各台原子钟的allan方差和计算间隔得到初始权重。

16、进一步的，对所有原子钟的当前时间段的测试数据集进行预处理，以处理缺失数据和异常值的步骤中，包括：

17、以当前时间段的测试数据集的第一时刻的标记为数据计算的起始点，并将当前时间段的测试数据集的时间单位统一为纳秒；

18、对当前时间段的测试数据集进行完整性检验和异常值检查；

19、若当前时间段的测试数据集存在缺失，则利用线性预报估计得到缺失数据，并将缺失数据补充至当前时间段的测试数据集中；

20、若当前时间段的测试数据集存在异常值，则利用最小二乘拟合得到拟合值，并利用拟合值替代异常值。

21、进一步的，时间尺度的表达式为：

22、

23、

24、其中，，表示上一时间段， t表示当前时间段，为第台原子钟在当前时间段的钟差预测修正项，为第台原子钟在上一时间段的权重或初始权重，表示当前时间段的原子钟和原子钟的钟差，为第台原子钟时刻的相位差，为当前时间段的频率，为频率漂移值。

25、进一步的，根据当前时间段的时间尺度得到当前时间段的钟差修正项实际值的步骤中，包括：

26、根据当前时间段的时间尺度和当前时间段的测试数据集得到当前时刻的钟差修正项实际值。

27、进一步的，根据当前时间段的测试数据集更新先验信息，并根据更新后的先验信息得到下一时间段的模型修正估计项，根据下一时间段的模型修正估计项得到下一时间段的钟差预测修正项的步骤中，包括：

28、利用当前时间段的测试数据集更新先验信息；

29、根据更新后的先验信息得到下一时间段的模型修正估计项；

30、根据下一时间段的模型修正估计项和当前时间段的频率得到下一时间段的钟差预测修正项的频率；

31、根据下一时间段的模型修正估计项得到下一时间段的钟差预测修正项的频率漂移值；

32、根据下一时间段的钟差预测修正项的频率和下一时间段的钟差预测修正项的频率漂移值得到下一时间段的钟差预测修正项。

33、进一步的，在计算间隔为时，下一时间段的频率计算模型为：

34、

35、其中，为指数滤波系数，且，为钟allan方差在计算区间内最小值对应的时间间隔；

36、为模型修正估计项，其表达式为：

37、

38、

39、其中，为相位的估计值，为下一时间段的频率的估计值，为下一时间段的频率漂移值的估计值，表示原子钟比对时标，表示时间段的比对数据，为动态更新的先验信息。

40、进一步的，当前时间段的权重的表达式为：

41、

42、其中，，为误差估计的偏差根，，为当前时间段的钟差预测修正项，为当前时间段的钟差修正项实际值，且，为指数滤波时间常数。

43、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

44、本公开的实施例中，通过上述基于先验信息的at1模型修正方法，一方面，设定以实验钟差数据段之前预设时长的钟差数据构成先验信息进行最小二乘多项式拟合，随后依据拟合系数设定初始值。在at1算法迭代过程中，对钟速的计算表达式进行改造，同时加入频率漂移的动态估计，其中依据的先验信息动态更迭并动态进行最小二乘多项式拟合，实时更新频率及频率漂移值，进而不断迭代预测下一时刻值直至运算结束。另一方面，在算法的迭代过程中，先验信息设定为动态更迭，保障原子钟频率、频率漂移动态估计的准确性，从而使得在计算区间内时间尺度的变化趋势大大减弱，稳定度提升。