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时间频率同步的优化控制方法研究

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随着科技的进步，人们对高精度标准时间频率的需求越来越高。通常采用晶体振荡器或者铷钟作为频率标准，但它们由于老化和噪声等原因导致其长期稳定度不尽人意，这就需要用更高精度的频率标准来校准它们。因此，为了提高时间同步精度，首先需要对钟差进行准确估计。钟差主要包括系统性变化和随机性变化两部分，系统性变化可用初始时刻偏差、频率偏差和老化来表示，而随机性变化可用五种独立的幂律谱噪声表示。
　　 论文主要对晶体振荡器的五种噪声系数和钟差参数滤波估计算法进行了分析和研究。
　　 首先建立了频域上振荡器噪声的幂律谱模型，对五种噪声进行了模拟仿真。然后分析了振荡器的时域稳定度和频域稳定度，利用振荡器时域稳定度和频域稳定度的转换关系提出了用传递函数法动态估计阿伦方差的思想，并建立了传递函数的离散化模型，同时比较了两种方法得到的阿伦方差。最后根据钟差数据的阿伦方差曲线，采用分段自动曲线拟合方法对振荡器的噪声类型和噪声系数进行了估计。
　　 钟差参数估计分别采用最小二乘曲线拟合和卡尔曼滤波算法，针对卡尔曼滤波算法的不足，提出了改进型自适应卡尔曼滤波算法。采用这种方法对钟差，频率偏差和老化系数进行了计算仿真，同时对滤波前后的阿伦方差进行了比较。仿真结果表明，经过滤波控制后，振荡器的同步误差稳定在几纳秒，振荡器的短期频率稳定度有了很大提高。

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