[发明专利]一种基于门限自回归模型的参考时间尺度产生方法

摘要

本发明提供了一种基于门限自回归模型的参考时间尺度产生方法，首先计算原子钟相位差，然后通过TAR建模预测出当前各原子钟的速率，计算原子钟速率与预测速率的差值，更新权重后再次计算原子钟速率，连续两次计算得到的原子钟速率相等时，利用相位差校准主钟。本发明运用门限自回归模型能够准确的预报出原子钟相对于参考时间尺度的速率，又根据速率的预报误差确定各原子钟权重的大小，对于性能不稳定的原子钟，能够很好的预测速率并在计算中加以扣除，充分利用了有限的原子钟资源，提高了小型守时实验室的TA的准确度和稳定度。

主权项

1.一种基于门限自回归模型的参考时间尺度产生方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，对于N台原子钟构成的钟组，采集主钟输出UTC(k)和第i个原子钟输出Clock(i)，计算原子钟相位差数据UTC(k)‑Clock(i)；将钟差数据进行预处理，检测和剔除原子钟的异常数据；步骤2，对每一计算区间各原子钟的输出数据进行线性拟合，得到原子钟的速率数据，对速率数据进行TAR建模，预测出当前各原子钟的速率预测方法为对钟速y(i,Ik)预测采用两个门限域，首先根据各原子钟相对于TA的历史钟速数据进行TAR建模，假设某台原子钟的模型为TAR(2；k1,k2)，延迟量为d，门限值为r，其中2代表门限域的个数，k1、k2分别为两个门限域中AR模型的阶数，具体的建模过程有上式中，k₁、k₂为所划分的两个门限域中自回归模型的阶数，为两个门限域中自回归模型的系数，对于氢原子钟还需考虑其频率漂移z，假设氢钟的频率漂移在一个月内保持不变，采用上月原子钟相对于参考时间尺度TA的频率数据进行最小二乘线性拟合，求得氢钟的频率漂移z；所述的TAR模型的建模过程，具体方法为：步骤1)：将历史速率数据ratei(t)进行从小到大的有序排序得到ratei′(t)；步骤2)：给定参数D和K，D和K都是正整数，K表示分段线性AR模型阶数kj的最大可能值，D表示延迟数d的最大可能值；步骤3)：令延迟参数取初值d＝1，采用模型TAR(2；k1,k2)，因此仅有一个tq1作为一个门限r1的候选值，则有R1∈(‑∞,tq1]和R2∈(tq1,+∞]，若取tq1＝rate′i(q1)，那么，q1表示ratei′(t)的总资料数的百分比，首先取q1＝0.3N，利用门限值tq1将速率数据ratei(t)划分为R1和R2两个门限域；步骤4)：取n0＝max(d,K)，若速率数据ratei(t)中,有ratei(t)0‑d+1，ratei(t)0‑d+4，ratei(t)0‑d+5，…，的一些样本值小于或等于tq1,而另一些样本值则大于tq1，那么就构成下述的两个线性方程：用矩阵可以表示为式中，Z1和Z2分别表示序列ratei(t)属于门限域R1和R2的序列向量，θ1和θ2分别是待估计的两个线性AR模型系数向量，A1和A2分别是两个线性系统的系数矩阵，求解这两个方程组，用最小二乘法可估计两个模型的自回归系数θ1和θ2；步骤5)：根据最小AIC估计值选择两个分段线性AR模型阶k₁和k₂的最佳识别估计和即有上式中N₁和N₂分别是向量Z₁和Z₂的维数，RSS₁(k₁)和RSS₂(k₂)分别是两个线性系统的剩余量平方和，所以，两个门限域内AR模型阶和的确定，以及相应的自回归系数和的估计可以同时获得；步骤6)：对于某个固定的tq1，有再取tq1＝0.4N，0.5N，……0.7N，可以求得一系列的AIC(tq1)，由可确定门限值r₁的估计值选出取延迟参数为d＝1时的TAR(2；k₁,k₂)模型；步骤7)：取延迟参数d＝2,3,……D，根据公式即可建立门限自回归模型TAR(2；k1,k2)的最佳模型；步骤3，对于氢钟的趋势所做的预测对于铯钟的趋势所做的预测其中，x_i(t₀)为t₀时刻的时间尺度与第i个原子钟的钟差；则第j个原子钟与本次计算得到的时间尺度TA′的相位差为其中，ω_i(t)为第i个原子钟的权重，X_ij(t)为第i个原子钟和第j个原子钟的相位差；步骤4，根据UTC(k)‑Clock(i)得到TA′‑Clock(i)，对TA′‑Clock(i)进行线性拟合得到各原子钟的速率y(i,Ik)；步骤5，计算y(i,I_k)与的绝对偏差计算各原子钟的权重M_i代表采用的计算区间的个数；步骤6，以y(i,I_k)代替重复步骤3，再次计算时间尺度，得到UTC(k)‑TA″，TA″代表此次计算得到的时间尺度；步骤7，再次根据UTC(k)‑Clock(i)得到TA″‑Clock(i)，对TA″‑Clock(i)进行线性拟合得到各原子钟的速率y′(i,Ik)；步骤8，判断y′(i,Ik)与y(i,Ik)是否相等，如果相等则利用相位差UTC(k)‑TA″校准主钟；如果不相等，则重复计算步骤5至步骤8，直到连续两次计算得到的原子钟速率相等时，利用相位差UTC(k)‑TA″校准主钟。