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基于兩種卡爾曼濾波算法的時(shí)間尺度穩(wěn)定性比較:

  Kalman濾波時(shí)間尺度算法是時(shí)間可以產(chǎn)生和保持社會(huì)工作的常用教學(xué)方法，在守時(shí)實(shí)踐中具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。

  網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器針對自動(dòng)化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)、控制裝置等進(jìn)行校時(shí)的高科技產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器它從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動(dòng)化系統(tǒng)中需要時(shí)間信息的設(shè)備，這樣就可以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步。然而，當(dāng)鐘差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)異常時(shí)，會(huì)使Kalman濾波時(shí)間尺度算法中狀態(tài)估計(jì)問題出現(xiàn)一些異常擾動(dòng)，從而達(dá)到降低學(xué)習(xí)時(shí)間尺度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。因此，應(yīng)當(dāng)對原子鐘異常相關(guān)數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理。

  近日，中國社會(huì)科學(xué)院國家授時(shí)服務(wù)中心時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室關(guān)于原子鐘異常信息數(shù)據(jù)一般情況下可以改進(jìn)的Kalman濾波處理時(shí)間價(jià)值尺度分析算法通過研究取得了新進(jìn)展。該研究方法引入等價(jià)協(xié)方差矩陣和自適應(yīng)因子，對Kalman濾波時(shí)間不同尺度算法需要不斷改進(jìn)。研究主要構(gòu)造等價(jià)協(xié)方差矩陣來控制系統(tǒng)測量異常值對原子鐘狀態(tài)估計(jì)的影響，利用統(tǒng)計(jì)量實(shí)時(shí)計(jì)算模型自適應(yīng)因子的量值來控制環(huán)境狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣的增長，以降低原子鐘異常對狀態(tài)估計(jì)的影響。

  從模擬數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)兩方面分析了原子鐘異常數(shù)據(jù)情況下的卡爾曼濾波算法，并與經(jīng)典的卡爾曼濾波算法了比較，改進(jìn)的卡爾曼濾波算法能夠有效地抵抗異常數(shù)據(jù)對時(shí)間尺度的影響，提高時(shí)間尺度的精度和穩(wěn)定性。研究還分析了當(dāng)測量噪聲為非高斯噪聲時(shí)，該算法的性能，并將最小二乘閾值設(shè)置應(yīng)用于離群數(shù)據(jù)處理，結(jié)果表明，改進(jìn)卡爾曼濾波的時(shí)間尺度穩(wěn)定性優(yōu)于最小二乘預(yù)處理。

  相關(guān)研究成果發(fā)表在《儀器儀表學(xué)報(bào)》(第16卷，2021年6月jinst16p06032)上，題目是《數(shù)據(jù)異常的魯棒卡爾曼濾波時(shí)標(biāo)算法》。評審者認(rèn)為該算法提出了一種針對異常原子鐘數(shù)據(jù)的改進(jìn)卡爾曼濾波時(shí)標(biāo)算法。仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的有效性，具有實(shí)用價(jià)值。該研究得到了國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施長波短波授時(shí)系統(tǒng)、國家自然科學(xué)基金、中科院西部之光的支持;基于以上兩種不同算法的原子鐘改正時(shí)間偏差比較。