论文部分内容阅读
本文在中国计量科学研究院守时实验室氢原子钟组守时系统的基础上，对氢原子钟的钟差预测算法和复合控制算法进行了较为详细的研究，并对算法进行了编程实现，用中国计量科学研究院守时实验室的氢原子钟钟差数据进行了验证实验，并对验证结果进行了分析。主要内容如下: 第一、对氢原子钟守时系统中相关基础知识进行了介绍，主要包括:原子钟系统、原子钟信号模型、钟差模型、噪声模型以及原子时标质量的表征方式等。 第二、对氢原子钟钟差数据的采集、传输以及预处理的基本原理进行了介绍，包括钟差数据的测量系统、钟差数据的传输系统、钟差数据的离群值监测和拟合。 第三、对氢原子钟钟差预测算法进行了研究和实验验证。首先，介绍了常用的线性回归钟差预测算法、SVM(支持向量机)钟差预测算法的基本原理;其次，对BP（前向反馈）神经网络算法的基本原理进行了分析，并根据其缺点进行了改进;再次，构建了对氢原子钟钟差的预测模型、流程图，并进行了编程实现;最后，用中国计量科学研究院守时实验室的两组氢原子钟钟差数据进行了验证实验，并对实验结果进行了分析。两组数据的相对预测误差为:改进型BP神经网络0.002491124和0.0003701750、线性回归0.010643566和0.005365760、支持向量机(SVM)0.003671877和0.004318384。验证结果表明，改进型BP神经网络的预测性能要优于线性回归和支持向量机算法，达到了提高钟差预测精度的目的。氢原子钟钟差预测的实现，为对氢原子钟组复合控制的实现，奠定了基础。第四、对氢原子钟组的控制算法进行了研究和实验验证。首先，构建出了基于氢原子钟的控制算法模型;其次，对现行的氢原子钟滞后式控制算法的基本原理进行了介绍;再次，将钟差预测首次用于原子钟控制，并将其与现行的滞后式控制算法相结合，本文将这种结合算法称作复合控制算法;最后，用中国计量科学研究院守时实验室的氢原子钟钟差数据对复合控制算法进行了验证实验，并对验证结果进行了分析。两组数据的哈德玛方差为:复合控制算法1.4990e-10和1.8286e-10、滞后式控制算法2.1053e-10和2.0631e-10。验证结果表明，复合式控制算法的性能要优于现行滞后式控制算法，达到了提高原子钟稳定度的目的。