，拟合曲线（公式（9))的 一次项系数％即被控频率信号相对于参考信号的预测速率：
[0067] f' (x) =a0^x+a1 (9)
[0068] 公式中，a。为拟合曲线的一次项系数，a为拟合曲线的常数项；
[0069] 则预测速率％的相反数-a^即被控频率的频率调整量。
[0070] St印4、基于被控频率信号的调整量校正被控频率信号。
[0071] 本实施例提供的实施上述方法的基于频率驾驭的频率偏移校正系统，包括：
[0072] 自由运行的被控频率源、综合时间尺度源、国际时钟源、内部时间比对模块、外部 时间比对模块、频率调整量计算模块、频率调整控制模块；
[0073] 自由运行的被控频率源生成被控频率信号；
[0074] 综合时间尺度源生成的综合时间尺度由多台原子钟组合计算得到，综合时间尺度 作为内部参考信号；
[0075] 国际时钟源生成国际时钟信号，作为外部参考信号；
[0076] 内部时间比对模块获取被控频率信号与内部参考信号之间比对的历史时差，外部 时间比对模块获取被控频率信号与外部参考信号之间比对的历史时差；
[0077] 频率调整控制模块用于对被控频率信号进行调整控制；
[0078] 内部时间比对模块和外部时间比对模块存储历史时差序列，以备计算频率调整量 时所用；
[0079] 频率调整量计算模块提取内部时间比对模块和外部时间比对模块的历史时差数 据，经过数据预处理后，建立数学模型，解算频率调整量，并实时将该调整量送入频率调整 控制模块，校正被控频率信号的频率偏移；
[0080] 自由运行的频率源输出端与频率调整控制设备的输入端电缆线连接，频率调整控 制设备的输出端分别与内部时间比对模块和外部时间比对模块导线连接，内部时间比对模 块数据和外部时间比对模块数据分别与频率调整量计算模块数据导线连接，频率调整量计 算模块数据与频率调整控制设备输入端串口线连接，频率驾驭控制系统形成反馈回路。
[0081] 下面将本实施例提供的基于频率驾驭的频率偏移校正方法代入具体的计算环境 进行进一步说明：
[0082] 由于测量环境影响，内部时间比对模块和外部时间比对模块获取的时差序列可能 会存在异常值。频率调整量计算方法第一步所述的数据预处理，即对时差序列中异常值的 剔除和补足。剔除异常值采用3 〇法则，对剔除的异常值补足采用平均值插值法。对于训 练集的时差序列T= {(Xl，yi)，…，（Xi，yi)}e(XJ)1，对异常值的处理步骤如下：
[0083] 首先，计算训练集T中所有时差{yi，…，yjGY1的均值孓；
[0085] 其次，计算训练集T中所有时差{yi，…，yjGY1的方差〇 2;
[0087] 再次，判断训练集T中的时差{yi，…，yjGY1是否在3〇控制线以内。若 夂-> 3cr，则71为异常值，将其剔除。
[0088] 最后，用异常值前后两个正常值的均值
补足剔除的异常值。
[0089] 频率调整量计算方法第二步和第三步所述的利用支持向量机原理对历史时差 序列建模并预测是其中的关键技术。建模及预测过程利用支持向量机加强版工具箱 libsvm-mat-2. 89-3在matlab环境下编程实现，步骤如下：
[0090] 首先，确定模型的输入量、输出量。输入量为经过预处理后的训练集T;输出量为 下一阶段的时差预报值，称其为测试集。
[0091] 其次，将训练集中的时差序列转换为libsvm-mat-2. 89-3工具箱所需要的格式。 libsvm-mat-2. 89-3 工具箱要求的数据格式为：〈label>〈indexl>:〈valuel>〈index2>:〈va lue2>…。其中，〈label〉是目标值，在训练集中，〈label〉有确切实数值，在测试集中，由于目 标值未知，〈label〉可设为任意实数，也可空着不填；〈index〉是以1开始的整数，可以是不 连续的；〈value〉为实数。对应到训练集和测试集的数据对（x，y)，〈label〉即（x，y)中的因 变量y，〈value〉即（X，y)中的自变量x，由于训练集T中自变量只有x-个，所以〈index〉 为1。例如，训练集T中某个时差数据对（57069. 25, 42. 3)转换为libsvm-mat-2. 89-3工 具箱要求的格式为：（42. 31:57069. 25);测试集中的未知时差数据对（57069. 5,）可转换为 (1:57069. 5)或（21:57069. 5)，目标值为空或任意实数，如"2"。
[0092] 再次，选择高斯径向核函数，利用libsvm-mat-2. 89-3工具箱建立支持向量机模 型，利用网格法进行参数寻优，并根据训练集采用交叉验证法（CrossValidation)对模型 进行训练。该过程结束后，得到训练集T= {(Xl，yi)，…，（Xi，yi)}e(IY)1的模型model。
[0093] 最后，利用预测函数svmpredict，根据模型model对测试集中的目标值〈label〉进 行预测。
[0094] 对于频率调整量计算方法第四步所述的线性拟合，即对测试集中的预测序列T' =Kx1+1，太 1+1)，"％(x1+i，太 1+i)}G(XJ'y-1，找到一个线性函数y' =S*(x)，使得误差 平方和irt最小，
[0096] 其中
[0097] S(x) =a0x+at
[0098] 实现过程如下：
[0099] 首先，将Hi考虑成加权平方和；
[0100]
[0i0i] 然后，将求解最小的问题转换为多元函数求极小值；
[0103] 从上式中解出唯一解，即得测试集的线性拟合曲线。其一次项系数％就是时差序 列的预测速率，被控频率的调整量为-a。。
[0104] 如频率调整量计算方法第一步所述将调整量_%送入频率调整控制设备，修正频 率信号的偏移，数据的传送过程通过RS232串口实现。
[0105] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1. 一种基于频率驾驭的频率偏移校正方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 51、 比对得出被控频率信号与参考信号之间的历史时差序列，并基于支持向量机原理 建立历史时差序列模型，模型公式为：公式中，1为历史时差序列的个数，Yi为第i个时差值，X i为第i个时差值对应的时标， a i为拉格朗日乘子；K (X，X J为高斯径向基核函数；b为常数项； 52、 利用历史时差序列模型，预测下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序 列； 53、 基于下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序列，计算被控频率信号的调 整量； 54、 基于被控频率信号的调整量校正被控频率信号。2. 根据权利要求1所述的基于频率驾驭的频率偏移校正方法，其特征在于，步骤Sl中 的参考信号包括内部参考信号和外部参考信号，内部参考信号为综合时间尺度源生成的综 合时间尺度；外部参考信号为国际时钟源生成的国际时钟信号。3. 根据权利要求1所述的基于频率驾驭的频率偏移校正方法，其特征在于，步骤S2中 下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序列为： {(xi+i，yi+i)，...，（xi+i，yi+i)} e (x，y)h; 其中，第1+i个时差值对应的时标Xw=XfiX τ，i = 1，···，N-I，N为历史时差序列 与下一阶段时差序列的总个数，τ为固定的采样间隔；第Ι+i个时差值71+1，i = 1，"·，Ν_1 通过将第1+i个时差值对应的时标x1+i代入历史时差序列模型计算得到。4. 根据权利要求1所述的基于频率驾驭的频率偏移校正方法，其特征在于，步骤S3中 计算被控频率信号的调整量的方法为： 对下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序列做线性拟合，拟合曲线的一次项 系数％即为被控频率信号相对于参考信号的预测速率： f' (X) = ao^x+a! 公式中，％为拟合曲线的一次项系数，a 拟合曲线的常数项； 预测速率a(l的相反数-a #卩为被控频率的频率调整量。5. -种实施权利要求1所述方法的基于频率驾驭的频率偏移校正系统，其特征在于， 该系统包括： 被控频率源、综合时间尺度源、国际时钟源、内部时间比对模块、外部时间比对模块、频 率调整量计算模块、频率调整控制模块； 被控频率源生成被控频率信号； 综合时间尺度源生成综合时间尺度，作为内部参考信号；国际时钟源生成国际时钟信 号，作为外部参考信号； 内部时间比对模块获取被控频率信号与内部参考信号之间比对的历史时差； 外部时间比对模块获取被控频率信号与外部参考信号之间比对的历史时差； 频率调整量计算模块根据内部时间比对模块和外部时间比对模块获取的历史时差 数据，预测下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序列，计算被控频率信号的调整 量； 频率调整控制模块根据调整量对被控频率信号进行调整控制。
【专利摘要】本发明公开一种基于频率驾驭的频率偏移校正方法及系统，该方法包括如下步骤：S1、比对得出被控频率信号与参考信号之间的历史时差序列，并基于支持向量机原理建立历史时差序列模型；S2、利用历史时差序列模型，预测下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序列；S3、基于下一阶段被控频率信号与参考信号之间的时差序列，计算被控频率信号的调整量；S4、基于被控频率信号的调整量校正被控频率信号。本发明所述技术方案实施简单、推广性能好、学习速度快、优化求解时具有唯一的极小点，而且所构造的模型有很好的预测性能。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104899467
【申请号】CN201510357554
【发明人】杨帆, 杨军, 徐月青, 袁媛, 杨曦
【申请人】北京无线电计量测试研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日