防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法及系统与流程

1.本发明涉及铷原子钟驯服技术领域，尤其涉及一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法及系统。


背景技术：

2.目前，铷原子钟驯服方法，通常是基于外部参考时间源信号的输出特性，用来调整本地铷原子钟的频率输出准确度，以达到提高铷原子钟输出频率准确度的目的。
3.然而，当人为缓慢改变外部参考时间源的输出特性，对铷原子钟的驯服过程进行欺骗式干扰时，如果无法及时识别出干扰信号，铷原子钟的驯服过程会被外部信号欺骗，导致铷原子钟的频率信号输出也将被缓慢拉偏，其输出准确度变差。


技术实现要素：

4.本发明提供一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法及系统，用以解决现有技术中在铷原子钟的驯服过程，无法及时识别出干扰信号的缺陷，实现对双铷原子钟驯服过程中数据的综合判定，能够有效识别出缓慢变化的欺骗式干扰，可有效避免铷原子钟的频率输出被欺骗式干扰影响，保证铷原子钟在驯服期间频率输出的准确性。
5.本发明提供一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，包括如下步骤：s10、控制第一铷原子钟和第二铷原子钟分别输出第一信号和第二信号，对第一信号进行分路处理，输出第一分路信号、第二分路信号和第三分路信号，对第二信号进行分路处理，输出第四分路信号、第五分路信号和第六分路信号；s20、分别对第一分路信号和第四分路信号进行频率合成，并输出第一合成信号和第二合成信号；s30、将第二分路信号、第五分路信号、第一合成信号和第二合成信号对应转化并输出第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号；s40、以第三分路信号和第六分路信号作为频率输入基准，分别计算第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号与外部输入1pps信号的时差，对应获得第一时差、第二时差、第三时差和第四时差；s50、利用第一时差和第二时差监测第一基准1pps信号的准确性，判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰，对第三时差和第四时差进行驯服校准，获得控制数据，并将控制数据输入s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业。
6.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s50步骤中，还包括如下步骤：s51、在第一运行阶段内，确认外部输入1pps信号无欺骗式干扰；s52、在第一运行阶段的运行时间内，利用第一时差和第二时差通过时差法获得第一铷原子钟的准确度和第二铷原子钟的准确度；利用第三时差和第四时差通过驯服算法获
得控制数据，并将控制数据输入至s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业。
7.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s51步骤中，第一运行阶段的运行时间大于或等于2小时。
8.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s50步骤中，还包括如下步骤：s53、在第一运行阶段结束后，进入第二运行阶段，利用第三时差和第四时差通过驯服算法获得控制数据，并将控制数据输入至s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业；s54、利用第一铷原子钟的准确度、第二运行阶段开始时刻的初始的第一时差、第二运行阶段累计运行时长，获得第一1pps信号和外部输入1pps信号的第一预计时差；s55、利用第二铷原子钟的准确度、第二运行阶段开始时刻的初始的第二时差、第二运行阶段累计运行时长，获得第二1pps信号和外部输入1pps信号的第二预计时差；s56、计算第一时差与第一预计时差的第一相对误差，计算第二时差与第二预计时差的第二相对误差；s57、通过最小二乘法对第一相对误差和第二相对误差进行曲线拟合，分别获得第一铷原子钟的第一误差曲线斜率和第二铷原子钟的第二误差曲线斜率。
9.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s50步骤中，还包括如下步骤：s58、将第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率分别与阈值判定，若第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率均大于阈值，则判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰；s59、获得判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰的注入时刻，计算注入时刻以后的控制数据的输出总量，完成回调校准并停止驯服作业。
10.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s50步骤中，还包括如下步骤：s591、当判断第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率均小于或等于阈值后，判定外部输入1pps信号欺骗式干扰消失，再次启动驯服作业。
11.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s54步骤中，第一预计时差的计算式如下：其中，为第一预计时差；为第二运行阶段开始时刻的初始的第一时差；为第一铷原子钟的准确度；为第二运行阶段的累计运行时长。
12.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s55步骤中，第二预计时差的计算式如下：其中，为第二预计时差；为第二运行阶段开始时刻的初始的第二时差；为第二铷原子钟的准确度；为第二运行阶段的累计运行时长。
13.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，所述s56步骤中，第一相
对误差的计算式如下：其中，为第一相对误差；为s40步骤中实际测量获得的第一时差；第二相对误差的计算式如下：其中，为第二相对误差；为s40步骤中实际测量获得的第二时差。
14.本发明还提供一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服系统，用以执行如上所述的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，包括第一铷原子钟、第二铷原子钟、分路单元、dds单元、信号转化单元、时差测量处理单元和驯服单元；其中，所述第一铷原子钟和所述第二铷原子钟的输出端分别与所述分路单元的输入端连接，所述分路单元的第一输出端和第四输出端均与所述dds单元的输入端连接，所述分路单元的第二输出端和第五输出端以及所述dds单元的输出端均与所述信号转化单元的输入端连接，所述信号转化单元还用以接收外部输入1pps信号；所述分路单元的第三输出端和第六输出端以及所述信号转化单元的输出端均与所述时差测量处理单元的输入端连接，所述时差测量处理单元的输出端与所述驯服单元的输入端连接；所述驯服单元的输出端与所述dds单元的输入端连接。
15.本发明的有益效果如下：本发明提供的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法及系统，包括如下步骤：s10、控制第一铷原子钟和第二铷原子钟分别输出第一信号和第二信号，对第一信号进行分路处理，输出第一分路信号、第二分路信号和第三分路信号，对第二信号进行分路处理，输出第四分路信号、第五分路信号和第六分路信号；s20、分别对第一分路信号和第四分路信号进行频率合成，并输出第一合成信号和第二合成信号；s30、将第二分路信号、第五分路信号、第一合成信号和第二合成信号对应转化并输出第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号；s40、以第三分路信号和第六分路信号作为频率输入基准，分别计算第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号与外部输入1pps信号的时差，对应获得第一时差、第二时差、第三时差和第四时差；s50、利用第一时差和第二时差监测第一基准1pps信号的准确性，判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰；对第三时差和第四时差进行驯服校准，获得控制数据，并将控制数据输入s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业，通过利用双铷原子钟的频率特性对外部输入1pps信号进行监测识别，当外部输入1pps信号出现欺骗式干扰时，能够有效识别出干扰，同时能够在一定程度上消除欺骗式干扰识别过程中驯服被带偏的影响，可有效避免铷原子钟的频率输出被欺骗式干扰影响，保证铷原子钟在驯服期间频率输出的准确性，具有较高的应用价值。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明提供的防欺骗式干扰铷原子钟驯服系统的结构框式示意图；图2是本发明提供的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法中监测识别策略的流程示意图。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.下面结合图1和图2描述本发明的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，包括如下步骤：s10、控制第一铷原子钟和第二铷原子钟分别输出第一信号和第二信号，对第一信号进行分路处理，输出第一分路信号、第二分路信号和第三分路信号，对第二信号进行分路处理，输出第四分路信号、第五分路信号和第六分路信号；s20、分别对第一分路信号和第四分路信号进行频率合成，并输出第一合成信号和第二合成信号；s30、将第二分路信号、第五分路信号、第一合成信号和第二合成信号对应转化并输出第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号；s40、以第三分路信号和第六分路信号作为频率输入基准，分别计算第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号与外部输入1pps信号的时差，对应获得第一时差、第二时差、第三时差和第四时差；s50、利用第一时差和第二时差监测第一基准1pps信号的准确性，判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰；对第三时差和第四时差进行驯服校准，获得控制数据，并将控制数据输入s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业。
20.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s50步骤中，还包括如下步骤：s51、在第一运行阶段内，确认外部输入1pps信号无欺骗式干扰；s52、在第一设定时间内，利用第一时差和第二时差通过时差法获得第一铷原子钟的准确度和第二铷原子钟的准确度；利用第三时差和第四时差通过驯服算法获得控制数据，并将控制数据输入至s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业。
21.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s51步骤中，第一运行阶段的时间大于或等于2小时。
22.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s50步骤中，还包括如下步骤：s53、在第一运行阶段结束后，进入第二运行阶段，利用第三时差和第四时差通过驯服算法获得控制数据，并将控制数据输入至s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业；s54、利用第一铷原子钟的准确度、第二运行阶段开始时刻的初始的第一时差、第二运行阶段累计运行时长，获得第一1pps信号和外部输入1pps信号的第一预计时差；s55、利用第二铷原子钟的准确度、第二运行阶段开始时刻的初始的第二时差、第二运行阶段累计运行时长，获得第二1pps信号和外部输入1pps信号的第二预计时差；s56、计算第一时差与第一预计时差的第一相对误差，计算第二时差与第二预计时差的第二相对误差；s57、通过最小二乘法对第一相对误差和第二相对误差进行曲线拟合，分别获得第一铷原子钟的第一误差曲线斜率和第二铷原子钟的第二误差曲线斜率。
23.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s50步骤中，还包括如下步骤：s58、将第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率分别与阈值判定，若第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率均大于阈值，则判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰；s59、获得判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰的注入时刻，计算注入时刻以后的控制数据的输出总量，完成回调校准并停止驯服作业。
24.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s50步骤中，还包括如下步骤：s591、当判断第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率均小于或等于阈值后，判定外部输入1pps信号欺骗式干扰消失，再次启动驯服作业。
25.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s54步骤中，第一预计时差的计算式如下：其中，为第一预计时差；为第二运行阶段开始时刻的初始的第一时差；为第一铷原子钟的准确度；为第二运行阶段的累计运行时长。
26.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s55步骤中，第二预计时差的计算式如下：其中，为第二预计时差；为第二运行阶段开始时刻的初始的第二时差；为第二铷原子钟的准确度；为第二运行阶段的累计运行时长。
27.根据本发明提供的一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，s56步骤中，第一相对误差的计算式如下：其中，为第一相对误差；为s40步骤中实际测量获得的第一时差；第二相对误差的计算式如下：
其中，为第二相对误差；为s40步骤中实际测量获得的第二时差。
28.如图1所示，本发明还提供一种防欺骗式干扰铷原子钟驯服系统，用以执行如上的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，包括第一铷原子钟、第二铷原子钟和时频驯服模块，时频驯服模块包括分路单元、dds单元、信号转化单元、时差测量处理单元和驯服单元；其中，第一铷原子钟和第二铷原子钟的输出端分别与分路单元的输入端连接，分路单元的第一输出端和第四输出端均与dds单元的输入端连接，分路单元的第二输出端和第五输出端以及dds单元的输出端均与信号转化单元的输入端连接，信号转化单元还用以接收外部输入1pps信号；分路单元的第三输出端和第六输出端以及信号转化单元的输出端均与时差测量处理单元的输入端连接，时差测量处理单元的输出端与驯服单元的输入端连接；驯服单元的输出端与dds单元的输入端连接。
29.下面对本发明提供的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法进行详细描述，下文描述的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法与上文描述的防欺骗式干扰铷原子钟驯服系统可相互对应参照。
30.本发明体用的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法，如图1和图2所示，具体包括如下步骤：s10、第一铷原子钟输出一路10mhz信号即第一信号至分路单元，记为10mhz_rb1；第二铷原子钟输出一路10mhz信号即第二信号至分路单元，记为10mhz_rb2；其中，10mhz_rb1输出连接至第一分路子单元，第一分路子单元将10mhz_rb1分路成3路10mhz信号，分别连接至dds单元、信号转化单元、时差测量处理单元；10mhz_rb2输出连接至第二分路子单元，第二分路子单元将10mhz_rb2分路成3路10mhz信号，也分别连接至dds单元、信号转化单元、时差测量处理单元；需要说明的是，本实施例中，分路单元包括第一分路子单元和第二分路子单元。其中，第一分路子单元的输入端与第一铷原子钟的输出端连接，第一分路子单元设置有第一输出端、第二输出端和第三输出端，即上述的分路单元的第一输出端、第二输出端和第三输出端；第二分路子单元的输入端与第二铷原子钟的输出端连接，第二分路子单元设置有第四输出端、第五输出端和第六输出端，即上述的分路单元的第四输出端、第五输出端和第六输出端。
31.s20、dds单元的输入端分别与第一分路子单元额第一输出端和第二分路子单元的第四输出端连接，用以接收第一分路信号10mhz_rb11和第四分路信号10mhz_rb21，作为频率输入基准；同时，接收驯服单元输出的控制数据作为dds单元控制字，实现对第一分路信号10mhz_rb11和第四分路信号10mhz_rb21的高精度频率合成，并输出4路合成信号，其中2路合成信号，第一合成信号和第二合成信号输出至信号转化单元，另外2路合成信号连接至对外输出接口；s30、信号转化单元的输入端均与dds单元的输出端、第一分路子单元的第二输出端和第二分路子单元的第五输出端连接，引入外部输入源1pps信号、分路单元输出的第二分路信号10mhz_rb12和第五分路信号10mhz_rb22、dds单元输出的第一合成信号10mhz_
dds1和第二合成信号10mhz_dds2；信号转化单元利用第二分路信号10mhz_rb12和第五分路信号10mhz_rb22作为频率基准，转化并输出2路与外部基准信号粗同步后的1pps信号，分别记为第一1pps信号1pps_rb1和第二1pps信号1pps_rb2；信号转化单元利用第一合成信号10mhz_dds1和第二合成信号10mhz_dds2，转化输出2路与外部基准信号粗同步后的1pps信号，记为第三1pps信号1pps_dds1和第四1pps信号1pps_dds2，将4路1pps输出信号第一1pps信号1pps_rb1、第二1pps信号1pps_rb2、第三1pps信号1pps_dds1和第四1pps信号1pps_dds2输出至时差测量处理单元；s40、时差测量处理单元的输入端均与信号转化单元的输出端、第一分路子单元的第三输出端、第二分路子单元的第六输出端连接，接收第三分路信号10mhz_rb13和第六分路信号10mhz_rb23，同时接入外部输入1pps信号以及第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号；利用时差法分别测量外部输入1pps信号和1pps_rb1、1pps_rb2、1pps_dds1和1pps_dds2之间的时差，并对时差数据进行卡尔曼滤波处理，得到4组时差数据，分别记为第一时差te
rb1
、第二时差te
rb2
、第三时差tedds1和第四时差tedds2，并输出至驯服单元；s50、驯服单元的输入端与时差测量处理单元的输出端连接，接收时差测量处理单元输出的时差数据terb1、terb2、tedds1和tedds2，利用tedds1，tedds2数据进行驯服校准，并输出控制数据至dds单元开展驯服工作；利用terb1，terb2时差数据对外部输入信号的准确性进行监测，当外部输入源信号被注入欺骗式干扰时，驯服单元采取监测识别策略进行有效识别，完成防欺骗式干扰驯服控制；其中，欺骗式干扰具体为外部输入1pps信号的上升沿朝着单一方向缓慢渐变式变化。
32.其中，如图2所示，s50步骤中监测识别策略的具体流程为：s51、系统工作开机后进入第一运行阶段，在第一运行阶段内判断外部输入1pps信号不存在欺骗式干扰时，其中，第一运行阶段时长大于或等于2小时，本实施例中设定为2小时；s52、在第一运行阶段内，驯服单元利用terb1、terb2数据通过时差法，获得第一铷原子钟和第二铷原子钟在第一运行阶段内的频率准确度a1和频率准确度a2；驯服单元利用tedds1、tedds2数据通过驯服算法完成dds单元控制数据输出，并将控制数据输入dds单元，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对铷原子钟的驯服工作；需要说明的是，第一运行阶段的目的是对第一铷原子钟的准确度和第二铷原子钟的准确度重复计算，并与外部参考源进行判断对比，以提高第一铷原子钟的准确度和第二铷原子钟的准确度的准确性；s53、在第一运行阶段结束后，系统进入第二运行阶段。在第二运行阶段期间，驯服单元利用tedds1、tedds2数据通过驯服算法完成dds控制数据输出，并将控制数据输入至s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展铷原子钟驯服工作；需要说明的是，第二运行阶段的目的是对外部输入1pps信号的检测，并确认外部输入1pps信号有无欺骗式干扰；
还需要说明的是，在第一运行阶段和第二运行阶段始终对第一分路信号和第四分路信号进行驯服作业，若第二运行阶段检测外部输入1pps信号存在欺骗式干扰，则停止驯服作业；s54、驯服单元综合利用第一铷原子钟的准确度a1、第二运行阶段开始时刻的初始的第以时差、第二运行阶段累计运行时长计算获得第二1pps信号1pps_rb1和外部输入1pps信号之间的第一预计时差，具体计算式为：；s55、综合利用第二铷原子钟的准确度a2、第二运行阶段开始时刻的初始的第二时差、第二运行阶段累计运行时长，计算获得第二1pps信号和外部输入1pps信号的第二预计时差，具体计算式为：；s56、驯服单元利用时差测量处理单元实际测量值te
rb1
和第一预计时差，获得两者之间的第一相对误差，计算公式如下：；利用时差测量处理单元实际测量值te
rb2
和第二预计时差获得两者之间的第二相对误差，计算公式如下：；s57、驯服单元利用最小二乘法对第一相对误差和第二相对误差进行曲线拟合，分别获得第一铷原子钟的第一误差曲线斜率和第二铷原子钟的第二误差曲线斜率；s58、驯服单元将第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率分别与阈值判定，若第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率均大于阈值，则判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰；s59、驯服单元判定外部输入1pps信号出现欺骗式干扰后，给出外部输入1pps信号出现欺骗式干扰的注入时刻，计算注入时刻后驯服单元输出的控制数据总量，并输出至dds单元，完成回调校准并停止驯服工作；s591、当判断第一误差曲线斜率和第二误差曲线斜率均小于或等于阈值后，判定外部输入1pps信号欺骗式干扰消失，再次重新启动驯服作业。
33.需要说明的是，本实施例中，如图1所示，时频驯服模块利用双铷原子钟同时交叉进行时差数据测量和处理，其目的是提高防欺骗干扰监测识别策略可靠性。
34.进一步地，时频驯服模块利用时差数据te
rb1 和te
rb2
作为监测依据，其目的是利用铷原子钟自身的频率特性来消除驯服结果对监测识别过程的影响，提高防欺骗干扰监测识别策略的准确性。
35.本发明提供的防欺骗式干扰铷原子钟驯服方法及系统，包括如下步骤：s10、控制第一铷原子钟和第二铷原子钟分别输出第一信号和第二信号，对第一信号进行分路处理，输出第一分路信号、第二分路信号和第三分路信号，对第二信号进行分路处理，输出第四分路信号、第五分路信号和第六分路信号；s20、分别对第一分路信号和第四分路信号进行频率合成，并输出第一合成信号和第二合成信号；
s30、将第二分路信号、第五分路信号、第一合成信号和第二合成信号对应转化并输出第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号；s40、以第三分路信号和第六分路信号作为频率输入基准，分别计算第一1pps信号、第二1pps信号、第三1pps信号和第四1pps信号与外部输入1pps信号的时差，对应获得第一时差、第二时差、第三时差和第四时差；s50、利用第一时差和第二时差监测第一基准1pps信号的准确性，判定外部输入1pps信号被注入欺骗式干扰；对第三时差和第四时差进行驯服校准，获得控制数据，并将控制数据输入s20步骤中，对第一分路信号和第四分路信号进行校准，开展对第一铷原子钟和第二铷原子钟的驯服作业，通过利用双铷原子钟的频率特性对外部输入1pps信号进行监测识别，当外部输入1pps信号出现欺骗式干扰时，能够有效识别出干扰，同时能够在一定程度上消除欺骗式干扰识别过程中驯服被带偏的影响，可有效避免铷原子钟的频率输出被欺骗式干扰影响，保证铷原子钟在驯服期间频率输出的准确性，具有较高的应用价值。
36.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。