基于HHT的时间保持方法研究

国际电联要求各时间实验室的UTC(k)与协调世界时UTC的偏差在±100ns以内；TA(k)的稳定度达到5e-15/30d。因此，全球各个时间实验室都将提高UTC(k)的准确度和稳定度作为实验室的主要工作之一。国家授时中心负责我国标准时间UTC(NTSC)的产生、保持和发播，多年来，在时间保持方面做了大量的研究工作，使UTC(NTSC)的准确度保持水平跻身国际先进行列。然而，UTC(NTSC)的相位波动较频繁，频率稳定度有待进一步提高。.本项目利用中国科学院时间频率基准重点实验室的原子钟资源和时间保持实验系统，通过研究原子时算法、时频系统的监测控制方法以及自动控制等方面的内容，将Hilber-Huang变换用于UTC(NTSC)的自动监控方法研究。目的是提高UTC(NTSC)的准确度和稳定度，为我国国防建设、战略武器试验、航空航天、电信、金融以及交通等各个领域提供更均匀、更准确时间频率参考

随着信息时代的快速发展，高精度时间频率已成为一个国家经济、社会生活、国防建设中至关重要的参量，涉及到电力输配、交通运输、地震监测、计量测试等关系到国计民生的诸多领域，以及武器实验、导航定位、深空跟踪等国防建设的多个方面。例如，卫星移动通讯系统、航天器的空间跟踪以及地球重力探测系统等都对时间频率有一定的要求。国家授时中心作为我国标准时间UTC(NTSC)的产生、保持和发播单位，需要而且必须提供高精度的时间信号，以满足国家经济、社会生活和国防信息化建设的需求。.国家授时中心是我国唯一一家专门从事时间频率基础和技术研究的学术机构，也是国际原子时（TAI）建立的主要参加单位。在时间保持方面已有四十年研究经验，国家授时中心保持的UTC(NTSC)自2005年8月起与协调世界时（UTC）的偏差保持在±25ns，UTC(NTSC)的准确度保持水平技术国际先进行列。然而，UTC(NTSC)的相位波动大，及频率稳定度与美国海军天文台（USNO）、美国国家标准与技术研究所（NIST）等优秀的时间实验室相比较差。.为了提高UTC(NTSC)的准确度和稳定度，为我国航空航天、电信、金融及交通等各个领域提高更均匀、更准确的时间频率参考，本项目基于中国科学院时间频率基准重点实验室的原子钟资源和相关时频设备，将一种新的信号分析方法——Hilber-Huang变化（HHT）信号分析方法用于UTC(NTSC)的建立与保持，开展了基于HHT的原子钟信号突变点检测、信号降噪等原子钟数据预处理方法的研究；参考时间尺度TA'产生算法，以及UTC(NTSC)监控驾驭方法等方面的研究，提出了基于HHT的时间保持方法。.该方法首先将HHT用于的原子钟信号奇异点检测，并根据远程时间比对数据的特点，提出了基于时空滤波器的降噪方法，在提高比对精度的同时，又充分保留信号的局部特征；其次，分别以一台铯原子钟（Cs145）和一台氢钟（HM226）为例研究了原子钟的频率预报方法，提出了基于EMD分解的频率预报方法，与传统的原子钟频率预报方法相比较，该方法得到的预报频率更接近于原子钟真实速率；最后，利用时间保持实验系统，对选取的主钟频率源进行监控驾驭，获得实验系统时间（ST），实验结果表明：由时间保持实验系统产生的系统时间ST的准确度和稳定度均优于UTC(NTSC)的准确度和稳定度，达到了预期目标。