1.一种基于模型预测的星载时钟驾驭方法,其特征在于,所述方法包括:根据预先构建的高精度时钟模型及历史钟差数据进行状态估计,得到预测区间内每一时刻的时钟状态;所述预测区间的下界为当前驾驭时刻,上界为滚动长度;根据所述预测区间内每一时刻的时钟状态以及权重矩阵构建二次型代价函数,利用数值求解最小化二次型代价函数,输出当前驾驭时刻的初步控制量,利用微分控制量和微分系数对控制量进行优化,得到最优控制量,基于滚动优化逐步计算每个时刻的最优控制量;根据预测区间内未来时刻对应的钟差数据得到待调整钟差序列,根据当前驾驭时刻的最优控制量、相邻两次钟差的时间间隔对待调整钟差序列进行相位调整,得到调整后的钟差序列,按照时序迭代更新钟差序列,实现星载时钟驾驭。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,构建高精度时钟模型的步骤包括:根据上一时刻的钟差数据构建趋势项模型;获取历史钟差数据,根据所述趋势项模型从历史钟差数据中去除趋势项,得到去趋势后的历史钟差数据;对去趋势后的历史钟差数据进行频谱分析,采用快速傅里叶变换方法提取频率,使用最小二乘拟合估计频率的幅度和相位,构建周期项模型;根据所述周期项模型从去趋势后的历史钟差数据中去除周期项,得到对应的历史残差数据;获取预训练的残差预测模型,将历史残差数据和历史驾驭调整量输入所述预训练的残差预测模型,得到未来时刻的残差数据,根据预测得到的残差数据构建不确定项模型;根据所述趋势项模型、周期项模型和不确定项模型构建高精度时钟模型。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述高精度时钟模型为:其中, 代表当前钟差, 代表上一时刻的已有钟差, 代表频率偏差, 代表频率漂移, 代表周期项, 代表不确定项, 代表五种随着时间变化的幂律谱噪声的叠加。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据预先构建的高精度时钟模型及历史钟差数据进行状态估计,得到预测区间内每一时刻的时钟状态包括:遍历预测区间,利用卡尔曼滤波算法对当前遍历时刻的上一时刻的钟差数据进行处理,基于高精度时钟模型得到当前遍历时刻的时钟状态,直至预测区间内每一时刻遍历完成时,停止遍历,输出预测区间内每一时刻的时钟状态。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述预测区间内每一时刻的时钟状态以及权重矩阵构建二次型代价函数包括:根据所述预测区间内每一时刻的时钟状态以及权重矩阵构建二次型代价函数为: ; ; ;其中, 为二次型代价函数, 为 时刻预测区间中第 个时刻的时钟状态, 为末端状态权重矩阵, 为 时刻的状态误差权重矩阵, 为 时刻的控制量权重矩阵, 为 时刻预测区间中第 个时刻的控制量, , 为预测区间长度,预测区间为 , 表示转置运算。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用微分控制量和微分系数对控制量进行优化,得到最优控制量包括:根据时钟状态变化率得到微分控制量,利用微分系数对微分控制量进行加权再与控制量融合,并利用二分法对微分系数进行寻优,根据寻优结果得到最优控制量为:其中, 为最优控制量, 为控制量, 为微分系数, 为微分控制量。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据当前驾驭时刻的新的最优控制量、相邻两次钟差的时间间隔对待调整钟差序列进行相位调整,得到调整后的钟差序列包括:根据当前驾驭时刻的最优控制量、相邻两次钟差的时间间隔对待调整钟差序列进行相位调整,得到调整后的钟差序列为: ;其中, 为调整后的钟差序列, 为待调整钟差序列, 为 时刻的最优控制量, 为相邻两次钟差的时间间隔, 为预测区间长度。
8.一种基于模型预测的星载时钟驾驭装置,其特征在于,所述装置包括:状态估计模块,用于根据预先构建的高精度时钟模型及历史钟差数据进行状态估计,得到预测区间内每一时刻的时钟状态;所述预测区间的下界为当前驾驭时刻,上界为滚动长度;控制量优化模块,用于根据所述预测区间内每一时刻的时钟状态以及权重矩阵构建二次型代价函数,采用数值求解方法最小化二次型代价函数,输出当前驾驭时刻的控制量,利用微分控制量和微分系数对控制量进行优化,得到最优控制量;时钟驾驭模块,用于根据预测区间内未来时刻对应的钟差数据得到待调整钟差序列,根据当前驾驭时刻的最优控制量、相邻两次钟差的时间间隔对待调整钟差序列进行相位调整,得到调整后的钟差序列,按照时序迭代更新钟差序列,实现星载时钟驾驭。
9.一种应用于权利要求1-7任一项所述的基于模型预测的星载时钟驾驭方法的系统,其特征在于,所述系统包括上位机、星载时钟、数模转换器和压控晶振;所述上位机根据所述钟差数据和高精度时钟模型进行状态估计,得到预测区间内每一时刻的时钟状态,根据所述预测区间内每一时刻的时钟状态以及权重矩阵构建二次型代价函数,采用数值求解方法最小化二次型代价函数,输出当前驾驭时刻的控制量,利用微分控制量和微分系数对控制量进行优化,得到最优控制量;所述预测区间的下界为当前驾驭时刻,上界为滚动长度;所述数模转换器用于将上位机输出的最优控制量转换为模拟电压信号,并输出至所述压控晶振;所述压控晶振用于根据所述模拟电压信号生成相应的最优频率调整量;所述星载时钟用于对所述最优频率调整量进行时间累积,转换为钟差调整量,根据所述钟差调整量进行时钟驾驭。