面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法、系统及设备

1.一种面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，所述弹性时间尺度生成方法包括：步骤1，时间尺度参数初始化：构建时间尺度生成的弹性因子图模型并初始化生成状态一致的主时间尺度和备时间尺度；步骤2，自动或手动进行钟组操作；步骤3，基于钟组操作后的钟组变化情况进行钟组时差更新；步骤4，时间尺度模型更新：若钟组无变化，根据当前的钟组时差与钟组配置进行弹性因子图模型更新；若钟组变化，根据钟组操作结果更新备时间尺度的钟组配置，同时计算并累积主时间尺度和备时间尺度之间的时差，并判断钟组变化时长是否满足预设的累积时长；若不满足，根据当前的主时间尺度和备时间尺度之间的时差与钟组配置进行弹性因子图模型更新；若满足，先基于累积的时差结果进行时间尺度的时差和频率偏差的估计与补偿，然后根据钟组操作结果更新主时间尺度的钟组配置，并在利用钟组配置更新后的主时间尺度进行备时间尺度的初始化，维持主时间尺度和备时间尺度的一致性后，得到主时间尺度和备时间尺度之间优化调整的时差结果并联合当前的钟组配置，对所述弹性因子图模型进行更新；步骤5，时间尺度计算：通过求解更新后的弹性因子图模型，生成更新后的主时间尺度和备时间尺度并计算更新后的主时间尺度和备时间尺度的时差，并将更新后的主时间尺度作为面向原子钟组变化的弹性时间尺度输出。 2.根据权利要求1所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，构建时间尺度生成的弹性因子图模型并初始化生成状态一致的主时间尺度和备时间尺度，包括：构建单状态变量Kalman滤波器时间尺度算法的状态方程和观测方程，分别表示为： ；其中， 是钟组在 k 时刻的时差，上标 T 表示转置， 是钟组中第 i 台原子钟的时差且 ， 为原子钟数量； 是状态转移矩阵； 是钟组的过程噪声， 是钟组中第 i 台原子钟的过程噪声； 是钟组在 k 时刻的观测时差； 为观测矩阵； 是观测噪声， 是第 i 组时差的观测噪声，各组时差的观测噪声之间相互独立且 ；状态转移矩阵 、过程噪声协方差矩阵 、观测矩阵 和观测噪声协方差矩阵 分别表示如下： ；其中， 为单位矩阵；第 i 台原子钟的过程状态噪声方差 ， 表示第 i 台原子钟的阿伦方差， 为虚拟Kalman采样间隔； 为 的噪声协方差；通过将单状态变量Kalman滤波器时间尺度算法的状态方程和观测方程分别转换为因子图中的状态因子和观测因子，将状态变量转换为变量节点，以及将估计误差的协方差转换为先验因子，构建得到时间尺度生成的弹性因子图模型，表示为： ；其中，弹性因子图模型由变量节点、状态因子、观测因子和先验因子构成，所述变量节点对应状态变量，状态因子对应于连接相邻时刻状态变量的状态转移约束，观测因子对应于连接状态变量与观测值的Kalman传感器观测约束，先验因子对应于Kalman滤波器中估计误差的协方差；其中，当钟组变化时，所述弹性因子图模型通过增加或删除对应原子钟的因子进行更新；设置时间尺度初始参数，包括初始化原子钟组配置、设置时间尺度的初始相位和准确度、各台原子钟的初始时差、估计误差的协方差以及设定钟组变化的累积时长；基于所述弹性因子图模型和时间尺度初始参数，初始化生成状态一致的主时间尺度和备时间尺度。 3.根据权利要求1所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，基于钟组操作后的钟组变化情况进行钟组时差更新，包括：基于钟组操作结果判断钟组变化情况，若钟组无变化，直接进入步骤4；若原子钟增加，在钟组时差中添加新增原子钟的时差后，进入步骤4；若原子钟剔除，判断钟组变化时长是否满足预设的累积时长，若不满足，认为剔除操作未完成，基于原子钟的状态估计结果预报待剔除原子钟的时差，并在钟组时差中添加预报时差后，进入步骤4；否则，认为剔除操作完成并进入步骤4。 4.根据权利要求3所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，所述累积时长由原子钟时差预报的精度和基于主时间尺度和备时间尺度的时差进行最小二乘估计得到的频率偏差的准确度确定，表示为： ；其中， 为加权结果， 为累积时长的加权系数， 为原子钟时差预报精度的权重， 为频率偏差估计准确度的权重； 、 、 分别满足以下约束： ；其中， 为累积时长， 是一个为1.345的常数门限， 是原子钟时差的预报精度， 是 的归一化因子； 是频率偏差估计的准确度， 是 的归一化因子；当 最小时，此时对应的 为预设的累积时长。 5.根据权利要求1所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，根据钟组操作结果更新备时间尺度的钟组配置，包括：获取钟组变化前的备时间尺度的状态变量和估计误差协方差矩阵；若为原子钟 i 增加，在状态变量中添加基于原子钟的状态估计结果预报的原子钟 i 的时差，构建得到新的初始状态变量，并在估计误差协方差矩阵中增加估计误差协方差矩阵对角元素的均值作为新的初始估计误差协方差矩阵；若为原子钟 i 剔除，在状态变量中剔除原子钟 i 的值，构建得到新的初始状态变量，并在估计误差协方差矩阵中剔除原子钟 i 对应的值，构建得到新的初始估计误差协方差矩阵。 6.根据权利要求1所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，基于累积的时差结果进行时间尺度的时差和频率偏差的估计与补偿，包括：基于累积的时差结果进行最小二乘估计，得到主时间尺度和备时间尺度之间的时差和频率偏差的跳变值，并将跳变值补偿至时间尺度的初始相位和准确度中，实现时间尺度时差和频率偏差的补偿。 7.根据权利要求1所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，根据钟组操作结果更新主时间尺度的钟组配置，包括：获取钟组变化前的主时间尺度的状态变量和估计误差协方差矩阵；若为原子钟 i 增加，在状态变量中添加Kalman滤波器通过 组观测时差估计出的原子钟 i 的时差，构建得到新的初始状态变量，并在估计误差协方差矩阵中增加估计误差协方差矩阵对角元素的均值作为新的初始估计误差协方差矩阵；若为原子钟 i 剔除，在状态变量中剔除原子钟 i 的值，构建得到新的初始状态变量，并在估计误差协方差矩阵中剔除原子钟 i 对应的值，构建得到新的初始估计误差协方差矩阵；其中，Kalman滤波器通过 组观测时差估计出的原子钟 i 的时差，表示为 ，迭代计算步骤表示为： ；其中， 为钟组在 k -1时刻的时差的估计值， 为钟组在 k -1时刻对 k 时刻的时差的预测值， 为状态转移矩阵； 为 k -1时刻钟组时差的估计误差矩阵， 为 k 时刻钟组时差的预测误差矩阵； 为过程噪声协方差矩阵； 为 k 时刻的Kalman滤波器增益， 为观测矩阵， 为观测噪声协方差矩阵， 是钟组在 k 时刻的观测时差， 为单位矩阵，上标 T 表示转置。 8.根据权利要求1或5所述的面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成方法，其特征在于，所述弹性时间尺度生成方法还包括：步骤6，原子钟状态估计：利用2状态Kalman滤波器或3状态Kalman滤波器进行原子钟状态估计，并基于原子钟的状态估计结果预报原子钟时差；其中，2状态Kalman滤波器的状态转移矩阵 、过程噪声协方差矩阵 、观测矩阵 和观测噪声协方差矩阵 分别表示如下： ；3状态Kalman滤波器的状态转移矩阵 、过程噪声协方差矩阵 、观测矩阵 和观测噪声协方差矩阵 分别表示如下： ；其中， 为时间采样间隔； 为原子钟 i 的观测噪声标准差， 、 和 为噪声参数，一般采用阿伦方差反演的方法获得噪声参数的具体数值。 9.一种面向原子钟组变化的弹性时间尺度生成系统，其特征在于，所述系统包括：时间尺度参数初始化模块，用于构建时间尺度生成的弹性因子图模型并初始化生成状态一致的主时间尺度和备时间尺度；钟组操作模块，用于自动或手动进行钟组操作；钟组时差更新模块，用于基于钟组操作后的钟组变化情况进行钟组时差更新；时间尺度模型更新模块，用于若钟组无变化，根据当前的钟组时差与钟组配置进行弹性因子图模型更新；若钟组变化，根据钟组操作结果更新备时间尺度的钟组配置，同时计算并累积主时间尺度和备时间尺度之间的时差，并判断钟组变化时长是否满足预设的累积时长；若不满足，根据当前的主时间尺度和备时间尺度之间的时差与钟组配置进行弹性因子图模型更新；若满足，先基于累积的时差结果进行时间尺度的时差和频率偏差的估计与补偿，然后根据钟组操作结果更新主时间尺度的钟组配置，并在利用钟组配置更新后的主时间尺度进行备时间尺度的初始化，维持主时间尺度和备时间尺度的一致性后，得到主时间尺度和备时间尺度之间优化调整的时差结果并联合当前的钟组配置，对所述弹性因子图模型进行更新；时间尺度计算模块，用于通过求解更新后的弹性因子图模型，生成更新后的主时间尺度和备时间尺度并计算更新后的主时间尺度和备时间尺度的时差，并将更新后的主时间尺度作为面向原子钟组变化的弹性时间尺度输出。 10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述弹性时间尺度生成方法的步骤。