CN114859685B - 一种原子钟异常检测方法、系统、设备及计算机存储介质 - Google Patents

一种原子钟异常检测方法、系统、设备及计算机存储介质 Download PDF

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CN114859685B CN202210797177.3A CN202210797177A CN114859685B CN 114859685 B CN114859685 B CN 114859685B CN 202210797177 A CN202210797177 A CN 202210797177A CN 114859685 B CN114859685 B CN 114859685B
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Abstract

本申请公开了一种原子钟异常检测方法、系统、设备及计算机存储介质，获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，目标时刻与最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差；获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息；基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。本申请中，基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，实现了在无需初始化噪声矩阵的前提下即可对原子钟进行异常检测，效率高且准确性好。

Description

一种原子钟异常检测方法、系统、设备及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及原子钟技术领域，更具体地说，涉及一种原子钟异常检测方法、系统、设备及计算机存储介质。
背景技术
原子钟是一种利用原子、分子能极差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率，以使其输出标准频率信号的一种装置，其利用原子能级跃迁产生的光信号，通过光电转化、信号处理后获得用来修正晶振或激光器频率的负反馈纠偏信号，使其输出稳恒频率，这种输出频率可以用来精确计量时间。
随着原子钟的发展，原子钟已广泛应用于无线通信、卫星导航、航空航天、天文观测、时频测量等诸多领域，提供稳定可靠的高精度时频参考，成为保证各系统稳定运行的重要设备之一。原子钟最著名的应用是卫星导航系统。在全球导航卫星系统(GNSS)中，如GPS（Global Positioning System，全球定位系统）、北斗、GLONASS（全球卫星导航系统）或伽利略等，时频空间站和地面站都使用原子钟，使用户能够获得精确的位置和时间信息。然而，原子钟受到各种因素的影响，特别是在空间站中。星载原子钟的异常会严重损害系统输出信号的稳定性和可靠性，最终受害的是用户。即便是10ns的时间误差也会导致超过3m的定位误差，这对于一些高精度的用户是无法忍受的，因此快速、准确地识别星载原子钟异常非常重要。原子钟的异常可以包括两个方面，相位异常和频率异常。以往的检测方法大多基于卡尔曼去做一些改进，包括像自适应卡尔曼，卡尔曼新息外推等，但是这些方法都对系统噪声存在限制，系统噪声要符合高斯分布，并且涉及到噪声矩阵Q和R的准确初始化，一旦无法准确初始化，将引入较大的误差，甚至算法不收敛，使得现有原子钟异常检测的效率及准确性较差。
综上所述，如何提高原子钟异常检测的效率及准确性是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种原子钟异常检测方法，其能在一定程度上解决如何提高原子钟异常检测的效率及准确性的技术问题。本申请还提供了一种原子钟异常检测系统、设备及计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种原子钟异常检测方法，包括：
获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，所述历史状态信息包括所述原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；
基于所述历史状态信息预估所述目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，所述目标时刻与最后一个所述历史时刻间的时间差为预设时间差；
获取所述目标原子钟在所述目标时刻下的真实状态信息；
基于所述目标时刻下的所述真实状态信息及所述目标时刻下的所述预估状态信息检测所述目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。
优选的，所述基于所述历史状态信息预估所述目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，包括：
对所述历史状态信息进行分组，得到对应的历史状态信息组；
对于每组所述历史状态信息组，基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息；
其中，所述预估时刻与对应的所述历史状态组的最后一个所述历史时刻间的时间差为所述预设时间差。
优选的，所述基于所述目标时刻下的所述真实状态信息及所述目标时刻下的所述预估状态信息检测所述目标原子钟是否出现异常，包括：
获取每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的真实状态信息；
计算每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息与相应的所述真实状态信息间的偏差信息；
基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定异常检测量；
判断所述异常检测量是否超过预设门限值，若是，则生成表征所述目标原子钟异常的所述异常检测结果；若否，则生成表征所述目标原子钟正常的所述异常检测结果。
优选的，所述基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在于所述历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息，包括：
通过状态预估公式，基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息；
所述状态预估公式包括：
Figure 324536DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 710518DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 959096DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 823147DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，
Figure 840782DEST_PATH_IMAGE006
表示所述历史状态信息的开始时刻；
Figure 132086DEST_PATH_IMAGE007
表示所述历史状态信息组的最后时刻与所述历史状态信息的开始时刻间的时间差值；
Figure 867961DEST_PATH_IMAGE008
表示所述预设时间差；
Figure 768658DEST_PATH_IMAGE009
表示所述预估状态信息；
Figure 906378DEST_PATH_IMAGE010
表示所述目标原子钟在两个单位时刻间的状态转移量；
Figure 368584DEST_PATH_IMAGE011
表示所述目标原子钟的状态观测方式，
Figure 591755DEST_PATH_IMAGE012
表示与所述状态观测方式对应的状态观测结果；
Figure 797608DEST_PATH_IMAGE013
表示所述目标原子钟的原子钟状态，且
Figure 586573DEST_PATH_IMAGE014
的最小值等于
Figure 485258DEST_PATH_IMAGE015
。
优选的，所述计算每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息与相应的所述真实状态信息间的偏差信息，包括：
通过偏差信息计算公式，计算每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息与相应的所述真实状态信息间的所述偏差信息；
所述偏差信息计算公式包括：
Figure 930146DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，
Figure 674111DEST_PATH_IMAGE017
表示所述偏差信息。
优选的，所述基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定异常检测量，包括：
通过异常检测量计算公式，基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定所述异常检测量；
所述异常检测量计算公式包括：
Figure 284959DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 88967DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 286730DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 631124DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 597943DEST_PATH_IMAGE022
；
其中，
Figure 572852DEST_PATH_IMAGE023
表示所述异常检测量；
Figure 992332DEST_PATH_IMAGE024
表示所述历史状态信息组的总个数；
Figure 343679DEST_PATH_IMAGE025
表示所述历史状态信息中状态信息的总个数；
Figure 165004DEST_PATH_IMAGE026
表示所述目标原子钟的测量噪声；
Figure 74929DEST_PATH_IMAGE027
表示转置。
优选的，所述通过异常检测量计算公式，基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定所述异常检测量之前，还包括：
基于无偏修正增益矩阵的收敛信息确定
Figure 778443DEST_PATH_IMAGE028
的值；
所述无偏修正增益矩阵包括：
Figure 667902DEST_PATH_IMAGE029
；
其中，
Figure 343734DEST_PATH_IMAGE030
表示对
Figure 926025DEST_PATH_IMAGE031
时刻进行
Figure 320097DEST_PATH_IMAGE032
步预测时的所述无偏修正增益矩阵。
一种原子钟异常检测系统，包括：
第一获取模块，用于获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，所述历史状态信息包括所述原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；
第一预估模块，用于基于所述历史状态信息预估所述目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，所述目标时刻与最后一个所述历史时刻间的时间差为预设时间差；
第二获取模块，用于获取所述目标原子钟在所述目标时刻下的真实状态信息；
第一检测模块，用于基于所述目标时刻下的所述真实状态信息及所述目标时刻下的所述预估状态信息检测所述目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。
一种原子钟异常检测设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上任一所述原子钟异常检测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述原子钟异常检测方法的步骤。
本申请提供的一种原子钟异常检测方法，获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，目标时刻与最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差；获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息；基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。本申请中，根据原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息来预估目标原子钟在预设时间差之后的预估状态信息，并基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常来得到对应的异常检测结果，实现了在无需初始化噪声矩阵的前提下即可对原子钟进行异常检测，效率高且准确性好。本申请提供的一种原子钟异常检测系统、设备及计算机可读存储介质也解决了相应技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法的第一流程图；
图2为本申请中p步FIR的预测结构图；
图3为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法的第二流程图；
图4为本申请中类卡尔曼p步UFIR的迭代过程示意图；
图5为铯原子钟不同相位跳变下的检测效果图；
图6为铯原子钟不同频率跳变下的检测效果图；
图7为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测设备的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测设备的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法的第一流程图。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法，可以包括以下步骤：
步骤S101：获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息。
实际应用中，可以先获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，且历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息。需要说明的是，预设数量的值可以根据实际需要确定，且原子钟的状态信息可以包括原子钟的相位偏差、频率偏差、频漂等，本申请在此不做具体限定。
步骤S102：基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，目标时刻与最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差。
实际应用中，在获取待检测的目标原子钟的历史状态信息之后，便可以基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，且目标时刻与最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差，也即根据目标原子钟的历史状态信息来预估、目标原子钟在与最后一个历史时刻间相距预设时间差的目标时刻下的预估状态信息。
为便于理解，请参阅图2，假设历史时刻从
Figure 13247DEST_PATH_IMAGE033
到
Figure 543585DEST_PATH_IMAGE034
，预设数量为
Figure 93515DEST_PATH_IMAGE035
，预设时间差为
Figure 974883DEST_PATH_IMAGE036
，则目标时刻为
Figure 970259DEST_PATH_IMAGE037
，也即本申请实质是基于
Figure 355104DEST_PATH_IMAGE038
个历史状态信息来预估第
Figure 13618DEST_PATH_IMAGE039
步之后的状态信息。
在此过程中，若原子钟状态方程为：
Figure 382283DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 417235DEST_PATH_IMAGE041
；
对其进行
Figure 984482DEST_PATH_IMAGE038
点扩展后得到：
Figure 813898DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 574919DEST_PATH_IMAGE043
；
则目标时刻下的预估状态值可以表征为：
Figure 85665DEST_PATH_IMAGE044
；
其中，
Figure 445103DEST_PATH_IMAGE045
表示预估状态信息；
Figure 710999DEST_PATH_IMAGE046
表示目标原子钟在两个单位时刻间的状态转移量；
Figure 585414DEST_PATH_IMAGE047
表示目标原子钟的状态观测方式，
Figure 227748DEST_PATH_IMAGE048
表示与状态观测方式对应的状态观测结果。
步骤S103：获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息。
步骤S104：基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。
实际应用中，在基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息之后，便可以获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息，并基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。
需要说明的是，若目标原子钟未出现异常的话，其状态信息随时间的变换满足原子钟自身性质，所以可以根据历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，相应的，当目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息与预估状态信息不相符的话，便意味着目标原子钟出现了异常。
本申请提供的一种原子钟异常检测方法，获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，目标时刻与最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差；获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息；基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。本申请中，根据原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息来预估目标原子钟在预设时间差之后的预估状态信息，并基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常来得到对应的异常检测结果，实现了在无需初始化噪声矩阵的前提下即可对原子钟进行异常检测，效率高且准确性好。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法的第二流程图。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法，可以包括以下步骤：
步骤S201：获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息。
步骤S202：对历史状态信息进行分组，得到对应的历史状态信息组。
步骤S203：对于每组历史状态信息组，基于历史状态信息组预估目标原子钟在与历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息；其中，预估时刻与对应的历史状态组的最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差。
实际应用中，在基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息的过程中，可以基于分组方式多次对历史状态信息进行预测，并根据相应的预测结果来决定目标原子钟最终的异常检测结果，也即可以对历史状态信息进行分组，得到对应的历史状态信息组；对于每组历史状态信息组，基于历史状态信息组预估目标原子钟在与历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息，且预估时刻与对应的历史状态组的最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差，这样，最后一组历史状态信息组所对应的预估状态信息便是目标时刻下的预估状态信息。
为便于理解，请参阅图4，假设
Figure 205806DEST_PATH_IMAGE049
表示历史状态信息的开始时刻；
Figure 642604DEST_PATH_IMAGE050
表示历史状态信息组的最后时刻与历史状态信息的开始时刻间的时间差值；
Figure 941998DEST_PATH_IMAGE051
表示预设时间差；
Figure 122443DEST_PATH_IMAGE052
表示中间变量，且
Figure 456473DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 860909DEST_PATH_IMAGE054
表示预估状态信息；
Figure 913179DEST_PATH_IMAGE055
表示目标原子钟在两个单位时刻间的状态转移量；
Figure 631736DEST_PATH_IMAGE056
表示目标原子钟的状态观测方式，
Figure 85851DEST_PATH_IMAGE057
表示与状态观测方式对应的状态观测结果；
Figure 97407DEST_PATH_IMAGE058
表示目标原子钟的原子钟状态，且
Figure 636973DEST_PATH_IMAGE059
的最小值等于
Figure 159221DEST_PATH_IMAGE060
；公式Eq.（1）也即前面所述的目标时刻下的预估状态值的运算公式：
Figure 467843DEST_PATH_IMAGE061
；则基于历史状态信息组预估目标原子钟在于历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息的过程中，可以：
通过状态预估公式，基于历史状态信息组预估目标原子钟在与历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息；
状态预估公式包括：
Figure 214082DEST_PATH_IMAGE062
；
Figure 975365DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure 301304DEST_PATH_IMAGE064
；
Figure 198853DEST_PATH_IMAGE065
。
需要说明的是，
Figure 319255DEST_PATH_IMAGE066
表示与
Figure 331949DEST_PATH_IMAGE067
相距
Figure 195999DEST_PATH_IMAGE068
步之后的
Figure 10372DEST_PATH_IMAGE069
时的预估状态信息，其余相似参数的解释与此类似，在此不再赘述；
Figure 567255DEST_PATH_IMAGE070
的值可以根据实际需要确定，比如
Figure 37551DEST_PATH_IMAGE071
的值可以3等，本申请在此不做具体限定。此外，由此可知，本申请实现了对原子钟的状态信息进行类卡尔曼
Figure 705292DEST_PATH_IMAGE072
步UFIR（Unbiased Finite Impulse ResponseFiltering）预测。
步骤S204：获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息。
步骤S205：获取每组历史状态信息组对应的预估时刻下的真实状态信息。
步骤S206：计算每组历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息与相应的真实状态信息间的偏差信息。
步骤S207：基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量。
步骤S208：判断异常检测量是否超过预设门限值，若是，则执行步骤S209；若否，则执行步骤S210。
步骤S209：生成表征目标原子钟异常的异常检测结果。
步骤S210：生成表征目标原子钟正常的异常检测结果。
实际应用中，在基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常的过程中，可以获取每组历史状态信息组对应的预估时刻下的真实状态信息；计算每组历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息与相应的真实状态信息间的偏差信息；基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量；判断异常检测量是否超过预设门限值，若是，则生成表征目标原子钟异常的异常检测结果；若否，则生成表征目标原子钟正常的异常检测结果。需要说明的是，本申请中预设门限值可以根据具体应用场景来灵活选取，本申请在此不做具体限定。
具体应用场景中，在计算每组历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息与相应的真实状态信息间的偏差信息的过程中，可以通过偏差信息计算公式，计算每组历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息与相应的真实状态信息间的偏差信息；
偏差信息计算公式可以包括：
Figure 577433DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，
Figure 305218DEST_PATH_IMAGE017
表示所述偏差信息。
具体应用场景中，在基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量的过程中，可以通过异常检测量计算公式，基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量；
异常检测量计算公式可以包括：
Figure 528389DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 530980DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 21742DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 654848DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 99736DEST_PATH_IMAGE022
；
其中，
Figure 109281DEST_PATH_IMAGE023
表示所述异常检测量；
Figure 221593DEST_PATH_IMAGE024
表示所述历史状态信息组的总个数；
Figure 822339DEST_PATH_IMAGE025
表示所述历史状态信息中状态信息的总个数；
Figure 20102DEST_PATH_IMAGE026
表示所述目标原子钟的测量噪声；
Figure 567758DEST_PATH_IMAGE027
表示转置。
需要说明的是，具体应用场景中，在通过异常检测量计算公式，基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量之前，还可以基于无偏修正增益矩阵的收敛信息确定
Figure 236374DEST_PATH_IMAGE028
的值，也即基于无偏修正增益矩阵的收敛信息来确定预设数量的值；无偏修正增益矩阵包括：
Figure 8021DEST_PATH_IMAGE029
；其中，
Figure 693080DEST_PATH_IMAGE030
表示对
Figure 247690DEST_PATH_IMAGE031
时刻进行
Figure 865753DEST_PATH_IMAGE032
步预测时的所述无偏修正增益矩阵。此外，在确定
Figure 277143DEST_PATH_IMAGE032
及
Figure 183919DEST_PATH_IMAGE073
的值时，可以通过给定的恒虚警概率来确定
Figure 73377DEST_PATH_IMAGE032
及
Figure 749209DEST_PATH_IMAGE073
的值等，本申请在此不做具体限定。
为便于理解，现结合仿真过程来对本申请提供的方法进行说明，假设目标原子钟为铯原子钟，应用本申请方法对铯原子钟进行相位跳变仿真及频率跳变仿真，仿真结果如图5和图6所示，并结合100次的蒙特卡洛试验统计结果，发现理论概率和统计结果接近，验证了本申请方法的理论正确性，此外，可以发现，存在频率跳变或相位跳变时，异常处检测统计值增加并超过检测门限，说明本申请方法可用于原子钟的异常检测；本申请方法和现有改进的卡尔曼新息外推积累方法对相位跳变或频率跳变的检测都是有效的，但本申请方法对弱跳跃更敏感，表现为异常处的检测统计量更大；本申请方法可以同时检测微弱频率和相位跳变，而卡尔曼新息外推积累法不能；本申请方法在每处检测统计量都大于卡尔曼方法，但无异常时不大于检测阈值，异常时远大于检测阈值，其有利于异常检测。还需说明的是，请参阅表1，对本申请方法和现有卡尔曼相关改进方法进行比较后可知本申请方法无需对系统噪声进行初始化，资料消耗量少。
表1 本申请方法和现有卡尔曼相关改进方法的比较结果
卡尔曼相关改进方法 本申请的类卡尔曼p步UFIR算法
最优性 最优估计 无偏估计
初始条件
Figure 564456DEST_PATH_IMAGE074
 自估计
系统噪声 高斯 任意
需要的变量 Q, R N
计算复杂度 低 中等
计算时间 快 中等（比卡尔曼慢N倍）
算法占用资源 小 中等（比卡尔曼大N倍）
请参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统的结构示意图。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，可以包括：
第一获取模块101，用于获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，历史状态信息包括原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；
第一预估模块102，用于基于历史状态信息预估目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，目标时刻与最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差；
第二获取模块103，用于获取目标原子钟在目标时刻下的真实状态信息；
第一检测模块104，用于基于目标时刻下的真实状态信息及目标时刻下的预估状态信息检测目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，第一预估模块可以包括：
第一分组单元，用于对历史状态信息进行分组，得到对应的历史状态信息组；
第一预估单元，用于对于每组历史状态信息组，基于历史状态信息组预估目标原子钟在与历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息；
其中，预估时刻与对应的历史状态组的最后一个历史时刻间的时间差为预设时间差。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，第一检测模块可以包括：
第一获取单元，用于获取每组历史状态信息组对应的预估时刻下的真实状态信息；
第一计算单元，用于计算每组历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息与相应的真实状态信息间的偏差信息；
第一确定单元，用于基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量；
第一判断单元，用于判断异常检测量是否超过预设门限值，若是，则生成表征目标原子钟异常的异常检测结果；若否，则生成表征目标原子钟正常的异常检测结果。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，第一预估单元可以具体用于：通过状态预估公式，基于历史状态信息组预估目标原子钟在与历史状态组对应的预估时刻下的预估状态信息；
状态预估公式包括：
Figure 958529DEST_PATH_IMAGE075
；
Figure 448416DEST_PATH_IMAGE076
；
Figure 244333DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 997526DEST_PATH_IMAGE077
；
其中，
Figure 878894DEST_PATH_IMAGE006
表示所述历史状态信息的开始时刻；
Figure 110155DEST_PATH_IMAGE007
表示所述历史状态信息组的最后时刻与所述历史状态信息的开始时刻间的时间差值；
Figure 495000DEST_PATH_IMAGE008
表示所述预设时间差；
Figure 419094DEST_PATH_IMAGE009
表示所述预估状态信息；
Figure 286294DEST_PATH_IMAGE010
表示所述目标原子钟在两个单位时刻间的状态转移量；
Figure 321246DEST_PATH_IMAGE011
表示所述目标原子钟的状态观测方式，
Figure 826176DEST_PATH_IMAGE012
表示与所述状态观测方式对应的状态观测结果；
Figure 921171DEST_PATH_IMAGE013
表示所述目标原子钟的原子钟状态，且
Figure 777132DEST_PATH_IMAGE014
的最小值等于
Figure 146933DEST_PATH_IMAGE015
。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，第一计算单元可以具体用于：通过偏差信息计算公式，计算每组历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息与相应的真实状态信息间的偏差信息；
偏差信息计算公式包括：
Figure 771950DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，
Figure 37846DEST_PATH_IMAGE017
表示所述偏差信息。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，第一确定单元可以具体用于：通过异常检测量计算公式，基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量；
异常检测量计算公式包括：
Figure 849944DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 990813DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 470336DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 703871DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 268845DEST_PATH_IMAGE022
；
其中，
Figure 183711DEST_PATH_IMAGE023
表示所述异常检测量；
Figure 783320DEST_PATH_IMAGE024
表示所述历史状态信息组的总个数；
Figure 125440DEST_PATH_IMAGE025
表示所述历史状态信息中状态信息的总个数；
Figure 177709DEST_PATH_IMAGE026
表示所述目标原子钟的测量噪声；
Figure 896266DEST_PATH_IMAGE027
表示转置。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统，还可以包括：
第二确定单元，用于第一确定单元通过异常检测量计算公式，基于所有历史状态信息组的偏差信息确定异常检测量之前，基于无偏修正增益矩阵的收敛信息确定
Figure 184854DEST_PATH_IMAGE028
的值；
无偏修正增益矩阵包括：
Figure 963454DEST_PATH_IMAGE029
；
其中，
Figure 299758DEST_PATH_IMAGE030
表示对
Figure 822006DEST_PATH_IMAGE031
时刻进行
Figure 130628DEST_PATH_IMAGE032
步预测时的所述无偏修正增益矩阵。
本申请还提供了一种原子钟异常检测设备及计算机可读存储介质，其均具有本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法具有的对应效果。请参阅图8，图8为本申请实施例提供的一种原子钟异常检测设备的结构示意图。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测设备，包括存储器201和处理器202，存储器201中存储有计算机程序，处理器202执行计算机程序时实现如上任一实施例所描述原子钟异常检测方法的步骤。
请参阅图9，本申请实施例提供的另一种原子钟异常检测设备中还可以包括：与处理器202连接的输入端口203，用于传输外界输入的命令至处理器202；与处理器202连接的显示单元204，用于显示处理器202的处理结果至外界；与处理器202连接的通信模块205，用于实现原子钟异常检测设备与外界的通信。显示单元204可以为显示面板、激光扫描使显示器等；通信模块205所采用的通信方式包括但不局限于移动高清链接技术（HML）、通用串行总线（USB）、高清多媒体接口（HDMI）、无线连接：无线保真技术（WiFi）、蓝牙通信技术、低功耗蓝牙通信技术、基于IEEE802.11s的通信技术。
本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上任一实施例所描述原子钟异常检测方法的步骤。
本申请所涉及的计算机可读存储介质包括随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
本申请实施例提供的一种原子钟异常检测系统、设备及计算机可读存储介质中相关部分的说明请参见本申请实施例提供的一种原子钟异常检测方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种原子钟异常检测方法，其特征在于，包括：
获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，所述历史状态信息包括所述原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；
基于所述历史状态信息预估所述目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，所述目标时刻与最后一个所述历史时刻间的时间差为预设时间差；
获取所述目标原子钟在所述目标时刻下的真实状态信息；
基于所述目标时刻下的所述真实状态信息及所述目标时刻下的所述预估状态信息检测所述目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果；
其中，所述基于所述历史状态信息预估所述目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，包括：
对所述历史状态信息进行分组，得到对应的历史状态信息组；
对于每组所述历史状态信息组，基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息；
其中，所述预估时刻与对应的所述历史状态信息组的最后一个所述历史时刻间的时间差为所述预设时间差；
其中，所述基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息，包括：
通过状态预估公式，基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息；
所述状态预估公式包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示所述历史状态信息的开始时刻；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示所述历史状态信息组的最后时刻与所述历史状态信息的开始时刻间的时间差值；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示所述预设时间差；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示所述预估状态信息；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示所述目标原子钟在两个单位时刻间的状态转移量；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示所述目标原子钟的状态观测方式，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示与所述状态观测方式对应的状态观测结果；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表示所述目标原子钟的原子钟状态的个数值，且
Figure DEST_PATH_IMAGE026
的最小数值等于
Figure DEST_PATH_IMAGE028
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标时刻下的所述真实状态信息及所述目标时刻下的所述预估状态信息检测所述目标原子钟是否出现异常，包括：
获取每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的真实状态信息；
计算每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息与相应的所述真实状态信息间的偏差信息；
基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定异常检测量；
判断所述异常检测量是否超过预设门限值，若是，则生成表征所述目标原子钟异常的所述异常检测结果；若否，则生成表征所述目标原子钟正常的所述异常检测结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息与相应的所述真实状态信息间的偏差信息，包括：
通过偏差信息计算公式，计算每组所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息与相应的所述真实状态信息间的所述偏差信息；
所述偏差信息计算公式包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示所述偏差信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定异常检测量，包括：
通过异常检测量计算公式，基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定所述异常检测量；
所述异常检测量计算公式包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure DEST_PATH_IMAGE038
；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
表示所述异常检测量；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
表示所述历史状态信息组的总个数；
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表示所述历史状态信息中状态信息的总个数；
Figure DEST_PATH_IMAGE050
表示所述目标原子钟的测量噪声；
Figure DEST_PATH_IMAGE052
表示转置。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过异常检测量计算公式，基于所有所述历史状态信息组的所述偏差信息确定所述异常检测量之前，还包括：
基于无偏修正增益矩阵的收敛信息确定
Figure DEST_PATH_IMAGE054
的值；
所述无偏修正增益矩阵包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
表示对
Figure DEST_PATH_IMAGE060
时刻进行所述预设时间差预测时的所述无偏修正增益矩阵；
Figure 903179DEST_PATH_IMAGE048
表示所述历史状态信息中状态信息的总个数。
6.一种原子钟异常检测系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取待检测的目标原子钟的历史状态信息，所述历史状态信息包括所述原子钟在预设数量个历史时刻下的状态信息；
第一预估模块，用于基于所述历史状态信息预估所述目标原子钟在目标时刻下的预估状态信息，所述目标时刻与最后一个所述历史时刻间的时间差为预设时间差；
第二获取模块，用于获取所述目标原子钟在所述目标时刻下的真实状态信息；
第一检测模块，用于基于所述目标时刻下的所述真实状态信息及所述目标时刻下的所述预估状态信息检测所述目标原子钟是否出现异常，得到对应的异常检测结果；
其中，所述第一预估模块包括：
第一分组单元，用于对所述历史状态信息进行分组，得到对应的历史状态信息组；
第一预估单元，用于对于每组所述历史状态信息组，基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态信息组对应的预估时刻下的预估状态信息；
其中，所述预估时刻与对应的所述历史状态信息组的最后一个所述历史时刻间的时间差为所述预设时间差；
其中，所述第一预估单元用于：通过状态预估公式，基于所述历史状态信息组预估所述目标原子钟在与所述历史状态信息组对应的所述预估时刻下的所述预估状态信息；
所述状态预估公式包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE061
；
Figure DEST_PATH_IMAGE062
；
Figure DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
；
其中，
Figure 679374DEST_PATH_IMAGE010
表示所述历史状态信息的开始时刻；
Figure 491735DEST_PATH_IMAGE012
表示所述历史状态信息组的最后时刻与所述历史状态信息的开始时刻间的时间差值；
Figure 152523DEST_PATH_IMAGE014
表示所述预设时间差；
Figure 498054DEST_PATH_IMAGE016
表示所述预估状态信息；
Figure 586096DEST_PATH_IMAGE018
表示所述目标原子钟在两个单位时刻间的状态转移量；
Figure 384287DEST_PATH_IMAGE020
表示所述目标原子钟的状态观测方式，
Figure 848767DEST_PATH_IMAGE022
表示与所述状态观测方式对应的状态观测结果；
Figure 48804DEST_PATH_IMAGE024
表示所述目标原子钟的原子钟状态的个数值，且
Figure 307747DEST_PATH_IMAGE026
的最小数值等于
Figure 593235DEST_PATH_IMAGE028
。
7.一种原子钟异常检测设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述原子钟异常检测方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述原子钟异常检测方法的步骤。
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