一种传输时延和传输距离测量系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种传输时延和传输距离测量系统及方法，该系统包括：发射单元，用于产生频率可调的传输信号，并将其发射进入传输媒介；反射单元，用于在该传输媒介远端反射该传输信号；鉴相单元，用于对发射和传回的传输信号进行相位鉴别，产生误差信号；锁频单元，用于利用该误差信号产生控制信号，将该控制信号输入该发射单元控制其发射传输信号的频率，使传输信号频率锁定于传输时延；测量单元，用于记录该误差信号，并测量传输信号的频率，获得传输时延和传输距离，通过本发明专利技术，可大大提高传输时延与传输距离的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传输时延测量和传输距离测量领域，特别是涉及一种传输时延和传输距离测量系统和方法。
技术介绍
当信号通过某一传输系统或网络时，其输出信号相对于输入信号将不可避免的产生一定的时间延迟。对于通信系统，传输的时延特性在很大程度上决定了传输信号的线性失真情况。此外，距离的测量通常依赖于时间延迟的测量。因此，传输时延的测量准确度在航天测控、导航定位、数字通信等诸多领域中起着关键作用。时延测量技术发展的历史可追溯到20世纪30年代。美国的H.Nyquist和S.Brand等人在《BSTJ》杂志上发表了关于时延测量的论文，文章论述了群时延的物理意义和测量方法。近年来，随着电子技术的迅速发展和广泛应用，出现了许多新的信号传输系统。时延的测量理论和测量方法日臻完善，各种测量仪器相继问世。目前，时延的测量根据其基本原理主要可归为时域的测量和频域的测量。时域的时延测量是较为传统的测量方法，且一直沿用至今，典型的有时间间隔计数器、光时域反射计等，其主要原理为通过传输脉冲信号引入时间延迟，测量其传输前后的时间间隔，受限于传输系统的非线性效应和脉冲宽度，该测量方法精度较低，测量范围较小；频域的时延测量应运而生，最为常用的是网络分析仪，其测量原理是根据系统的相频响应曲线求取群时延特性，而矢量信号分析仪，则是通过对双通道的傅里叶变换和互相关运算，由相关数值的峰值位置确定信号时延差，频域的时延测量具有更高精度和更大范围，但系统通常较为复杂，操作也更繁琐。同时，随着越来越多样的传输系统和工作模式的出现，对时延测量的准确度、测试手段的多样化等均提出了更高的要求。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种传输时延和传输距离测量系统和方法，其利用相位鉴别将微波信号的频率锁定于传输时延，进而通过频率测量间接获得传输时延和传输距离，大大提高了传输时延与传输距离的测量精度。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种传输时延和传输距离测量系统，包括：发射单元，用于产生频率可调的传输信号，并将其发射进入传输媒介；反射单元，用于在该传输媒介远端反射该传输信号；鉴相单元，用于对发射和传回的传输信号进行相位鉴别，产生误差信号；锁频单元，用于利用该误差信号产生控制信号，将该控制信号输入该发射单元控制其发射传输信号的频率，使传输信号频率锁定于传输时延；测量单元，用于记录该误差信号，并测量传输信号的频率，获得传输时延和传输距离。进一步地，该发射单元先后以不同频率发射传输信号，经发射、相位鉴别分别产生误差信号，该锁频单元利用先后获得的误差信号分别产生控制信号至发射单元，以分别控制该发射单元发射传输信号的频率，使传输信号的频率锁定于传输时延。进一步地，该锁频单元根据该误差信号产生控制信号，反馈控制该发射单元发射的传输信号的频率，使传输时延引起的相位延迟为90度的奇数倍m，从而使误差信号为0，将传输信号的频率锁定于传输时延，为第一锁定频率f1；在频率没有锁定的状态下，由该发射单元改变发射传输信号的频率，该锁频单元根据该鉴相单元产生的误差信号，反馈控制该发射单元发射的传输信号的频率，使传输时延引起的相位延迟为90度的奇数倍n，n不等于m，从而使误差信号为0，使传输信号的频率再次锁定于传输时延，为第二锁定频率f2。进一步地，该测量单元在该发射单元改变发射传输信号的频率、以一定步长从第一锁定频率f1扫频至第一锁定频率f2时，同步记录该误差信号，获得扫频过程中该误差信号的过零点数N。进一步地，该测量单元根据测量得到的第一锁定频率f1、第二锁定频率f2以及误差信号的过零点数N,利用下式获得传输时延τ： τ = N 4 ( f 2 - f 1 ) . ]]>进一步地，该测量单元根据下式获得相应的传输距离D：D=τ·v其中，v为该发射单元发射的传输信号的传输速率，τ为传输时延。进一步地，该鉴相单元利用混频器和低通滤波器实现发射和传回两路信号的相位鉴别。为达到上述目的，本专利技术还提供一种传输时延和传输距离测量方法，包括如下步骤：步骤一，由发射单元产生频率可调的传输信号，经传输媒介传输到远端，被反射单元返回；步骤二，利用鉴相单元对发射和传回的传输信号进行相位鉴别，产生误差信号；步骤三，利用锁频单元根据产生的误差信号生成调节发射单元传输信号频率的控制信号，使其锁定于传输时延；步骤四，利用测量单元，在传输信号频率变化过程中记录误差信号，在传输信号频率锁定于传输时延后测量传输信号的频率，并通过记录的误差信号和测量的传输信号频率，获得传输时延和传输距离。进一步地，步骤三进一步包括：将误差信号输入该锁频单元，产生控制信号，反馈控制该发射单元发射的传输信号的频率，使传输时延引起的相位延迟为90度的奇数倍m，从而误差信号为0，将传输信号的频率锁定于传输时延，为第一锁定频率f1；在频率没有锁定的状态下，由该发射单元进一步改变发射的传输信号的频率，通过步骤一与步骤二获得误差信号，该锁频单元根据该误差信号产生控制信号，输入至该发射单元，反馈控制该发射单元发射的传输信号的频率，使传输时延引起的相位延迟为90度的奇数倍n，n不等于m从而误差信号为0，将传输信号的频率再次锁定于传输时延，为第二锁定频率f2。进一步地，步骤四进一步包括：测量单元测量发射单元先后发射的传输信号的频率，得到第一锁定频率f1与第二锁定频率f2；在传输信号频率未锁定的状态下，发射单元改变发射传输信号的频率，使其以一定步长从第一锁定频率f1扫频至第二锁定频率f2，该测量单元在扫频的同时，同步记录误差信号V3，获得扫频过程中误差信号的过零点数N，根据第一锁定频率f1与第二锁定频率f2以及误差信号的过零点数N计算获得该传输时延和传输距离。与现有技术相比，本专利技术一种传输时延和传输距离测量系统及方法，通过传输信号经过传输媒介往返传输，由传输时延引入相位延迟，通过对发射和传回的传输信号进行相位鉴别，获得该相位延迟并反馈控制传输信号频率，使其锁定于传输时延，通过对频率变化引起的相位延迟变化的记录和锁定频率的测量，计算得到传输时延，并根据已知的传输信号在传输媒介中的传输速率，进一步计算得到传输距离，本专利技术可提高传输时延与传输距离的测量精度。附图说明图1为本专利技术一种传输时延和传输距离测量系统的系统架构图；图2为本专利技术一种传输时延和传输距离测量方法的步骤流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。图1为本专利技术一种传输时延和传输距离测量系统的系统架构图。如图1所示，本专利技术一种传输时延和传输距离测量系统，包括：发射单元1、反射单元2、鉴相单元3、锁频单元4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传输时延和传输距离测量系统，包括：发射单元，用于产生频率可调的传输信号，并将其发射进入传输媒介；反射单元，用于在该传输媒介远端反射该传输信号；鉴相单元，用于对发射和传回的传输信号进行相位鉴别，产生误差信号；锁频单元，用于利用该误差信号产生控制信号，将该控制信号输入该发射单元控制其发射传输信号的频率，使传输信号频率锁定于传输时延；测量单元，用于记录该误差信号，并测量传输信号的频率，获得传输时延和传输距离。

【技术特征摘要】
1.一种传输时延和传输距离测量系统，包括：发射单元，用于产生频率可调的传输信号，并将其发射进入传输媒介；反射单元，用于在该传输媒介远端反射该传输信号；鉴相单元，用于对发射和传回的传输信号进行相位鉴别，产生误差信号；锁频单元，用于利用该误差信号产生控制信号，将该控制信号输入该发射单元控制其发射传输信号的频率，使传输信号频率锁定于传输时延；测量单元，用于记录该误差信号，并测量传输信号的频率，获得传输时延和传输距离。2.如权利要求1所述的一种传输时延和传输距离测量系统，其特征在于：该发射单元先后以不同频率发射传输信号，经发射、相位鉴别分别产生误差信号，该锁频单元利用先后获得的误差信号分别产生控制信号至发射单元，以分别控制该发射单元发射传输信号的频率，使传输信号的频率锁定于传输时延。3.如权利要求2所述的一种传输时延和传输距离测量系统，其特征在于：该锁频单元获得一误差信号，产生控制信号，反馈控制该发射单元发射的传输信号的频率f，使传输时延引起的相位延迟为90度的奇数倍m，从而使误差信号为0，将传输信号的频率锁定于传输时延，为第一锁定频率f1；在频率没有锁定的状态下，由该发射单元改变发射传输信号的频率，该锁频单元根据该鉴相单元产生的误差信号，产生控制信号，反馈控制该发射单元发射的传输信号的频率f，使传输时延引起的相位延迟为90度的奇数倍n，n不等于m，从而使其为0，将传输信号的频率再次锁定于传输时延，为第二锁定频率f2。4.如权利要求3所述的一种传输时延和传输距离测量系统，其特征在于：该测量单元在该发射单元改变发射传输信号的频率、以一定步长从第一锁定频率f1扫频至第一锁定频率f2时，同步记录该误差信号，获得扫频过程中该误差信号的过零点数N。5.如权利要求4所述的一种传输时延和传输距离测量系统，其特征在于：该测量单元根据测量得到的第一锁定频率f1、第二锁定频率f2以及误差信号的过零点数N,利用下式获得传输时延τ： τ = N 4 ( f 2 - f 1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，董婧雯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11