一种多通道频标比对测试系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多通道频标比对测试系统及其工作方法，测试系统包括将被测频标信号和参考频标信号分为多路信号通道的功分器，在每一路信号通道上均设置有模数转换器、数字鉴相模块，多路信号通道上的模数转换器、数字鉴相模块均由一个时钟模块同步控制。其工作方法包括以下步骤：S1、被测频标信号、参考频标信号经过所属信号通道上的模数转换器进行采样，采样后的信号通过所属信号通道上的数字鉴相模块进行解算信号相位，得到被测频标信号、参考频标信号在所属信号通道上的数字相位数据；S2、将被测频标信号、参考频标信号的数字相位数据相减，得到相位差数据；S3、两组相位差数据通过互方差运算模块进行计算，得到阿伦方差。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道频标比对测试系统及其工作方法
本专利技术涉及时频计量测试
，尤其涉及一种多通道频标比对测试系统及其工作方法。
技术介绍
在时频计量测试领域，多通道的频率信号(5/10MHz)的相位差测量非常重要，但对于该指标的频标比对测试设备，国内主要依赖于进口。随着国家时频体系的推进，以及国防领域对国产化的要求，对具有自主知识产权的高性能频标比对设备需求非常强烈。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述问题，提供一种多通道频标比对测试系统及其工作方法，其可并行实现8个通道的频率信号(5/10MHz)的相位差测量，可实时测量与计算各输入通道的频率偏差、稳定度(阿伦标准偏差)，并通过上位机软件以数据、曲线、图表等形式，直观地显示测量结果。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种多通道频标比对测试系统，包括将被测频标信号和参考频标信号分为多路信号通道的功分器，在每一路信号通道上均设置有对信号进行采样的模数转换器、将采样后的信号处理从而得到相位数据的数字鉴相模块，多路信号通道上的模数转换器、数字鉴相模块均由一个时钟模块同步控制。进一步的，所述功分器为四路信号功分器，其将被测频标信号、参考频标信号均分为四路信号通道。进一步的，所述模数转换器的采样频率为100MHz，数转换器的采样位数为14bit。进一步的，所述数字鉴相模块包括用于进行混频操作以及滤波处理的数字下变频模块、用于进行反三角函数计算的鉴相运算模块，所述数字下变频模块内设置有用于对采样后的信号进行混频处理的数字频率合成器，数字频率合成器与模数转换器均与时钟模块相连接。进一步的，所述多通道频标比对测试系统还包括用于对阿伦方差进行计算的互方差运算模块。一种多通道频标比对测试系统的工作方法，包括以下步骤：S1、被测频标信号经过所属信号通道上的模数转换器进行采样，采样后的信号通过所属信号通道上的数字鉴相模块进行解算信号相位，得到被测频标信号在所属信号通道上的数字相位数据；参考频标信号经过所属信号通道上的模数转换器进行采样，采样后的信号通过所属信号通道上的数字鉴相模块进行解算信号相位，得到参考频标信号在所属信号通道上的数字相位数据；S2、将不同信号通道上被测频标信号的数字相位数据与参考频标信号的数字相位数据相减，得到被测频标信号与参考频标信号的相位差数据；S3、两组相位差数据通过互方差运算模块进行计算，得到阿伦方差。进一步的，所述步骤S1中的数字鉴相模块进行解算信号相位时包括以下步骤：S11、经模数转换器采样后的信号进入数字下变频模块中并与数字频率合成器生成的正弦信号、余弦信号混频；S12、混频后的信号依次经低通滤波处理和抽取处理后得到低比特率的正交和同相信号；S13、正交和同相信号在鉴相运算模块中进行反三角函数运算即得到数字相位数据。进一步的，所述步骤S3中的互方差运算模块进行计算时的计算公式为：式中:σ2y(τ)是频差y(τ)的阿仑方差；m是在总取样点中2个无间隙y(τ)组合所占的组数；f0是频标标称频率值；τ是取样时间；φ是相位差数据。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术的多通道频标比对测试系统，可并行实现8个通道的频率信号(5/10MHz)的相位差测量，可实时测量与计算各输入通道的频率偏差、稳定度(阿伦标准偏差)，并通过上位机软件以数据、曲线、图表等形式，直观地显示测量结果，同时该系统具有不间断测试能力，可同步进行数据采集与存储，可根据用户需要灵活设置测量带宽、数据采样间隔，以及设置输出通道。其上位机软件可实时按通道显示各被测频率信号与参考信号之间的相位偏差、频率偏差等原始观测数据，能按照相关国家计量技术规范实时计算并显示被测频率信号与参考信号之间的频率偏差、稳定度、日波动、日频率漂移、日老化等统计数值，并能够通过数据接口输出原始观测数据。该系统能够并行测量8路频率信号，大大提高了测试效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为数字式双混频时差测量系统原理框图；图2为数字正交鉴相原理框图；图3为条仿真曲线比对结果示意图；图4为高速数据采样比测设备原理图；图5为采样数据的实时处理流程图；图6为相位差计算的处理流程图；图7为相位解缠原理图；图8为日波动曲线测试图；图9为日老化曲线测试图；图10为日漂移曲线测试图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本实施例中公开了一种多通道频标比对测试系统，其包括将被测频标信号和参考频标信号分为多路信号通道的功分器，在每一路信号通道上均设置有对信号进行采样的模数转换器、将采样后的信号处理从而得到相位数据的数字鉴相模块，多路信号通道上的模数转换器、数字鉴相模块均由一个时钟模块同步控制。测试系统的原理框图基于软件无线电的理论,设计数字式双混频时差测量系统的原理框图,如图1所示(图1为该测试系统的一部分，仅仅描述了四个通道，另外四个通道结构与其相一致)。被测频标信号(DUT)和参考频标信号(Ref)分别经过功分器分为4路信号，每路信号由模数转换器(ADC)采样，采样后的信号经过数字鉴相模块(DPD)处理得到相位数据，将被测信号和参考信号的相位数据相减得到相位差数据。其中，4个ADC和4个DPD模块均由共同的时钟(CLOCK)同步。从图中可以看出，测量系统是上下对称的两部分，其输出结果都是被测信号与参考信号的相位差数据，再对两路相位差数据做互相关运算，即计算互方差(crossvariance)，最终得到阿伦标准偏差(Allandeviation)结果。测试系统数学模型为了说明图1原理的科学合理性，以数学公式的形式对其进行推导。假设DUT频标的相位为θ1，Ref频标的相位为θ2，ADCi引入的相位偏移为θADCi，CLOCK引入的相位偏移为θCLOCK，假定CLOCK对各数字模块是理想同步的，则图1中A点和B点的输出信号相位可由式(1)表示：那么，C点得到的相位数据可由式(2)表示：同理，D点得到的相位数据可由式(3)表示：θD＝θ1-θ2+θADC3-θADC4(3)相位差数据θ1-θ2是系统的目标参量，为了方便计算，定义Δθ＝θ1-θ2。由于θADC1与θADC2独立同分布，定义η1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道频标比对测试系统，其特征在于：所述多通道频标比对测试系统包括将被测频标信号和参考频标信号分为多路信号通道的功分器，在每一路信号通道上均设置有对信号进行采样的模数转换器、将采样后的信号处理从而得到相位数据的数字鉴相模块，多路信号通道上的模数转换器、数字鉴相模块均由一个时钟模块同步控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种多通道频标比对测试系统，其特征在于：所述多通道频标比对测试系统包括将被测频标信号和参考频标信号分为多路信号通道的功分器，在每一路信号通道上均设置有对信号进行采样的模数转换器、将采样后的信号处理从而得到相位数据的数字鉴相模块，多路信号通道上的模数转换器、数字鉴相模块均由一个时钟模块同步控制。


2.如权利要求1所述的多通道频标比对测试系统，其特征在于：所述功分器为四路信号功分器，其将被测频标信号、参考频标信号均分为四路信号通道。


3.如权利要求2所述的多通道频标比对测试系统，其特征在于：所述模数转换器的采样频率为100MHz，数转换器的采样位数为14bit。


4.如权利要求3所述的多通道频标比对测试系统，其特征在于：所述数字鉴相模块包括用于进行混频操作以及滤波处理的数字下变频模块、用于进行反三角函数计算的鉴相运算模块，所述数字下变频模块内设置有用于对采样后的信号进行混频处理的数字频率合成器，数字频率合成器与模数转换器均与时钟模块相连接。


5.如权利要求4所述的多通道频标比对测试系统，其特征在于：所述多通道频标比对测试系统还包括用于对阿伦方差进行计算的互方差运算模块。


6.一种如权利要求5所述的多通道频标比对测试系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、被测频标信号经过所属信号通道上的模数转换器进行采样，采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：张越，王玉琢，刘阳琦，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11