【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星导航定位的，特别涉及一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置及方法。
技术介绍
1、随着时间频率技术的不断发展，不同的频率源被广泛应用于测量、导航等领域，因此如何对频率源的输出频率进行准确测量以及识别系统中频率的微小波动，并对其进行快速修正一直是值得研究的重要问题。
2、在卫星导航定位系统中，当频率源发生故障或性能明显变差时，会产生异常的频率信号，将直接影响整个导航系统的正常工作，增加导航系统工作的不确定性，甚至使卫星失去导航功能。因此准确的时间频率测量以及高精度的频率偏差修正对提供准确的定位信息至关重要，而小型化便携式的频率测量与修正系统又能应用于卫星载荷等空间有限的特定场景。
3、在光梳系统中，频率源的频率稳定性和精确度对光梳系统的性能有重要影响。但激光器极易受温度变化、机械振动等影响发生频率的随机波动与跳变，严重影响测量系统的带宽与精度，因此迫切需要使用高精度频率检测装置，准确快速的检测出上述频率波动或跳变等异常现象并快速修正，可以大大减小频率稳定性对测量系统性能的影响、大大提高系统的测量精度和灵敏度。在其他科学仪器领域，频率偏差的测量和快速修正也具有广阔的应用前景，而小型化便携式的设计使得系统的适应力更强。而现有的频率偏差测量与反馈控制电路结构相对复杂，体积较大，造价较高，且无法针对应用需求配置不同的频率测量精度。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，通过模
2、高稳定度参考源、与高稳定度参考源信号连接的高精度频率生成器、与高精度频率生成器信号连接的差拍模拟信号提取模块、与差拍模拟信号提取模块信号连接的差拍模拟信号整形模块与待测设备、与差拍模拟信号整形模块信号连接的数字可编程模块；
3、数字可编程模块包括与高稳定度参考源信号连接的参数设置模块、与差拍模拟信号整形模块信号连接的频率或周期提取算法模块、与频率或周期提取算法模块信号连接的降噪算法模块、与降噪算法模块信号连接的低噪声差拍信号提取与拟合预测模块、与低噪声差拍信号提取与拟合预测模块信号连接的高精度频率偏差算法及提取模块、与高精度频率偏差算法及提取模块信号连接的反馈命令实时修正模块、与反馈命令实时修正模块信号连接的数模转换及处理模块，该反馈命令实时修正模块与数模转换及处理模块均信号连接有前端频率待测或频率待修正设备；
4、该前端频率待测或频率待修正设备的输出信号经过预处理后，与所述差拍模拟信号提取模块相连，对输出的高频信号fx进行模拟拍频处理，生成低频差拍信号fb2，并在差拍模拟信号整形模块中完成对低频差拍信号fb2的整形处理；同时分别将两个高稳定度参考源不同的高精度频率生成器的输出信号与所述差拍模拟信号提取模块相连，生成低频差拍信号fb1，并在差拍模拟信号整形模块中完成对低频差拍信号fb1的整形处理。
5、优选的，数字可编程模块用于对整形后的差拍信号进行频率或周期的数字化处理，设计算法对差拍fb1信号进行降噪处理，同时对提取的降噪后的差拍fb1信号的值拟合并预测；提取信号中伴随的频率偏差量，对频率待测或频率待修正设备进行实时反馈修正，以稳定其输出；同时完成对高精度频率生成器的参数设置；
6、高精度频率生成器用于将输入的高稳定度参考源的输出信号频率提高或放大到与前端输入的频率待测或频率待修正设备输出的待测高频信号fx同一量级水平，以满足后续处理要求。
7、优选的，差拍模拟信号提取模块用于实现频率的搬移，将两信号混合，得到信号频谱中同时含有两输入信号频率和与频率差的输出信号；并对所述的包含和、差的模拟信号进行滤波，以滤除高频成分，提取含有频率差的低频差拍模拟信号；
8、差拍模拟信号整形模块用于将低频差拍模拟信号转化成fpga可以识别的差拍信号，频率保持不变；
9、频率或周期提取算法模块用于对差拍信号进行高精度的信号周期测量。
10、优选的，降噪算法模块用于对差拍fb1信号进行降噪处理，消除前端电路模块引入的噪声；低噪声差拍fb1信号提取与拟合预测模块用于将经过降噪处理的多组fb1信号进行拟合，测量出fb1信号、并可预测未来fb1信号的数值，进一步提高测量精度；
11、高精度频率偏差算法及提取模块用于，结合低噪声差拍fb1信号提取与拟合预测模块的结果，从经过频率或周期提取算法模块处理得到的信号周期信息中提取偏离频率待测或频率待修正设备标称频率值的频率偏差信息；
12、反馈命令实时修正模块用于将频率偏差信息与机器控制指令编码成反馈命令，并以数字命令的形式实时反馈给前端频率待测或频率待修正设备；
13、模转换及处理模块用于将反馈命令转换成频率待测或频率待修正设备可识别的模拟信号形式，完成对频率待测或频率待修正设备的频率测量及修正；
14、参数设置模块用于配置高精度频率生成器，生成输出频率为fr的信号寄存器参数控制字。
15、一种便携式高精度频率测量与快速修正方法，包括以下步骤：
16、s1、将高稳定度参考源的输出信号频率提高到与前端输入的待测高频信号fx同一量级水平，同时调整两信号幅度相当；
17、s2、将步骤1中的高稳定度参考源不同的两个高精度频率生成器的输出信号混频、滤波后得到低频差拍模拟信号fb1，该低频信号频率为两输入信号频率之差；
18、s3、将步骤1中的高稳定度参考源1的输出信号与前端输入的待测高频信号fx混频、滤波后得到低频差拍模拟信号fb2，该低频信号频率为两输入信号频率之差；
19、s4、将步骤2、3中输出的低频差拍信号与差拍模拟信号整形模块相连，输出数字可编程模块可识别的差拍信号；
20、s5、对步骤4中得到低频差拍信号fb1进行高精度测量，完成对一组低频差拍信号周期的实测，然后经过降噪处理、同时根据多组实测值拟合并预测频率或周期值，实现差拍信号fb1的高精度测量；
21、s6、对步骤4中得到低频差拍信号fb2进行高精度测量，完成对一组低频差拍信号周期的提取；
22、s7、对步骤5、6中的提取的数据进行算法处理得到频率偏差信息；
23、s8、将步骤7中的频率偏差信息与控制指令组合得到含有频率偏差修正量的数字命令或转化成模拟反馈值；
24、s9、实时发送控制命令或模拟反馈值，修正频率偏差。
25、优选的，步骤s1中的高精度频率生成器包括时钟综合器、与时钟综合器信号连接的数模转换器及与数模转换器信号连接的任意波形合成单元，该任意波形合成单元信号连接于参数设置模块，数模转换器信号连接于差拍模拟信号提取模块；该高精度频率生成器改变数字可编程逻辑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，数字可编程模块用于对整形后的差拍信号进行频率或周期的数字化处理，设计算法对差拍fb1信号进行降噪处理，同时对提取的降噪后的差拍fb1信号的值拟合并预测；提取信号中伴随的频率偏差量，对频率待测或频率待修正设备进行实时反馈修正，以稳定其输出；同时完成对高精度频率生成器的参数设置；
3.如权利要求2所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，差拍模拟信号提取模块用于实现频率的搬移，将两信号混合，得到信号频谱中同时含有两输入信号频率和与频率差的输出信号；并对所述的包含和、差的模拟信号进行滤波，以滤除高频成分，提取含有频率差的低频差拍模拟信号；
4.如权利要求3所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，降噪算法模块用于对差拍fb1信号进行降噪处理，消除前端电路模块引入的噪声；低噪声差拍fb1信号提取与拟合预测模块用于将经过降噪处理的多组fb1信号进行拟合，测量出fb1信号、并可预测
5.如权利要求1-4所述的任一的一种便携式高精度频率测量与快速修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，步骤S1中的高精度频率生成器包括时钟综合器、与时钟综合器信号连接的数模转换器及与数模转换器信号连接的任意波形合成单元，该任意波形合成单元信号连接于参数设置模块，数模转换器信号连接于差拍模拟信号提取模块；该高精度频率生成器改变数字可编程逻辑电路中参数设置模块的配置参数，直接控制高精度频率生成器输出与待测高频信号fx同一量级水平的参考信号fr，同时调整两信号幅度相当；通过配置频率控制字寄存器参数实现对参考频率的改变，配置相位控制字寄存器参数完成对相位的调制，配置振幅控制字寄存器参数改变信号的输出幅度，经过模数转换器转换为连续的模拟信号输出。
7.如权利要求6所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，步骤S2-S3中包括：假设前端输入的待测高频信号为：fx＝f0+fd
8.如权利要求7所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，步骤S5、S6中包括：频率或周期提取算法模块采用的高精度时间测量办法为基于延迟链的FPGA-TDC，利用FPGA内部的逻辑单元来传播延时作为内插单元，测量开始于被测信号被输送至延迟链，之后信号在每个单元中被延迟，形成延迟链，当停止信号到达时，延迟链的状态被D触发器锁存，随后将锁存的温度计码进行解码，得到待测周期；基于延迟链的FPGA-TDC的时间间隔分辨力与FPGA工艺有关，可达10-12秒级别。
9.如权利要求7所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，步骤S8-S9的反馈方式也可以选择在模数转换及处理模块中将反馈命令转换成频率待测或频率带修正设备可以识别的模拟信号形式，反馈控制前端设备。
...【技术特征摘要】
1.一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，数字可编程模块用于对整形后的差拍信号进行频率或周期的数字化处理，设计算法对差拍fb1信号进行降噪处理，同时对提取的降噪后的差拍fb1信号的值拟合并预测；提取信号中伴随的频率偏差量，对频率待测或频率待修正设备进行实时反馈修正，以稳定其输出；同时完成对高精度频率生成器的参数设置；
3.如权利要求2所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，差拍模拟信号提取模块用于实现频率的搬移，将两信号混合，得到信号频谱中同时含有两输入信号频率和与频率差的输出信号；并对所述的包含和、差的模拟信号进行滤波，以滤除高频成分，提取含有频率差的低频差拍模拟信号；
4.如权利要求3所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，降噪算法模块用于对差拍fb1信号进行降噪处理，消除前端电路模块引入的噪声；低噪声差拍fb1信号提取与拟合预测模块用于将经过降噪处理的多组fb1信号进行拟合，测量出fb1信号、并可预测未来fb1信号的数值，进一步提高测量精度；
5.如权利要求1-4所述的任一的一种便携式高精度频率测量与快速修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种便携式高精度频率测量与快速修正的装置，其特征在于，步骤s1中的高精度频率生成器包括时钟综合器、与时钟综合器信号连接的数模转换器及与数模转换器...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑其斌，卜朝晖，丁丽，王蕾，姚晓晨，崔海坡，李银伟，朱亦鸣，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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