基于群相位特征处理的数字化无间隙相位噪声测量方法技术

本发明专利技术公开了基于群相位特征处理的数字化无间隙相位噪声测量方法将参考源提供的参考信号整形为矩形脉冲信号，在控制器作用下，将被测信号与矩形脉冲信号进行频率变换，将频率变换后的信号一起送入重合点检测电路，进行相位重合检测，为了加快相位检测速度及准确捕捉相位重合点，对矩形脉冲信号进行移相处理；同时以两信号间的相位重合点作为测量闸门，同时开启计数器对闸门时间进行无间隙计数测量，用相位重合点之间计数值的变化来反映相位噪声的大小；最后将无间隙门时测量的时域数据进行数字信号处理，在快速傅里叶变换算法协作下，显示出被测信号的单边带相位噪声曲线。具有电路简单，精度高，可以对异频信号直接进行相位重合点检测等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是ー种。
技术介绍
随着航空航天、导航定位、深空探測、原子频标及其它高科技领域的迅速发展，对标准信号(如时间基准、通讯载波等)使用的高精密频率源，尤其是对频率源的相位噪声指标提出了更高要求。无论是发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准，相位噪声在解调过程中都会和有用信号一样出现在解调终端，使基带信噪比下降；在通信系统中使误码率増加；在雷达系统中影响目标分辨率。因此随着通信、雷达、导航等现代电子系统的广泛应用，低的相位噪声在物理、天文、精密计量、仪器仪表等领域都普遍受到重视。相位噪声是晶体振荡器同时也是频率源的更高端设备-原子钟的重要性能指标，在基本频率源的特性、频率基、标准的研究、应用及性能测试中具有重要作用。相位处理是相噪测量的核心，在相噪测量中采用何种相位处理方法不仅决定了频率变换、锁相环的锁相精度及系统的复杂程度，而且还影响到整个相噪測量设备的可行性和造价。随着晶体振荡器市场需求量的不断増加，我国已成为位居世界前列的晶体振荡器生产大国，而且晶体振荡器生产技术水平较高，发展潜力很大。相位噪声，作为频率源的ー项重要性能指标，将成为衡量原子钟质量好坏和晶体振荡器品质优劣的重要标准。尽管如此，由于国内基于相位噪声测量的基础性研究相对较弱，这方面的技术及设备也比较落后，每年从国外进ロ这类设备的价值总和接近I亿元人民币，而且绝大多数用户也不愿投资这类价格超过100万元的设备，因此对国内大量企事业单位的研发、生产造成了很大的限制，严重制约了我国在该领域的发展。目前，相位处理和相位噪声测量主要用于通信、计量、电子工程、导航设备、仪器仪表等领域以完成对频率源高精度单边带相位噪声的測量。其中，相位处理方法仍采用传统的相位处理方法，相位噪声测量设备基本上从国外进ロ。近20年来我国先后引进了大量HP3047/3048A、E5500系列、PN9000等型号的相位噪声测量系统，集中分布在航空、航天、电子、兵器、海军、邮电、总装等部门。这些设备不但价格昂贵，而且使用起来也不方便。针对我国在相位处理及相噪测量领域技术落后的状况，本专利技术提出一种，利用异频信号间的等效鉴相频率，解决任意频率信号不经频率合成和变换就能完成相互间的相位比对问题。该方法不仅在相噪测量尤其是对信号源的单边带相噪测量方面具有广泛的应用前景，而且还为使用各种振荡器和原子频标的航空航天、导航定位、国防军エ、仪器仪表、精密时频测控、雷达、天文及其它高科技领域提供对其关键的相位处理和相噪测量方面的技术支持。相位噪声测量仪器的发展水平是衡量ー个国家测试水平和测试能力的重要标志，它能带动和促进与此相关的多个领域的技术发展。因此，不仅能够从原理上更新现有的相噪测量技术，而且还能够解决国际上束缚该领域进ー步发展的ー些重要难题，这对改善和提升我国在时频测控领域的整体技术水平和国际地位具有十分重要的战略意义。相噪测量主要是针对仪器仪表、电子工程、导航定位、通讯、计量等普遍使用的锁相环、相位处理装置及高精度振荡器的单边带相位噪声的測量。目前常用的高精度相位噪声測量方法主要有检相法、鉴频法、差拍法、直接频谱分析法、锁相处理法及高速AD转换法坐寸οI.检相法。检相法又称零拍法，它是用相位检波器把信号的相位起伏变换为电压起伏，由频谱仪測量相位起伏谱密度，再由相位起伏谱密度在小角度条件下，计算得到单边带相位噪声。由于采用了正交检相技术，对调幅噪声有较大的抑制。不仅可以测量频率源的相位噪声，也可以测晶体振荡器的相位噪声和两端ロ频率器件的附加相位噪声。该方法的优点是对相位噪声测量灵敏度高；频率分辨率高和输出频率范围宽；对振幅起伏具有较 大抑制能力。缺点是參考信号必须根据被测信号选择相等的频率而且相位噪声必须远远小于被测源的相位噪声；测量装置庞大，不利于工程测试；參考源的限制，使相位噪声测量系统无法充分发挥其效用。2.鉴频法。鉴频法又称无源法，它是用鉴频器将被测源的频率起伏变换为电压起伏，由频谱分析仪测量频率起伏谱密度，再由频率起伏谱密度換算成相位起伏谱密度，然后由相位起伏谱密度在小角度条件下，计算得到单边带相位噪声。该方法的特点是有低的宽带噪声本底；结构简单，具有调幅抑制能力；相对于检相法，它不需要參考源，但近载频灵敏度较低，适用于频率稳定度较差的频率源和压控晶体振荡器等的测试。3.直接频谱分析法。直接频谱分析法是ー种简便、有效并在工程测试中经常用到的測量方法，特别是现在高档的频谱分析仪一般都具有直接測量单边带相位噪声的功能，一个按键即可解决问题。但是由于受频谱分析仪自身的噪声底面、动态范围、滤波器的波形因素等的限制，其测量范围是受限的，一般用于测量相位噪声指标不是很高的频率源的相位噪声，在偏离载波IkHz以上的情况下，其測量结果的可信度比较高，IkHz以内可信度较差。该方法一般不能用来测晶体振荡器的相位噪声，而且测量结果中不能分离调幅噪声和相位噪声。因此，直接频谱仪測量法虽然操作简单方便，但测量误差很大，而且只适宜测量漂移较小且相位噪声相对较高的信号源，不能用于频谱纯净的源。4.锁相处理法。锁相处理法就是利用被测源把一个同频率的高精密參考源相位锁定，在抑制载频的情况下，从锁相电压中提取被测源放大了的相位噪声信息。由于高精度晶体振荡器的相位噪声指标很高，若对它直接测量是很困难的，所以需要把噪声的影响放大到一定程度才能实现测量。因此，在目前所有模拟化相位噪声测量方法中，国内外研究人员最倾向于采用水平较高的锁相处理的方法。锁相处理的方法具有測量精度高的优点，但同时也有明显的不足，那就是其測量系统必须保证參考源与被测源具有相同的频率，这就必须结合使用高精度的频率合成器，这部分电路不但价格昂贵、结构复杂，而且还容易在各变换环节引入合成线路的附加误差，同时其本身的噪声也会对相位噪声测量的精度造成影响。为了降低频率合成器给测量装置带来的影响，国外一方面是从线路上改进，另ー方面是从算法上进行优化，近来出现了以高速AD采样法为代表的数字化相位噪声测量方法。5.高速AD采样法。高速AD采样法是ー种直接数字化相位噪声测量方法，在測量系统中采用高速、高精度的AD转换器，通过直接对被测信号进行采样，再经过先进的数字信号处理技术来测量被测信号的相位噪声，然后对測量结果进行频谱分析，通过加入相关算法直接生成相位噪声曲线。数字化相位噪声测量方法的主要环节就是高速、高精度AD转换器的应用，其优点是系统不需要锁相环，不需要复杂的环路修正；采用的数字滤波器可以有相当高的平坦度，不需要単独校准；可以通过互相关处理，降低AD采样精度限制。但是也存在许多缺点，如相位噪声测量系统受AD取样速率的限制；测量输入频率的带宽较窄；在測量高稳定度晶体振荡器时受底部的限制等。从总体上说，国内在相位处理和相位噪声测量方面的发展主要是跟踪和沿用国外的技术。 通过对国内外相位噪声测量研究现状的分析，可以看出无论采用锁相处理的方法还是后来在线路上的改进或在算法上的优化都是建立在同频信号的基础之上，有频率差别的信号只能通过频率变换的方法才能进行处理。如果想在宽频率范围内完成測量中所必须的相位处理就必须结合使用高精度的频率合成器。尽管国内外在这方面技术的研究取得了不少成绩，但从总体上说仍存在诸多问题(I)同频鉴相问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于群相位特征处理的数字化无间隙相位噪声测量方法，其特征在于，首先将參考源提供的參考信号整形为矩形脉冲信号，然后在控制器作用下，将被测信号与矩形脉冲信号进行频率变换，然后将频率变换后的信号一起送入重合点检测电路，进行相位重合检测，为了加快相位检测速度及准确捕捉相位重合点...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜保强，崔光照，曹玲芝，王延峰，郭淑婷，赵红梅，任景英，谢泽会，刘丹，左艳迪，周延，王聪，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：