專利名稱：基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法，屬于時(shí)頻測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
時(shí)間頻率量的測(cè)量和比對(duì)在時(shí)頻測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域中具有很重要的地位。隨著頻率基標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的不斷提高，也對(duì)相應(yīng)的測(cè)量比對(duì)技術(shù)提出了更高的要求。沒有
與頻標(biāo)技術(shù)的提高相匹配的測(cè)量技木，目前的10_14/τ的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)和為了檢測(cè)頻率基準(zhǔn)所要求的I X 10_16以上的準(zhǔn)確度測(cè)量的分辨率就無從實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代通訊、儀器儀表、導(dǎo)航、空間技術(shù)和電子技術(shù)則需要頻率測(cè)量覆蓋的范圍寬，響應(yīng)時(shí)間快。時(shí)頻測(cè)量技術(shù)發(fā)展是和頻率源精度的提高和應(yīng)用面的擴(kuò)大而同步進(jìn)行的。其中不但包括了精密頻率信號(hào)之間的比對(duì)，而且也包括了寬頻率范圍的從幾乎直流、射頻、微波甚至到光頻的測(cè)量。深入了解時(shí)間頻率計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)和方法不僅使我們對(duì)時(shí)間頻率本身，而且對(duì)掌握其它物理量及其測(cè)量都是有益的。尤其在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)學(xué)科、分支互相滲透、互相影響的情況下，深入研究和掌握時(shí)間及頻率，對(duì)科學(xué)技術(shù)其它領(lǐng)域的工作會(huì)帶來許多有益的幫助。高精度的頻率標(biāo)準(zhǔn)，一般是具有某些特定頻率標(biāo)稱值的標(biāo)準(zhǔn)頻率源，如現(xiàn)在常用的頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率標(biāo)稱值一般是10ΜΗΖ、5ΜΗζ、2. 5ΜΗζ、1ΜΗΖ和IOOkHz等等。用于頻率標(biāo)準(zhǔn)之間比對(duì)、測(cè)量的方法及設(shè)備，要求具有比普通頻率信號(hào)的測(cè)量方法及設(shè)備高的多的測(cè)量分辨率和精度。而且對(duì)于某些頻率標(biāo)準(zhǔn)的特殊指標(biāo)來說，對(duì)測(cè)量方法及設(shè)備在測(cè)量速度、測(cè)量設(shè)備的帶寬等指標(biāo)方面，均提出了一定要求。另外，由于頻率標(biāo)準(zhǔn)之間的比對(duì)往往是針對(duì)特定的頻率值的，所以這種比對(duì)又較之任意頻率值的測(cè)量具有其他ー些特點(diǎn)。就這一方面來說，頻標(biāo)的比對(duì)又對(duì)相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備，也提供了一個(gè)比較方便的條件。對(duì)于頻率源的準(zhǔn)確度及長(zhǎng)期指標(biāo)的比對(duì)，使用最多的是相位比對(duì)的方法。而在其穩(wěn)定度的時(shí)疇比對(duì)中，許多傳統(tǒng)的比對(duì)方案還在使用，如頻差倍増、雙混頻時(shí)差法等，但是設(shè)備的エ藝和線路設(shè)計(jì)有所改進(jìn)。對(duì)頻率源的相位噪聲的頻疇測(cè)量中，松鎖相回路法和緊鎖相回路法也還沒有失去其在精度上的先進(jìn)性。按照各種不同的頻率測(cè)量方法的比較，直接計(jì)數(shù)的方法具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和很寬的頻率測(cè)量范圍，但是由于存在著±1個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)誤差，測(cè)量精度是不高的。針對(duì)這個(gè)誤差的技術(shù)改進(jìn)，模擬內(nèi)插、游標(biāo)法、寬帶相位重合檢測(cè)以及借助于短時(shí)間間隔電容充電與高速A/D轉(zhuǎn)換的測(cè)量方法都是現(xiàn)行被廣泛應(yīng)用的技木。這些方法主要是針對(duì)寬頻率范圍的頻率測(cè)量而應(yīng)用的。其中，設(shè)計(jì)優(yōu)良的儀器在寬頻率范圍內(nèi)的測(cè)量分辨率能夠達(dá)到10_η/ τ。在頻標(biāo)比對(duì)中，相位比對(duì)法、拍頻法和雙混頻器時(shí)差測(cè)量的方法都具有高的比對(duì)精度，但是它們的測(cè)量范圍全都很窄。其中，相位比對(duì)法常常被用于頻標(biāo)準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期指標(biāo)的比對(duì)，但是也很有希望被用于短期穩(wěn)定度指標(biāo)的測(cè)量，后兩種比對(duì)方法主要用于短期穩(wěn)定度的比對(duì)。從比對(duì)精度來看，在短穩(wěn)比對(duì)方面，拍頻法、雙混頻器時(shí)差法以及以頻差倍増為基礎(chǔ)的方法都有可能獲得優(yōu)于1Χ10_13/τ的測(cè)量分辨率。因此，能在寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度頻標(biāo)比對(duì)的方法非常值得研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法?！N基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法，包括以下步驟用頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生兩個(gè)比對(duì)或同步信號(hào)も和f2，兩信號(hào)頻率相同，但f2經(jīng)時(shí)延和も具有一定的相位差A(yù)t。用另ー頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生中介源頻率f。，使其周期大于信號(hào)も和f2的周期。將f。與も送入相位同步檢測(cè)電路I，它們的相位重合點(diǎn)作為開門信號(hào)即開啟閘門；將f。與f2送入相位同步檢測(cè)電路II，它們的相位重合點(diǎn)作為關(guān)門信號(hào)即關(guān)閉閘門；實(shí)際的閘門是f。與も之間的相位重合點(diǎn)與f。與f2之間的相位重合點(diǎn)這兩個(gè)重合點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，在閘門時(shí)間內(nèi) 對(duì)中介源頻率f。進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果N。送入單位片機(jī)處理，最終顯示和f2之間的相位差測(cè)量結(jié)果即相位同步結(jié)果。精密相位測(cè)量在精密頻率控制、頻率源的同步測(cè)控以及精密距離測(cè)量中有重要作用。目前，優(yōu)于Ips分辨率的要求也被提了出來。“基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法”從原理上采用的是“浮動(dòng)游標(biāo)法”，它是在兩個(gè)比對(duì)的頻率標(biāo)稱值相同信號(hào)之間引入另ー個(gè)和兩個(gè)信號(hào)頻率相關(guān)的有差值且不能成倍數(shù)關(guān)系的值。這樣使兩比對(duì)信號(hào)間的微小相位差轉(zhuǎn)換成與中介源頻率重合點(diǎn)間的時(shí)間間隔值。At = NcXPdΔ t是兩頻率標(biāo)值相等的比對(duì)或相位同步イ目號(hào)も和f2之間的相位差值，N。是在實(shí)際閘門內(nèi)(開門和關(guān)門之間的時(shí)間間隔)對(duì)中介源頻率的計(jì)數(shù)值，Pd是中介源信號(hào)周期與も或f2信號(hào)的周期之差。分辨率=中介頻率與比對(duì)信號(hào)之間的周期差值本文所述方法能達(dá)到O. Ips的分辨率。只是這種方法在相位差值越小的情況下分辨率越高，隨著相位差值的增加會(huì)影響到測(cè)量的分辨率。但是即使這樣，高的分辨率依然比目前其它頻標(biāo)比對(duì)方法更好。
圖I為基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)原理；圖2為基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參考圖1，圖I為基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)原理，圖I中も和f2是兩比對(duì)的頻標(biāo)信號(hào)，Λ t是他們的相位差值，fc是中介源頻率，Nc是中介源頻率的計(jì)數(shù)值，t是測(cè)量閘門。參考圖2，圖2為基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法系統(tǒng)原理圖，用頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生兩個(gè)比對(duì)或同步信號(hào)も和f2，兩信號(hào)頻率相同，但f2經(jīng)時(shí)延和も具有一定的相位差A(yù)t。用另ー頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生中介源頻率f。，使其周期大于信號(hào)も和f2的周期。將
f。與も送入相位同步檢測(cè)電路I，它們的相位重合點(diǎn)作為開門信號(hào)即開啟閘門；將f。與f2送入相位同步檢測(cè)電路II，它們的相位重合點(diǎn)作為關(guān)門信號(hào)即關(guān)閉閘門；實(shí)際的閘門是f。與も之間的相位重合點(diǎn)與f。與f2之間的相位重合點(diǎn)這兩個(gè)重合點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，在閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)中介源頻率f。進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果N。送入單位片機(jī)處理(八セ=凡\匕，其中Pd是f。與も或f2之間的周期差值。)，最終顯示も和f2之間的相位差測(cè)量結(jié)果即相位同步結(jié)果。相位同步的分辨率取決于f。與も或f。與f2之間的周期差值，本方案能消除±1個(gè)計(jì)數(shù)誤差，很容易達(dá)到O. I皮秒的分辨率，且系統(tǒng)性能穩(wěn)定。本方案能直接實(shí)現(xiàn)任意信號(hào)之間的相位同步，無需頻率歸一化，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表I所示。表I頻標(biāo)比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟用頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生兩個(gè)比對(duì)或同步信號(hào)も和f2，兩信號(hào)頻率相同，但f2經(jīng)時(shí)延和も具有一定的相位差Λ t。用另ー頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生中介源頻率f。，使其周期大于信號(hào)も和f2的周期。將f。與も送入相位同步檢測(cè)電路I，它們的相位重合點(diǎn)作為開門信號(hào)即開啟閘門；將f。與f2送入相位同步檢測(cè)電路II，它們的相位重合點(diǎn)作為關(guān)門信號(hào)即關(guān)閉閘門；實(shí)際的閘門是f。與も之間的相位重合點(diǎn)與f。與f2之間的相位重合點(diǎn)這兩個(gè)重合點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，在閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)中介源頻率f。進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果N。送入單位片機(jī)處理，最終顯示も和f2之間的相位差測(cè)量結(jié)果即相位同步結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于中介源游標(biāo)法的超高分辨率相位同步檢測(cè)方法，用頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生兩個(gè)比對(duì)或同步信號(hào)f1和f2，兩信號(hào)頻率相同，但f2經(jīng)時(shí)延和f1具有一定的相位差Δt。用另一頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生中介源頻率fc，使其周期大于信號(hào)f1和f2的周期。將fc與f1送入相位同步檢測(cè)電路I，它們的相位重合點(diǎn)作為開門信號(hào)即開啟閘門；將fc與f2送入相位同步檢測(cè)電路II，它們的相位重合點(diǎn)作為關(guān)門信號(hào)即關(guān)閉閘門；實(shí)際的閘門是fc與f1之間的相位重合點(diǎn)與fc與f2之間的相位重合點(diǎn)這兩個(gè)重合點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，在閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)中介源頻率fc進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果Nc送入單位片機(jī)處理，最終顯示f1和f2之間的相位差測(cè)量結(jié)果即相位同步結(jié)果。
文檔編號(hào)G01R25/00GK102735936SQ20121020681
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者劉丙春, 劉丹, 史紅軍, 司旋坤, 左艷迪, 徐暢運(yùn), 李建軍, 李靳亮, 杜保強(qiáng), 王卓亞, 王延峰, 祝學(xué)斌, 董紹鋒, 裴丹軍, 謝玉彥, 趙生偉, 郭淑婷, 黃宗杰 申請(qǐng)人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院