一種異頻架構(gòu)下的高分辨群量子化相位處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相位處理方法，尤其涉及一種異頻架構(gòu)下的高分辨群量子化相位處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相位處理是當今精密測量物理領(lǐng)域的研究熱點，它具有極高的測量分辨率，在高精度時頻傳輸與比對、相位噪聲測量及抑制、新型高精度原子頻標及其信號處理和補償中具有重要作用。目前國外常用的相位處理方法通常是建立在時間間隔基礎(chǔ)上的相位差測量方法，比較典型的主要有時間間隔計數(shù)法、時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換法、相位比對法和雙混頻時差法等。時間間隔計數(shù)法具有寬范圍、高線性度和低成本的優(yōu)點，但受限于填充脈沖頻率，可實現(xiàn)優(yōu)于I納秒的測量分辨率；時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換法具有大的測量動態(tài)范圍且易于集成，但分辨率受限于轉(zhuǎn)換的速率和數(shù)字信號的位數(shù)；相位比對法具有較高的精度，但只能針對兩個頻率相同的信號，在高的比相頻率下非線性嚴重，通常應(yīng)用在0.1MHz以下的低頻率范圍；雙混頻時差法是目前國際上普遍采用的高分辨率相位差測量方法，可獲得皮秒級的測量分辨率，但測量精度提高受限，主要用于短穩(wěn)和相位差變化量的測量。近年來，隨著航空航天、衛(wèi)星導(dǎo)航、精密測距、空間定位、現(xiàn)代授時、科學計量、雷達測控等高科技領(lǐng)域的迅速發(fā)展，我國學者對相位處理也做了比較深入的研究并取得了多項研究成果。中國科學院國家授時中心(NTSC)時頻基準實驗室長期采用美國Stanford Research System公司生產(chǎn)的SR-620時間間隔計數(shù)器進行兩個時間信號之間的相位比對，同時研制了性能不低于國外的雙混頻器時差測量系統(tǒng)。NTSC為了提高我國的授時精度，還進口了德國Time Teeh公司生產(chǎn)的基于雙混頻時差測量原理的多通道相位比較儀PC0MP，將相位處理的測量分辨率提高了若干個數(shù)量級。
[0003]國內(nèi)學者在沿用和跟蹤國外相位處理方法的同時，也著重發(fā)展了用于信號直接比對的異頻相位處理方法。針對異頻信號間的相位關(guān)系，在標稱比對頻率的基礎(chǔ)上提出了最大公因子頻率、最小公倍周期及等效鑒相頻率的概念，借助相位重合檢測方法消除了傳統(tǒng)相位處理中所普遍存在的±1個字的計數(shù)誤差，獲得了優(yōu)于納秒的測量分辨率；針對異頻信號間相位差的變化規(guī)律，在考慮相對頻偏存在的情況下提出了群周期相位比對方法，開辟了異頻相位處理的新思路，使分辨率提高到了皮秒量級；針對異頻信號間的相位群處理問題，建立了群相位量子的概念，分析了群相位量子的物理特性，探索了群相位量子的量化步進規(guī)律，在寬頻率范圍內(nèi)獲得了優(yōu)于皮秒量級的測量分辨率；提出了相位群同步的概念，建立異頻率信號之間的精密頻率鏈接，實現(xiàn)了異頻信號之間的高精度傳輸，獲得了優(yōu)于阿秒的測量不確定度。
[0004]盡管如此，由于國內(nèi)在精密頻率源尤其是高精度原子頻標技術(shù)方面與國外有一定差距，雖然不斷跟蹤國外的先進相位處理技術(shù)并對異頻相位處理進行了深入研究，但總體上還不能滿足高分辨率相位處理的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種異頻架構(gòu)下的高分辨群量子化相位處理方法，能夠在射頻范圍內(nèi)無需頻率合成與變換便可完成任意頻率信號間寬頻、快速及高分辨率的時頻多參數(shù)測量和比對。
[0006]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]—種異頻架構(gòu)下的高分辨群量子化相位處理方法，包括以下步驟:
[0008]A:以高穩(wěn)定信號作為參考信號，以射頻范圍內(nèi)的任意頻率信號作為被測信號，將參考信號和被測信號經(jīng)信號處理系統(tǒng)進行處理后同時輸入相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；
[0009]其中，高穩(wěn)定信號是指短期頻率穩(wěn)定度大于E-12/s量級的頻率源信號；相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路由放大器、延遲器、門電路、觸發(fā)器和選擇器組成，通過異頻群量子化鑒相電路實現(xiàn)；
[0010]B:利用相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的電路對輸入的參考信號和被測信號進行相位量子化累積，然后將相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號分別傳輸至數(shù)據(jù)選擇器；
[0011]C:利用數(shù)據(jù)選擇器輸出相位對比的最終結(jié)果，并以輸出的相位對比的最終結(jié)果獲取比對信號的最大公因子周期！1.。= (T O, Tx)和群量子化Pgq= (1+2+3+……)T_。;然后將數(shù)據(jù)選擇器的輸出信號傳輸至實時測量閘門產(chǎn)生電路；
[0012]其中，最大公因子周期Tmax。= (T o, Tx)中，下標max表示最大，下標c為common首字母，表示公共；T。表示高穩(wěn)定信號的周期，Tx表示被測頻率信號的周期；群量子化Pgq =
(1+2+3+......KmaxcllI11，下標g為group的首字母，表示群，下標q為quantizat1n的首字母，
表示量子化；
[0013]D:利用實時測量閘門產(chǎn)生電路對群量子化的相位進行檢測，將產(chǎn)生的測量閘門的開、關(guān)信號傳輸至時頻多參數(shù)測量系統(tǒng)；同時，利用計數(shù)器產(chǎn)生相位波動性測量結(jié)果，并將產(chǎn)生的相位波動性測量結(jié)果作為被測信號頻率穩(wěn)定度測量的時域數(shù)據(jù)，傳輸至時頻多參數(shù)測量系統(tǒng)；
[0014]E:利用時頻多參數(shù)測量系統(tǒng)的相位噪聲測量模塊、相位差測量模塊、頻標比對測量模塊、相位同步測量模塊以及時頻傳遞測量模塊分別完成對被測信號的相位噪聲測量、頻率測量、相位差測量、頻標比對測量、相位同步測量以及時頻傳遞精度測量，并將最后的測量結(jié)果通過顯示裝置進行顯示。
[0015]所述的A步驟中，高穩(wěn)定信號采用VCH-1003M型主動型氫原子頻標輸出信號。
[0016]所述的A步驟中，信號處理系統(tǒng)包括帶通濾波器、電壓幅度轉(zhuǎn)換器、施密特觸發(fā)器以及功率放大器。
[0017]所述的C步驟中，在利用數(shù)據(jù)選擇器輸出相位對比最終結(jié)果時，當相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路輸出的結(jié)果為模糊區(qū)時，數(shù)據(jù)選擇器自動選擇高電平“I”進行輸出；當相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路輸出的結(jié)果沒有產(chǎn)生模糊區(qū)時，數(shù)據(jù)選擇器自動選擇低電平“O”不輸出。
[0018]所述的B步驟中，數(shù)據(jù)選擇器采用74LS157數(shù)據(jù)選擇器。
[0019]本發(fā)明以實際頻率信號間的相位關(guān)系為分析基礎(chǔ)，借助群量子化及群量子化的相位變化規(guī)律進行高分辨率相位處理，從原理上突破傳統(tǒng)相位處理方法中須同頻鑒相的限制以及異頻相位比對中須以標稱頻率為基礎(chǔ)的局限，在射頻范圍內(nèi)無需頻率合成與變換便可完成任意頻率信號間寬頻、快速及高分辨率的時頻多參數(shù)測量和比對。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作以詳細的描述:
[0022]A:以高穩(wěn)定信號作為參考信號，以射頻范圍內(nèi)的任意頻率信號作為被測信號，將參考信號和被測信號經(jīng)信號處理系統(tǒng)進行處理后同時輸入相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；
[0023]高穩(wěn)定信號是指短期頻率穩(wěn)定度大于E-12/s量級的頻率源信號。由于時頻多參數(shù)的測量分辨率主要由參考信號與被測信號的穩(wěn)定頻率關(guān)系決定，因此本發(fā)明中，高穩(wěn)定信號采用VCH-1003M型氫原子頻標輸出信號；VCH-1003M型氫原子頻標信號是世界上已知穩(wěn)定度最好的信號。
[0024]信號處理系統(tǒng)包括帶通濾波器、電壓幅度轉(zhuǎn)換器、施密特觸發(fā)器以及功率放大器，信號處理系統(tǒng)能夠?qū)⒖夹盘柡捅粶y信號進行濾波、電壓幅度轉(zhuǎn)換、整形及放大一系列變換和處理，然后同時輸入相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
[0025]相位量子化模糊區(qū)是指不能被檢測電路識別的所有相位差的相位量子化總和。相位量子化模糊區(qū)的寬度取決于檢測電路的識別能力，當檢測電路穩(wěn)定時，相位量子化模糊區(qū)的大小基本不變。相位量子化模糊區(qū)產(chǎn)生電路由放大器、延遲器、門電路、觸發(fā)器和選擇器組成，通過異頻