基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法。該測(cè)量方法將參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位重合點(diǎn)檢測(cè)，然后對(duì)相位重合點(diǎn)檢測(cè)部分的重合點(diǎn)進(jìn)行有效的捕捉，通過(guò)對(duì)重合點(diǎn)之間的頻率值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)記錄重合脈沖簇中脈沖丟失的位置，閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值的起伏變化及脈沖丟失位置可以反映相位噪聲的變化。這里通過(guò)對(duì)閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值變化的分析可以得到近載頻的相位噪聲，對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的情況進(jìn)行分析可以得到遠(yuǎn)載頻的相位噪聲。最后由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和離散傅立葉變化算法來(lái)計(jì)算單邊帶相位噪聲。此方法具有測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相位噪聲測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及到基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相位噪聲是許多現(xiàn)代電子系統(tǒng)和設(shè)備包括測(cè)控、雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、射電天文、電子測(cè)量和近代物理實(shí)驗(yàn)等的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)和關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)相位噪聲的表征和測(cè)試的研究，找到影響頻率穩(wěn)定性的因素，可應(yīng)用于頻率源的設(shè)計(jì)和質(zhì)量的保證。頻率源相位噪聲的要求常常是整個(gè)系統(tǒng)的限制因素。相位處理和相噪測(cè)量在基本頻率源的特性、頻率基標(biāo)準(zhǔn)的研究、應(yīng)用及性能測(cè)試中具有重要意義。目前，這方面的技術(shù)仍采用傳統(tǒng)的相位處理技術(shù)，這方面的設(shè)備基本上是從國(guó)外進(jìn)口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)我國(guó)先后引進(jìn)了大量HP3047 / 3048A、E5500系列、PN9000等型號(hào)的相位噪聲測(cè)量系統(tǒng)，集中分布在航天、航空、電子、兵器、郵電、海軍、總裝等部門。傳統(tǒng)相位處理方法和相噪測(cè)量方法主要用于鎖相環(huán)、相位處理裝置及高精度振蕩器的單邊帶相位噪聲等的測(cè)量。這樣的相噪測(cè)量的系統(tǒng)具有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，那就是其測(cè)量裝置非常龐大和復(fù)雜，而且參考源必須與待測(cè)源同頻，不但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，而且其本身的噪聲也對(duì)相噪測(cè)量的精度造成影響。
[0003]近年來(lái)，國(guó)外在相噪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展一方面是從線路上改進(jìn)，另一方面是從算法上進(jìn)行優(yōu)化。比較典型的新技術(shù)就是利用高速A/D變換器，將待測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，用數(shù)字信號(hào)處理的方法進(jìn)行相位噪聲的測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)不需要鎖相環(huán)和復(fù)雜的環(huán)路修正，采用的數(shù)字濾波器可以有相當(dāng)高的平坦度，不需要單獨(dú)校準(zhǔn)。缺點(diǎn)是相噪測(cè)量系統(tǒng)受A/D取樣速率的限制，測(cè)量輸入頻率的帶寬較窄，盡管采用互相關(guān)處理，但在測(cè)量高穩(wěn)晶振時(shí)，仍受底部的限制。
[0004]這里，無(wú)論采用哪些算法或改進(jìn)方法都是建立在同頻或者對(duì)頻率關(guān)系有一定要求的鑒相的基礎(chǔ)之上；有頻率差別的信號(hào)只能通過(guò)頻率變換的方法才能進(jìn)行處理。因此，如果在寬頻率范圍內(nèi)完成測(cè)量中所必須的相位比對(duì)就必須結(jié)合使用高精度的頻率合成器。這樣，不但設(shè)備復(fù)雜，而且在各變換環(huán)節(jié)容易弓I入合成線路的附加誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，與傳統(tǒng)相位噪聲測(cè)量方法相比，具有測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明測(cè)量?jī)x器主要包括低相噪信號(hào)源部分、DDS和晶體濾波部分、信號(hào)調(diào)理部分、相位重合點(diǎn)檢測(cè)和頻率測(cè)量部分(或者并行的對(duì)達(dá)到重合觸發(fā)限的重合脈沖的計(jì)數(shù)器)、軟件處理算法、信號(hào)處理及顯示部分。通過(guò)信號(hào)調(diào)整部分對(duì)參考源信號(hào)進(jìn)行整形放大、頻率變換，適時(shí)的通過(guò)控制器調(diào)整控制進(jìn)行調(diào)頻和調(diào)相。經(jīng)過(guò)DDS或者手動(dòng)調(diào)整參考信號(hào)的頻率，使得參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)達(dá)到所需要的頻差。將參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位重合點(diǎn)檢測(cè)。這就需要相位重合點(diǎn)檢測(cè)部分對(duì)重合點(diǎn)進(jìn)行有效的捕捉，通過(guò)對(duì)重合點(diǎn)之間的頻率值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)記錄重合脈沖簇中脈沖丟失的位置，閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值的起伏變化及脈沖丟失位置可以反映相位噪聲的變化。這里通過(guò)對(duì)閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值變化的分析可以得到近載頻的相位噪聲，對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的情況進(jìn)行分析可以得到遠(yuǎn)載頻的相位噪聲。最后由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和離散傅立葉變化算法來(lái)計(jì)算單邊帶相位噪聲。
[0007]本發(fā)明利用了兩路頻率信號(hào)之間的相位重合點(diǎn)的檢測(cè)，第一路通過(guò)對(duì)閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值變化的分析來(lái)得到近載頻的相位噪聲，第二路通過(guò)對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的情況進(jìn)行分析來(lái)得到遠(yuǎn)載頻的相位噪聲。
[0008]通過(guò)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行粗測(cè)，根據(jù)粗測(cè)結(jié)果設(shè)置DDS，由于這里的DDS的窄帶特性，使得DDS輸出的信號(hào)可以選擇不同中心頻率的晶體濾波器，同時(shí)根據(jù)設(shè)置的分頻比，使得參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)形成一定的關(guān)系進(jìn)行相位重合檢測(cè)，通過(guò)和上位機(jī)之間的通信來(lái)進(jìn)行相關(guān)的采集信息設(shè)置。
[0009]根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的信息，第一路相位重合檢測(cè)用于對(duì)閘門內(nèi)被測(cè)信號(hào)fx和參考信號(hào)fo進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)的結(jié)果Ntl和Nx通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理和顯示；
[0010]第二路相位重合檢測(cè)用于對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的位置i進(jìn)行記錄，并將結(jié)果通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理和顯示。
[0011]其中第一路的實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0012]根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的信息，通過(guò)對(duì)參考頻率&和被測(cè)頻率fx進(jìn)行重合檢測(cè)形成實(shí)際閘門，對(duì)閘門內(nèi)的f0和fx進(jìn)行N次測(cè)量可得到N個(gè)N。和Nx值，其中N0和Nx分別為閘門內(nèi)f0和fx的計(jì)數(shù)值；由于噪聲的存在，使得各個(gè)閘門內(nèi)的計(jì)數(shù)值不一致，通過(guò)計(jì)數(shù)值的起伏變
【權(quán)利要求】
1.一種基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于，該測(cè)量方法將參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位重合點(diǎn)檢測(cè)，然后對(duì)相位重合點(diǎn)檢測(cè)部分的重合點(diǎn)進(jìn)行有效的捕捉，通過(guò)對(duì)重合點(diǎn)之間的頻率值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)記錄重合脈沖簇中脈沖丟失的位置，閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值的起伏變化及脈沖丟失位置可以反映相位噪聲的變化；通過(guò)對(duì)閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值變化的分析得到近載頻的相位噪聲，對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的情況進(jìn)行分析得到遠(yuǎn)載頻的相位噪聲，最后由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和離散傅立葉變化算法來(lái)計(jì)算單邊帶相位噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于，利用了兩路頻率信號(hào)之間的相位重合點(diǎn)的檢測(cè)，第一路通過(guò)對(duì)閘門內(nèi)計(jì)數(shù)值變化的分析來(lái)得到近載頻的相位噪聲，第二路通過(guò)對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的情況進(jìn)行分析來(lái)得到遠(yuǎn)載頻的相位噪聲。
3.如權(quán)利要求1所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行粗測(cè)，根據(jù)粗測(cè)結(jié)果設(shè)置一個(gè)窄帶的DDS，由于DDS的窄帶特性，使得DDS輸出的信號(hào)可以選擇不同中心頻率的晶體濾波器，同時(shí)根據(jù)設(shè)置DDS輸出的信號(hào)分頻器的分頻比，使得參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)形成整數(shù)倍并有一定頻差的關(guān)系進(jìn)行相位重合檢測(cè)，通過(guò)和上位機(jī)之間的通信來(lái)進(jìn)行相關(guān)的采集信息設(shè)置。
4.如權(quán)利要求2所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于，根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的信息，第一路相位重合檢測(cè)用于對(duì)閘門內(nèi)被測(cè)信號(hào)fx和參考信號(hào)fo進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)的結(jié)果Ntl和Nx通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理和顯示； 第二路相位重合檢測(cè)用于對(duì)相位重合簇內(nèi)脈沖丟失的位置i進(jìn)行記錄，并將結(jié)果通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理和顯示。
5.如權(quán)利要求2所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于，第一路的實(shí)現(xiàn)方法 如下: 根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的信息，通過(guò)對(duì)參考頻率&和被測(cè)頻率fx進(jìn)行重合檢測(cè)形成實(shí)際閘門，對(duì)閘門內(nèi)的f0和fx進(jìn)行N次測(cè)量可得到N個(gè)N。和Nx值，其中N0和Nx分別為閘門內(nèi)f0和fx的計(jì)數(shù)值；由于噪聲的存在，使得各個(gè)閘門內(nèi)的計(jì)數(shù)值不一致，通過(guò)計(jì)數(shù)值的起伏變化




N來(lái)反映相位噪聲的變化，由NJtl=NxTx，可計(jì)算得到N個(gè)Tx,匕值，即可得到^?其中


I χ —-，


N7=1，將7當(dāng)作被測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確值，則可得到每個(gè)閘門內(nèi)的周期抖動(dòng):Δ?=ρ—η，則閘


(T7v — Tr) ^ 2門內(nèi)的相位抖動(dòng)為:Δ#0=1 - &，通過(guò)對(duì)Α 進(jìn)行時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換可得到信號(hào)Τ,Δ 爐(/)的近端單邊帶相位噪聲。
6.如權(quán)利要求2所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于，第二路的實(shí)現(xiàn)方法如下: 根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的信息，通過(guò)對(duì)參考頻率&和被測(cè)頻率fx進(jìn)行重合檢測(cè)，由于器件的分辨率有限，使得重合點(diǎn)附近出現(xiàn)了一簇的重合脈沖；在明顯存在噪聲的情況下，該脈沖的包絡(luò)內(nèi)會(huì)因?yàn)樵肼暤膯?wèn)題導(dǎo)致在一些本應(yīng)該有重合檢出的重合窄脈沖波型的地方因?yàn)橄辔徊钪档脑龃蠖鴽](méi)有被檢出的信號(hào)，所以在對(duì)相位重合簇的計(jì)數(shù)中，會(huì)由于噪聲情況不同，從而引起計(jì)數(shù)的結(jié)果也不同，那么就可以建立計(jì)數(shù)值和相噪情況的函數(shù)關(guān)系；由于被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)成倍數(shù)有一定的頻差，則相位差是單調(diào)步進(jìn)的，且步進(jìn)值為:
7.如權(quán)利要求5或6所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于:結(jié)合得到的近端和遠(yuǎn)端的相位抖動(dòng)信息，將其通過(guò)離散傅立葉變化算法轉(zhuǎn)換到頻域，即可得到完整的單邊帶相位噪聲曲線。
8.如權(quán)利要求7所述的基于任意頻率信號(hào)間相位特征處理的相位噪聲測(cè)量方法，其特征在于:由于相位抖動(dòng)舛O的自相關(guān)函數(shù)與相位噪聲的譜密度知(/)是一對(duì)傅里葉變換對(duì)，對(duì)列O進(jìn)行自相關(guān)并進(jìn)行傅里葉變換可得到相位噪聲的譜密度&>(/.)在小角度調(diào)制條件下，由
【文檔編號(hào)】G01R29/26GK103487669SQ201310360043
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】李智奇, 周渭, 宣宗強(qiáng), 苗苗, 宋慧敏, 康旭 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)