[發明專利]基于任意頻率信號間相位特征處理的相位噪聲測量方法

有效

• 申請號: 201310360043.6
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103487669A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 李智奇;周渭;宣宗強;苗苗;宋慧敏;康旭
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R29/26
• 分類號: G01R29/26
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

技術領域

本發明屬于相位噪聲測量領域，尤其涉及到基于任意頻率信號間相位特征處理的相位噪聲測量方法。

背景技術

相位噪聲是許多現代電子系統和設備包括測控、雷達、通信、導航、射電天文、電子測量和近代物理實驗等的一項重要技術指標和關鍵性技術問題，通過相位噪聲的表征和測試的研究，找到影響頻率穩定性的因素，可應用于頻率源的設計和質量的保證。頻率源相位噪聲的要求常常是整個系統的限制因素。相位處理和相噪測量在基本頻率源的特性、頻率基標準的研究、應用及性能測試中具有重要意義。目前，這方面的技術仍采用傳統的相位處理技術，這方面的設備基本上是從國外進口。據統計，近20年來我國先后引進了大量HP3047／3048A、E5500系列、PN9000等型號的相位噪聲測量系統，集中分布在航天、航空、電子、兵器、郵電、海軍、總裝等部門。傳統相位處理方法和相噪測量方法主要用于鎖相環、相位處理裝置及高精度振蕩器的單邊帶相位噪聲等的測量。這樣的相噪測量的系統具有一個明顯的缺點，那就是其測量裝置非常龐大和復雜，而且參考源必須與待測源同頻，不但電路結構復雜，價格昂貴，而且其本身的噪聲也對相噪測量的精度造成影響。

近年來，國外在相噪測量技術的發展一方面是從線路上改進，另一方面是從算法上進行優化。比較典型的新技術就是利用高速A/D變換器，將待測信號和參考信號轉化為數字信號，用數字信號處理的方法進行相位噪聲的測量。優點是系統不需要鎖相環和復雜的環路修正，采用的數字濾波器可以有相當高的平坦度，不需要單獨校準。缺點是相噪測量系統受A/D取樣速率的限制，測量輸入頻率的帶寬較窄，盡管采用互相關處理，但在測量高穩晶振時，仍受底部的限制。

這里，無論采用哪些算法或改進方法都是建立在同頻或者對頻率關系有一定要求的鑒相的基礎之上；有頻率差別的信號只能通過頻率變換的方法才能進行處理。因此，如果在寬頻率范圍內完成測量中所必須的相位比對就必須結合使用高精度的頻率合成器。這樣，不但設備復雜，而且在各變換環節容易引入合成線路的附加誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于任意頻率信號間相位特征處理的相位噪聲測量方法，與傳統相位噪聲測量方法相比，具有測量精度高，測量范圍寬等優點。

本發明測量儀器主要包括低相噪信號源部分、DDS和晶體濾波部分、信號調理部分、相位重合點檢測和頻率測量部分（或者并行的對達到重合觸發限的重合脈沖的計數器）、軟件處理算法、信號處理及顯示部分。通過信號調整部分對參考源信號進行整形放大、頻率變換，適時的通過控制器調整控制進行調頻和調相。經過DDS或者手動調整參考信號的頻率，使得參考信號與被測信號達到所需要的頻差。將參考信號和被測信號進行相位重合點檢測。這就需要相位重合點檢測部分對重合點進行有效的捕捉，通過對重合點之間的頻率值進行測量，同時記錄重合脈沖簇中脈沖丟失的位置，閘門內計數值的起伏變化及脈沖丟失位置可以反映相位噪聲的變化。這里通過對閘門內計數值變化的分析可以得到近載頻的相位噪聲，對相位重合簇內脈沖丟失的情況進行分析可以得到遠載頻的相位噪聲。最后由計算機數據處理和離散傅立葉變化算法來計算單邊帶相位噪聲。

本發明利用了兩路頻率信號之間的相位重合點的檢測，第一路通過對閘門內計數值變化的分析來得到近載頻的相位噪聲，第二路通過對相位重合簇內脈沖丟失的情況進行分析來得到遠載頻的相位噪聲。

通過對被測信號進行粗測，根據粗測結果設置DDS，由于這里的DDS的窄帶特性，使得DDS輸出的信號可以選擇不同中心頻率的晶體濾波器，同時根據設置的分頻比，使得參考信號和被測信號形成一定的關系進行相位重合檢測，通過和上位機之間的通信來進行相關的采集信息設置。

根據上位機設置的信息，第一路相位重合檢測用于對閘門內被測信號f_x和參考信號f₀進行計數，并將計數的結果N₀和N_x通過串口傳輸到上位機進行處理和顯示；

第二路相位重合檢測用于對相位重合簇內脈沖丟失的位置i進行記錄，并將結果通過串口傳輸到上位機進行處理和顯示。

其中第一路的實現方法如下：