[發明專利]一種實時測量模數轉換器孔徑抖動的方法及其系統

有效

• 申請號: 201410208147.X
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103986466B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 梁浴榕;葉賢基;魏冰冰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明涉及精密信號測量領域，特別涉及一種測量模數轉換器孔徑抖動的方法。

背景技術

地球重力場是國家的戰略資源，衛星測量地球重力場及其變化為人類在水文學、海洋學、冰河學、地球物理學、測地學等領域的研究提供了極其豐富和有利的科學數據和分析手段。空間引力波探測計劃將開辟新的引力波觀測“窗口”，主要目標是探測宇宙中由黑洞和銀河系雙星產生的頻率范圍為0.1mHz-0.1Hz的引力波，這將是對愛因斯坦廣義相對論的進一步驗證，并開啟引力波天文學新學科的研究。

星間激光干涉儀是衛星地球重力場測量、空間引力波探測等計劃中的關鍵裝置之一，它通過測量兩束激光的拍頻信號的相位來獲取納米甚至皮米量級的相對距離變化信息，相位測量分辨率的要求為1μrad。利用數字鎖相環測量信號尤其是高頻信號的相位時，模數轉換器的孔徑抖動將會引入相位測量誤差。以空間引力波探測計劃NGO(New?Gravitational?waves?Observatory)為例，衛星間的相對運動速度約為15m/s，相應的多普勒頻率約為15MHz，拍頻信號頻率的最大值約為30MHz。目前模數轉換器的孔徑抖動最小為60fs，造成的相位測量誤差約為10μrad，是數字鎖相環測量相位的主要噪聲。

傳統上測量孔徑抖動是基于測量信噪比的方法，需要對信號高速采樣，然后再作傅里葉變換，其缺點是孔徑抖動不能連續測量，影響相位實時測量精度。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種實時測量模數轉換器的孔徑抖動的方法，其目的在于通過連續測量模擬輸入信號的相位來測量模數轉換器的孔徑抖動，由此解決孔徑抖動無法連續測量的技術問題,本發明尤其適用于亞皮米量級的外差激光干涉測距領域。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種實時測量模數轉換器的孔徑抖動的方法，該方法包括如下步驟：

S1.通過數控振蕩器生成第一數字導頻信號和第二數字導頻信號，其中，所述第一數字導頻信號頻率f₁范圍為(f_het，f_s/2)，所述第二數字導頻信號頻率f₂范圍為(f_s/2，f_s-f_het)，f_s為編碼時鐘頻率，f_het為模擬輸入信號頻率；

S2.將第一數字導頻信號和第二數字導頻信號經數模轉換電路轉換為第一模擬導頻信號和第二模擬導頻信號，并與模擬輸入信號一起輸入至模擬信號合成電路合成為一個包含f_het、f₁以及f₂三種頻率成分的合成模擬信號；

S3.上述合成模擬信號經過抗混疊濾波器濾除其中大于f₂的頻率成分后，再經模數轉換器轉換為一個包含f_het、f₁和f_p2三種頻率成分的數字信號，其中，f_p2為f₂經模數轉換器采樣后混疊的信號頻率，滿足f_p2＝f_s-f₂，其頻率范圍為(f_het，f_s/2)，且要求f_p2不等于f₁；

S4.上述數字信號在編碼時鐘產生的時鐘信號觸發下傳送至數字濾波器濾波，分別提取出含單一頻率成分f₁的第一數字信號和含單一頻率成分f_p2的第二數字信號；

S5.利用數字鎖相環分別測量上述第一和第二數字信號的相位，所測得的兩路相位數據分別經降采樣濾波器降采樣處理后，再通過串口通訊傳送至數據處理模塊；

由于數字鎖相環的工作頻率等于編碼時鐘的頻率，因此需要通過降采樣濾波器降低數據的更新率。

S6.數據處理模塊對輸入的兩路相位數據作如下處理：兩路相位數據分別表示為其中ΔT＝n×τ，τ為采樣時間間隔，n表示采樣點數且為正整數，t_jitt(i)為i×τ時刻的孔徑抖動；根據輸入的兩路相位數據和計算得到后，再對t_j(n)作差分處理，從而得到孔徑抖動t_jitt(n)＝t_j(n)-t_j(n-1)。