[發明專利]一種雙鎖相技術20Hz~20kHz多頻信號幅度相位實時檢測分布式系統

在審

• 申請號: 201710306870.5
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107121586A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 王世隆;劉長勝;張春鋒;郭嶺;侯鈺闊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R19/04
• 分類號: G01R19/04;G01R25/00
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 李榮武

技術領域：

本發明涉及一種基于雙鎖相技術20Hz～20kHz多頻信號幅度相位實時檢測分布式系統，尤其涉及一種遠距離多頻信號實時檢出電路。

背景技術：

隨著網絡技術的發展，各種儀器設備越來越多地使用分布式網絡或局域網。多頻信號實時采集系統廣泛應用于各種實時性要求較高的領域，尤其在地空電磁探測、飛機、各種物探領域。因此多頻信號的實時檢出在各個領域均發揮著重要作用。

傳統多頻信號采集電路一般由程控放大濾波器組、采樣電路和控制電路組成。由于信號采集電路一般裝載在相距較遠的機械上，因此多頻信號采集的關鍵是實現信號的同步采集。傳統多頻信號采集電路通過架設電纜使系統的各個模塊使用相同的時鐘信號。其得到的數據經過后期的一系列處理得到待測信號的信息，因此無法實時得到待測信號的信息。因此傳統的多頻信號采集系統具有其不可更改的局限性。

鎖相放大技術興起以來，因其對微弱信號檢測的優勢而廣泛被應用到微弱信號的檢測中。但通常的做法是通過一對正交的參考信號與待測信號進行鎖相乘，這種方式能實時地得到待測信號的幅值和待測信號相對于正交參考信號的相位差，但不能實時獲得待測信號與GPS基準信號的相位差。

全球定位系統具有精度高、全天候等授時優點，被廣泛應用信號的檢測領域。然而GPS秒脈沖頻率為1Hz，不能作為芯片的時鐘，無法直接應用于電磁信號采集電路。因此通常的做法是通過數字鎖相環或者用秒脈沖1PPS作為標準信號對OCXO的頻率進行校準，再在FPGA中采用均值濾波算法對1PPS信號引入的隨機噪聲進行壓制的方法產生高頻的時鐘信號。相對而言，數字鎖相環的方式準確性更高、穩定性也更好，但這種方法多被用于提供分布式采集系統的同步時鐘，不能實現電磁信號的實時檢出。

發明內容：

本發明的目的就是針對上述現有技術的不足，提供一種能實現對20～20kHz多頻信號實時采集的一種雙鎖相技術的實時檢測分布式系統。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的一種雙鎖相技術20Hz～20kHz多頻信號幅度相位實時檢測分布式系統，包括控制模塊、串行通信模塊、GPS同步模塊、鎖相放大模塊和存儲模塊?？刂颇K兼有控制和人機交互功能。串行通信模塊實現數據的上傳和初始化各模塊的功能。GPS同步模塊接收GPS秒脈沖信號并經過數字鎖相環輸出與秒脈沖同相的基準信號并將信號發送給鎖相放大模塊。鎖相放大模塊由可選程控濾波器組、參考正交信號發生器、鎖相乘法器組、低通濾波器組和采樣電路組成，通過將鎖相乘法器組分別鎖相待測信號和正交參考信號、正交參考信號和GPS基準信號實現濾波和自適應放大功能并實時的獲得待測信號的幅值和相位信息。存儲模塊將采集的信息進行存儲。

一種雙鎖相技術20Hz～20kHz多頻信號幅度相位實時檢測分布式系統，控制模塊(1)通過控制鎖相乘法器的參考信號和GPS同步模塊(7)輸出的基準信號控制鎖相放大模塊(5)，采樣芯片在控制模塊的控制下對鎖相放大模塊低通濾波器的輸出進行采樣，GPS接收裝置與GPS同步模塊(7)連接，同步模塊在控制模塊的控制下輸出與秒脈沖同步的基準信號，然后與鎖相放大模塊連接，作為鎖相放大模塊的參考輸入。(3)為存儲模塊，在控制模塊的控制下對鎖相放大模塊回傳的數據進行存儲。串行通信模塊(2)在控制模塊的控制下，實現對鎖相放大模塊參考信號、GPS同步模塊基準信號的初始化。

控制模塊(1)是由顯示屏、鍵盤與控制芯片連接構成。

串行通信模塊(2)分別與鎖相放大模塊、GPS同步模塊和控制模塊連接，在控制模塊的控制下，實現對鎖相放大模塊參考信號、GPS同步模塊基準信號的初始化。

存儲模塊(3)是由SD卡及其外圍電路構成并與控制模塊(1)連接。

GPS同步模塊(7)與GPS接收裝置連接，GPS同步模塊將秒脈沖進行數字鎖相放大后，得到和秒脈沖同步的基準信號，然后與鎖相放大模塊連接。

鎖相放大模塊(5)由可選程控濾波器組、參考正交信號發生器、鎖相乘法器組、低通濾波器組和采樣電路組成，其中兩個鎖相放大器與參考信號發生器連接，另外兩個鎖相放大器與GPS同步模塊(4)連接。

有益效果：本發明通過數字鎖相放大和模擬鎖相放大的雙鎖相技術，實現了對信號更加精確的測量，減小了對采樣率的依賴。與傳統的多頻信號采集系統比較，實現了對幅度和相 位的實時檢出，因此具有實時性強、精度高、功耗小等優點。

附圖說明：

圖1一種雙鎖相技術20Hz～20kHz多頻信號幅度相位實時檢測分布式系統框圖