基于異頻信號間相位群特征的相位噪聲測量技術(shù)研究.pdf

1、時頻測控技術(shù)是測試計量、儀器儀表、電力通訊、導(dǎo)航定位、航空航天等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)，它的發(fā)展直接關(guān)系到相關(guān)科學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的進步和精度的提高。頻率穩(wěn)定度作為頻率源的重要指標(biāo)，對時頻測控系統(tǒng)的性能有著重要影響。時域的阿倫方差和頻率的單邊帶相位噪聲是短期穩(wěn)定度的兩種主要表征形式，而單邊帶相位噪聲以其更明確的物理意義受到越來越多研究者的關(guān)注，對頻率源單邊帶相位噪聲的精確測量是時頻測控領(lǐng)域的研究熱點，產(chǎn)生了大量的相位噪聲測量理論和方法，出現(xiàn)了許多高性

2、能的相位噪聲測量系統(tǒng)。
　　傳統(tǒng)的相位噪聲測量方法和系統(tǒng)，主要采用同頻鎖相的相位處理方法，測量時要求參考和被測信號頻率值相同且相位正交。當(dāng)參考和被測頻率不同頻時，需要復(fù)雜的頻率變換線路進行頻率歸一化，增加了頻率處理鏈路，提高了成本，引入了變換線路附加誤差，限制了傳統(tǒng)相位處理應(yīng)用面和測量精度的提高。應(yīng)用微電子技術(shù)對線路進行改進，借助微處理技術(shù)對算法進行優(yōu)化等都沒有從根本上解決傳統(tǒng)同頻相位處理中的高測量分辨率和寬頻率測量范圍間的矛盾。

3、考慮到周期性運動現(xiàn)象及其相位問題的普遍性，相位處理理應(yīng)具有更寬的頻率適用范圍、更高的測量分辨率，對于相位處理理論和方法的深入研究，探索如何將傳統(tǒng)的同頻相位比對和處理拓展到更廣的任意頻率信號間的相位直接比對和處理，具有重要的意義和研究價值。
　　鑒于相位噪聲測量和相位處理方法中同頻比相的限制，本論文在深入分析任意兩個不同頻率信號間直接相位比對的相位差變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，揭示了異頻信號間的相位群特征理論，并將該理論應(yīng)用于相位噪聲的測量，

4、實現(xiàn)了基于相位群特征的相位噪聲測量系統(tǒng)的硬件功能模塊和軟件算法設(shè)計，并進行了系統(tǒng)性能實驗驗證和結(jié)果分析。同時，探討了異頻信號間的相位群特征在頻率、相位差測量以及頻率鏈接中的應(yīng)用。
　　本論文的主要研究內(nèi)容和的研究成果包括以下幾個方面：
　　1.分析了頻率穩(wěn)定度和相位噪聲測量理論的發(fā)展和現(xiàn)狀，介紹了常用的相位噪聲測量方法和典型相位噪聲測量系統(tǒng)，分析了基于同頻相位處理的相位噪聲測量方法的局限性。研究了相位噪聲的時域阿倫方差和頻域

5、功率譜密度表征形式，闡述了阿倫方差和功率譜密度尤其是單邊帶相位噪聲的計算方法及其相互轉(zhuǎn)換的原理。
　　2.研究了異頻信號間的相位群特征理論。在最小公倍數(shù)周期、等效鑒相頻率等概念的基礎(chǔ)上，分析了異頻信號間相位比對的相位差變化規(guī)律，揭示了異頻信號間相位差以最小公倍數(shù)周期為周期的相位群特征，即群間相位差變化嚴(yán)格一致的相位群同步特征，群內(nèi)相位差量化步進的相位量化步進特征。異頻信號間的相位群特征理論，對于簡化頻率處理鏈路，提高時頻測量的分辨

6、率及精度有重要的研究價值。
　　3.研究了異頻信號間的相位重合檢測理論。對異頻信號間的相位群同步特征進行了深入探討，分析了異頻信號間相位重合檢測模糊區(qū)的形成原因，發(fā)現(xiàn)了相位重合檢測模糊區(qū)的邊沿效應(yīng)。相位重合檢測模糊區(qū)及其邊沿效應(yīng)的研究，對于提高相位重合檢測以及相關(guān)時頻測量的精度，實現(xiàn)基于異頻相位處理的相位噪聲測量，以及解決更廣范圍內(nèi)高測量分辨率需求與有限的檢測分辨率之間的矛盾具有重要的研究價值和啟發(fā)意義。
　　4.研究了基于

7、異頻信號間的相位群特征的相位噪聲測量原理。探討了異頻信號間的相位群特征在相位噪聲測量中的應(yīng)用，利用異頻參考和被測頻率間的相位重合檢測構(gòu)成實際測量閘門，通過測量門時內(nèi)參考和被測頻率的計數(shù)值變化求得測量門時的起伏，實現(xiàn)近載頻單邊帶相位噪聲測量；同時，通過測量門時內(nèi)參考和被測頻率間的相位重合檢測脈沖的個數(shù)及缺失脈沖位置的記錄求得相應(yīng)的相位起伏，實現(xiàn)遠載頻單邊帶相位噪聲的測量。
　　5.完成了基于異頻信號間的相位群特征的相位噪聲測量系統(tǒng)的

8、軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)。給出了基于異頻信號間相位群特征的相位噪聲測量系統(tǒng)的總體方案，完成了系統(tǒng)的參考頻率源模塊、DDS及晶體濾波模塊、相位重合檢測和門時產(chǎn)生及計數(shù)模塊等的功能設(shè)計與電路實現(xiàn)，設(shè)計并編程實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件算法，對系統(tǒng)的性能作了實驗驗證和結(jié)果分析。
　　6.探討了異頻信號間的相位群特征理論在時頻測控中的其它應(yīng)用。給出了基于精密移相的相檢寬帶測頻改進方法，有效提高了參考和被測頻率呈倍數(shù)關(guān)系時的測量速度；給出了基于相位群同步的相位