[发明专利]一种异频架构下的高分辨群量子化相位处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位处理方法，尤其涉及一种异频架构下的高分辨群量子化相位处理方法。

背景技术

相位处理是当今精密测量物理领域的研究热点，它具有极高的测量分辨率，在高精度时频传输与比对、相位噪声测量及抑制、新型高精度原子频标及其信号处理和补偿中具有重要作用。目前国外常用的相位处理方法通常是建立在时间间隔基础上的相位差测量方法，比较典型的主要有时间间隔计数法、时间-数字转换法、相位比对法和双混频时差法等。时间间隔计数法具有宽范围、高线性度和低成本的优点，但受限于填充脉冲频率，可实现优于1纳秒的测量分辨率；时间-数字转换法具有大的测量动态范围且易于集成，但分辨率受限于转换的速率和数字信号的位数；相位比对法具有较高的精度，但只能针对两个频率相同的信号，在高的比相频率下非线性严重，通常应用在0.1MHz以下的低频率范围；双混频时差法是目前国际上普遍采用的高分辨率相位差测量方法，可获得皮秒级的测量分辨率，但测量精度提高受限，主要用于短稳和相位差变化量的测量。近年来，随着航空航天、卫星导航、精密测距、空间定位、现代授时、科学计量、雷达测控等高科技领域的迅速发展，我国学者对相位处理也做了比较深入的研究并取得了多项研究成果。中国科学院国家授时中心(NTSC)时频基准实验室长期采用美国Stanford Research System公司生产的SR-620时间间隔计数器进行两个时间信号之间的相位比对，同时研制了性能不低于国外的双混频器时差测量系统。NTSC为了提高我国的授时精度，还进口了德国Time Teeh公司生产的基于双混频时差测量原理的多通道相位比较仪PCOMP，将相位处理的测量分辨率提高了若干个数量级。

国内学者在沿用和跟踪国外相位处理方法的同时，也着重发展了用于信号直接比对的异频相位处理方法。针对异频信号间的相位关系，在标称比对频率的基础上提出了最大公因子频率、最小公倍周期及等效鉴相频率的概念，借助相位重合检测方法消除了传统相位处理中所普遍存在的±1个字的计数误差，获得了优于纳秒的测量分辨率；针对异频信号间相位差的变化规律，在考虑相对频偏存在的情况下提出了群周期相位比对方法，开辟了异频相位处理的新思路，使分辨率提高到了皮秒量级；针对异频信号间的相位群处理问题，建立了群相位量子的概念，分析了群相位量子的物理特性，探索了群相位量子的量化步进规律，在宽频率范围内获得了优于皮秒量级的测量分辨率；提出了相位群同步的概念，建立异频率信号之间的精密频率链接，实现了异频信号之间的高精度传输，获得了优于阿秒的测量不确定度。

尽管如此，由于国内在精密频率源尤其是高精度原子频标技术方面与国外有一定差距，虽然不断跟踪国外的先进相位处理技术并对异频相位处理进行了深入研究，但总体上还不能满足高分辨率相位处理的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种异频架构下的高分辨群量子化相位处理方法，能够在射频范围内无需频率合成与变换便可完成任意频率信号间宽频、快速及高分辨率的时频多参数测量和比对。

本发明采用下述技术方案：

一种异频架构下的高分辨群量子化相位处理方法，包括以下步骤：

A：以高稳定信号作为参考信号，以射频范围内的任意频率信号作为被测信号，将参考信号和被测信号经信号处理系统进行处理后同时输入相位量子化模糊区产生电路和双稳态触发器；

其中，高稳定信号是指短期频率稳定度大于E-12/s量级的频率源信号；相位量子化模糊区产生电路由放大器、延迟器、门电路、触发器和选择器组成，通过异频群量子化鉴相电路实现；

B：利用相位量子化模糊区产生电路和双稳态触发器组成的电路对输入的参考信号和被测信号进行相位量子化累积，然后将相位量子化模糊区产生电路和双稳态触发器的输出信号分别传输至数据选择器；

C：利用数据选择器输出相位对比的最终结果，并以输出的相位对比的最终结果获取比对信号的最大公因子周期T_maxc＝(T₀,T_x)和群量子化P_gq＝(1+2+3+……N)T_maxc；然后将数据选择器的输出信号传输至实时测量闸门产生电路；