[发明专利]一种基于运动辐射源的高精度频率测量系统

说明书

本发明公开了一种基于运动辐射源的高精度频率测量系统，属于频率测量技术领域。其包括参考信号源模块、被测信号源模块、第一频率变换模块、第二频率变换模块、模拟信号处理模块、分频器模块、锁相倍频模块、脉冲边沿提取模块、异频量子化鉴相模块、相位差脉冲处理模块、脉冲计数模块以及计数值存储模块。本发明采用异频量子化鉴相处理方法，能够大幅度提高频率测量的精度，加强系统在复杂背景下的可生存性和安全可靠性，是对现有技术的一种重要改进。

技术领域

本发明涉及频率测量技术领域，特别是指一种基于运动辐射源的高精度频率测量系统。

背景技术

频率测量是精密测量物理领域要解决的关键问题之一，这个问题的解决有助于时间频率的传输和比对、相位噪声测量和抑制以及新型原子频标的精度提高，并对整个卫星导航系统与装备技术的进一步发展起到强有力的推动作用。目前传统的频率测量系统建立在脉冲计数基础之上，主要存在两个方面的缺陷：一是受填充脉冲频率的限制，二是存在±1个字的计数误差。为降低这种缺陷，提高测量精度，国际上比较流行的做法是将各种频率测量方法综合运用，如将模拟内插法和时间游标法结合起来，可使±1个字计数误差减少到1/1000左右，测量精度能达到皮秒级，但该方法的实现电路设计复杂、仪器造价高，从而限制了其应用的广泛性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于运动辐射源的高精度频率测量系统，其能够大幅度提高频率测量的精度，加强系统在复杂背景下的可生存性和安全可靠性。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于运动辐射源的高精度频率测量系统，其包括参考信号源模块、被测信号源模块、第一频率变换模块、第二频率变换模块、模拟信号处理模块、分频器模块、锁相倍频模块、脉冲边沿提取模块、异频量子化鉴相模块、相位差脉冲处理模块、脉冲计数模块以及计数值存储模块；

所述参考信号源模块由用于产生高稳定度参考信号的超高稳定度晶体振荡器实现；

所述被测信号源模块由用于提供被测信号的脉冲信号接收器实现；

所述第一频率变换模块和第二频率变换模块均由用于产生射频信号的频率合成器实现；

所述模拟信号处理模块由用于将参考信号变换为方波脉冲信号的施密特触发器实现；

所述分频器模块具有分别输出1KHz和4KHz方波脉冲信号的两个信号输出端，所述分频器模块通过FPGA内部的计数分频器实现，该计数分频器能够产生用于异频量子化鉴相的1KHz和4KHz方波脉冲信号，其中1KHz方波脉冲信号属于被测信号，4KHz方波脉冲信号属于参考信号；

所述锁相倍频模块通过FPGA内部的锁相环实现，该锁相环具有用于产生高频时钟脉冲信号的倍频功能；

所述脉冲边沿提取模块通过FPGA内部的边沿型D触发器、2输入与门电路以及反相器实现，用于提取1KHz和4KHz方波脉冲信号的前沿；

所述异频量子化鉴相模块由电平型RS触发器实现，所述电平型RS触发器具有两个信号输入端，用于产生参考信号和被测信号之间的相位差脉冲；

所述相位差脉冲处理模块通过FPGA内部的自编程序控制器实现，该自编程序控制器用于将相位差脉冲以最大公因子周期为单元进行量子化，产生以最小公倍数周期为间隔的脉冲同步信号和脉冲计数控制信号；

所述脉冲计数模块包括3个功能相同的计数器，这3个计数器结合脉冲计数控制信号分别用于对被测信号的整周期、参考信号的整周期以及相位差脉冲宽度进行计数并获得计数值；