基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法
【专利摘要】本发明提供一种基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法。该测量方法将参考信号和被测信号进行相位重合点检测，然后对相位重合点检测部分的重合点进行有效的捕捉，通过对重合点之间的频率值进行测量，同时记录重合脉冲簇中脉冲丢失的位置，闸门内计数值的起伏变化及脉冲丢失位置可以反映相位噪声的变化。这里通过对闸门内计数值变化的分析可以得到近载频的相位噪声，对相位重合簇内脉冲丢失的情况进行分析可以得到远载频的相位噪声。最后由计算机数据处理和离散傅立叶变化算法来计算单边带相位噪声。此方法具有测量精度高，测量范围宽等优点。
【专利说明】基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于相位噪声测量领域，尤其涉及到基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法。
【背景技术】
[0002]相位噪声是许多现代电子系统和设备包括测控、雷达、通信、导航、射电天文、电子测量和近代物理实验等的一项重要技术指标和关键性技术问题，通过相位噪声的表征和测试的研究，找到影响频率稳定性的因素，可应用于频率源的设计和质量的保证。频率源相位噪声的要求常常是整个系统的限制因素。相位处理和相噪测量在基本频率源的特性、频率基标准的研究、应用及性能测试中具有重要意义。目前，这方面的技术仍采用传统的相位处理技术，这方面的设备基本上是从国外进口。据统计，近20年来我国先后引进了大量HP3047 / 3048A、E5500系列、PN9000等型号的相位噪声测量系统，集中分布在航天、航空、电子、兵器、邮电、海军、总装等部门。传统相位处理方法和相噪测量方法主要用于锁相环、相位处理装置及高精度振荡器的单边带相位噪声等的测量。这样的相噪测量的系统具有一个明显的缺点，那就是其测量装置非常庞大和复杂，而且参考源必须与待测源同频，不但电路结构复杂，价格昂贵，而且其本身的噪声也对相噪测量的精度造成影响。
[0003]近年来，国外在相噪测量技术的发展一方面是从线路上改进，另一方面是从算法上进行优化。比较典型的新技术就是利用高速A/D变换器，将待测信号和参考信号转化为数字信号，用数字信号处理的方法进行相位噪声的测量。优点是系统不需要锁相环和复杂的环路修正，采用的数字滤波器可以有相当高的平坦度，不需要单独校准。缺点是相噪测量系统受A/D取样速率的限制，测量输入频率的带宽较窄，尽管采用互相关处理，但在测量高稳晶振时，仍受底部的限制。
[0004]这里，无论采用哪些算法或改进方法都是建立在同频或者对频率关系有一定要求的鉴相的基础之上；有频率差别的信号只能通过频率变换的方法才能进行处理。因此，如果在宽频率范围内完成测量中所必须的相位比对就必须结合使用高精度的频率合成器。这样，不但设备复杂，而且在各变换环节容易弓I入合成线路的附加误差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，与传统相位噪声测量方法相比，具有测量精度高，测量范围宽等优点。
[0006]本发明测量仪器主要包括低相噪信号源部分、DDS和晶体滤波部分、信号调理部分、相位重合点检测和频率测量部分(或者并行的对达到重合触发限的重合脉冲的计数器)、软件处理算法、信号处理及显示部分。通过信号调整部分对参考源信号进行整形放大、频率变换，适时的通过控制器调整控制进行调频和调相。经过DDS或者手动调整参考信号的频率，使得参考信号与被测信号达到所需要的频差。将参考信号和被测信号进行相位重合点检测。这就需要相位重合点检测部分对重合点进行有效的捕捉，通过对重合点之间的频率值进行测量，同时记录重合脉冲簇中脉冲丢失的位置，闸门内计数值的起伏变化及脉冲丢失位置可以反映相位噪声的变化。这里通过对闸门内计数值变化的分析可以得到近载频的相位噪声，对相位重合簇内脉冲丢失的情况进行分析可以得到远载频的相位噪声。最后由计算机数据处理和离散傅立叶变化算法来计算单边带相位噪声。
[0007]本发明利用了两路频率信号之间的相位重合点的检测，第一路通过对闸门内计数值变化的分析来得到近载频的相位噪声，第二路通过对相位重合簇内脉冲丢失的情况进行分析来得到远载频的相位噪声。
[0008]通过对被测信号进行粗测，根据粗测结果设置DDS，由于这里的DDS的窄带特性，使得DDS输出的信号可以选择不同中心频率的晶体滤波器，同时根据设置的分频比，使得参考信号和被测信号形成一定的关系进行相位重合检测，通过和上位机之间的通信来进行相关的采集信息设置。
[0009]根据上位机设置的信息，第一路相位重合检测用于对闸门内被测信号fx和参考信号fo进行计数，并将计数的结果Ntl和Nx通过串口传输到上位机进行处理和显示；
[0010]第二路相位重合检测用于对相位重合簇内脉冲丢失的位置i进行记录，并将结果通过串口传输到上位机进行处理和显示。
[0011]其中第一路的实现方法如下:
[0012]根据上位机设置的信息，通过对参考频率&和被测频率fx进行重合检测形成实际闸门，对闸门内的f0和fx进行N次测量可得到N个N。和Nx值，其中N0和Nx分别为闸门内f0和fx的计数值；由于噪声的存在，使得各个闸门内的计数值不一致，通过计数值的起伏变
【权利要求】
1.一种基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于，该测量方法将参考信号和被测信号进行相位重合点检测，然后对相位重合点检测部分的重合点进行有效的捕捉，通过对重合点之间的频率值进行测量，同时记录重合脉冲簇中脉冲丢失的位置，闸门内计数值的起伏变化及脉冲丢失位置可以反映相位噪声的变化；通过对闸门内计数值变化的分析得到近载频的相位噪声，对相位重合簇内脉冲丢失的情况进行分析得到远载频的相位噪声，最后由计算机数据处理和离散傅立叶变化算法来计算单边带相位噪声。
2.如权利要求1所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于，利用了两路频率信号之间的相位重合点的检测，第一路通过对闸门内计数值变化的分析来得到近载频的相位噪声，第二路通过对相位重合簇内脉冲丢失的情况进行分析来得到远载频的相位噪声。
3.如权利要求1所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于，通过对被测信号进行粗测，根据粗测结果设置一个窄带的DDS，由于DDS的窄带特性，使得DDS输出的信号可以选择不同中心频率的晶体滤波器，同时根据设置DDS输出的信号分频器的分频比，使得参考信号和被测信号形成整数倍并有一定频差的关系进行相位重合检测，通过和上位机之间的通信来进行相关的采集信息设置。
4.如权利要求2所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于，根据上位机设置的信息，第一路相位重合检测用于对闸门内被测信号fx和参考信号fo进行计数，并将计数的结果Ntl和Nx通过串口传输到上位机进行处理和显示； 第二路相位重合检测用于对相位重合簇内脉冲丢失的位置i进行记录，并将结果通过串口传输到上位机进行处理和显示。
5.如权利要求2所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于，第一路的实现方法 如下: 根据上位机设置的信息，通过对参考频率&和被测频率fx进行重合检测形成实际闸门，对闸门内的f0和fx进行N次测量可得到N个N。和Nx值，其中N0和Nx分别为闸门内f0和fx的计数值；由于噪声的存在，使得各个闸门内的计数值不一致，通过计数值的起伏变化
N来反映相位噪声的变化，由NJtl=NxTx，可计算得到N个Tx,匕值，即可得到^?其中
I χ —-，
N7=1，将7当作被测信号的准确值，则可得到每个闸门内的周期抖动:Δ?=ρ—η，则闸
(T7v — Tr) ^ 2门内的相位抖动为:Δ#0=1 - &，通过对Α 进行时域到频域的转换可得到信号Τ,Δ 炉(/)的近端单边带相位噪声。
6.如权利要求2所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于，第二路的实现方法如下: 根据上位机设置的信息，通过对参考频率&和被测频率fx进行重合检测，由于器件的分辨率有限，使得重合点附近出现了一簇的重合脉冲；在明显存在噪声的情况下，该脉冲的包络内会因为噪声的问题导致在一些本应该有重合检出的重合窄脉冲波型的地方因为相位差值的增大而没有被检出的信号，所以在对相位重合簇的计数中，会由于噪声情况不同，从而引起计数的结果也不同，那么就可以建立计数值和相噪情况的函数关系；由于被测信号与参考信号成倍数有一定的频差，则相位差是单调步进的，且步进值为:
7.如权利要求5或6所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于:结合得到的近端和远端的相位抖动信息，将其通过离散傅立叶变化算法转换到频域，即可得到完整的单边带相位噪声曲线。
8.如权利要求7所述的基于任意频率信号间相位特征处理的相位噪声测量方法，其特征在于:由于相位抖动舛O的自相关函数与相位噪声的谱密度知(/)是一对傅里叶变换对，对列O进行自相关并进行傅里叶变换可得到相位噪声的谱密度&>(/.)在小角度调制条件下，由
【文档编号】G01R29/26GK103487669SQ201310360043
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】李智奇, 周渭, 宣宗强, 苗苗, 宋慧敏, 康旭 申请人:西安电子科技大学