一种多通道相位比对器及多通道相位比对方法与流程

本发明涉及精密测量，具体涉及一种多通道相位比对器及多通道相位比对方法。

背景技术：

1、时间频率作为测量准确度最高的物理量，广泛应用于基础科学研究、信息传输、导航定位、深空探测等领域。无论在航空航天、国防设备等方面，还是在民用中，都起到了非常重要的作用。

2、相位采集比对设备作为守时系统的核心装备，在提高时钟组的时频信号性能、监测时钟组的实时性能方面都起到了非常重要的作用。目前，国外生产相位比对采集设备的公司主要有symmetricom、quartzlock、timetech、vremya-ch等，大多数设备的附加频率不稳定度均可以达到5e-14/s，且通道数不唯一。而且，现有设备能够同时测量的通道数较少，导致在需要比对较多通道时，需要同时使用多台设备。此外，设备的附加频率不稳定度指标对计量测试的精度有较大影响。

3、现有的相位比对设备主要使用数字双混频法或模拟双混频法。基于双混频的两个相互对称的通道，理论上可以抵消器件的全部噪声和公共频率源的影响，能够大大提高测量分辨率。但是，在过零检测中，若过零点容易受到噪声干扰、过零触发误差较为明显，会导致基于传统双混频法的相位比对设备更易出现测量误差，由此会对其测量精度产生影响。

4、在对称性方面，由于模拟器件本身就有较强的不稳定性，因此做到系统的严格对称较为困难。相比较而言，数字器件的时延相对稳定，更容易保持系统的对称性，由此能够在很大程度上抵消具有非标准频率值的公共频率源对系统测量产生的消极影响，也能够降低对公共频率源的要求。但是，单纯使用数字双混频会引入差拍信号的毛刺，进而会为系统带来明显的噪声，由此也将对系统测量产生消极影响。

5、基于上述可看出，单纯使用模拟双混频法或数字双混频法的相位比对均存在精度上的不足，而且现有相位比对设备的可用通道数较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多通道相位比对器及多通道相位比对方法，将数字双混频法和模拟双混频法相结合，综合考虑了两种方法的优缺点，有效减少了系统噪声；同时，通过利用包含fpga的各种模块扩展了可用通道数，能够同时实现对多个通道的数据采集，简化了设备的占用体积，能够达到很好的计量测试效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多通道相位比对器，包括：

4、低噪声放大模块，用于对参考时钟的频率信号进行处理，得到参考信号；

5、公共源信号模块，用于产生公共源信号；

6、双混频时差模块，用于将低噪声放大信号和至少一个原子钟产生的至少一个频率信号分别与公共源信号进行数字和模拟混频，得到至少一个数字模拟双混频信号；该模块通过将数字双混频法与模拟双混频法相结合，综合考虑了两种方法的优缺点，有效降低了系统噪声，能够在后续过程中保证较高的相位比对精度。

7、时间间隔计数器，用于对至少一个数字模拟双混频信号进行计数；

8、处理器，用于对所有数字模拟双混频信号进行相位比对。

9、在一些实施例中，低噪声放大模块包括：低噪声放大电路，用于对参考信号进行低噪声放大处理，得到低噪声放大信号。

10、在一些实施例中，公共源信号模块包括：依次电连接的信号产生模块、滤波放大模块和低噪声倍频模块，信号产生模块产生信号，经滤波放大模块和低噪声倍频模块处理后，得到公共源信号。

11、在一些实施例中，信号产生模块包括：fpga，用于存储并产生两个频率控制字；dds芯片，与fpga电连接，用于在两个频率控制字的控制下产生初始信号，依次经滤波放大模块和低噪声倍频模块进行处理，得到公共源信号。

12、在一些实施例中，滤波放大模块包括滤波放大电路。

13、在一些实施例中，低噪声倍频模块包括低噪声倍频电路。

14、在一些实施例中，双混频时差模块包括：模拟双混频模块，用于对低噪声放大信号和至少一个频率信号进行数字双混频处理，得到至少一个模拟双混频信号；整形过零比较模块，与模拟双混频模块电连接，用于对至少一个模拟双混频信号进行整形，得到至少一个方波信号；数字双混频模块，与整形过零比较模块电连接，用于对至少一个方波信号进行数字双混频处理，得到至少一个数字模拟双混频信号。

15、在一些实施例中，时间间隔计数器包括fpga，用于对至少一个数字模拟双混频信号进行计数。

16、在一些实施例中，处理器对所有数字模拟双混频信号进行拼接处理，并基于阿伦方差对这些数字模拟双混频信号进行相位比对。

17、本发明还提供了一种多通道相位比对的方法，包括：

18、利用低噪声放大模块对参考时钟的频率信号进行处理，得到参考信号；

19、利用公共源信号模块产生公共源信号；

20、利用双混频时差模块将公共源信号分别与参考信号和至少一个原子钟产生的至少一个频率信号进行数字和模拟混频，得到至少一个数字模拟双混频信号；

21、利用时间间隔计数器对至少一个数字模拟双混频信号进行计数；

22、利用处理器对所有数字模拟双混频信号进行相位比对。

23、有益效果

24、与现有技术相比，本发明提供的多通道相位比对器具有如下有益效果：

25、本发明提供的多通道相位比对器及相位比对方法综合考虑了数字双混频和模拟双混频这两种混频方法的优缺点，通过将数字双混频与模拟双混频结合，有效降低了设备的附加频率不稳定度。并且，通过使用包含fpga的各种模块，并通过对fpga进行编程，扩展了设备的可用通道数，可同时实现多通道采集，简化了电路结构，同时可有效提高多通道的采集精度。

26、此外，本发明可应用于多种时频领域设备的计量检定，并能够参与到守时系统等需要较多比对通道数量的大型工程项目的具体建设中。

27、本发明提供的多通道相位比对方法的有益效果与前述多通道相位比对器的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种多通道相位比对器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述低噪声放大模块包括：

3.根据权利要求1所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述公共源信号模块包括：

4.根据权利要求3所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述信号产生模块包括：

5.根据权利要求3或4所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述滤波放大模块包括滤波放大电路。

6.根据权利要求3或4所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述低噪声倍频模块包括低噪声倍频电路。

7.根据权利要求1所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述双混频时差模块包括：

8.根据权利要求1所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述时间间隔计数器包括fpga，用于对所述至少一个数字模拟双混频信号进行计数。

9.根据权利要求1所述的多通道相位比对器，其特征在于，所述处理器对所有数字模拟双混频信号进行拼接处理，并基于阿伦方差对这些数字模拟双混频信号进行相位比对。

10.一种多通道相位比对方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种多通道相位比对器及多通道相位比对方法。多通道相位比对器包括：低噪声放大模块，用于对参考时钟的频率信号进行处理，得到参考信号；公共源信号模块，用于产生公共源信号；双混频时差模块，用于将低噪声放大信号和至少一个原子钟产生的至少一个频率信号分别与公共源信号进行数字和模拟混频，得到至少一个数字模拟双混频信号；时间间隔计数器，用于对至少一个数字模拟双混频信号进行计数；处理器，用于对所有数字模拟双混频信号进行相位比对。本发明综合考虑了数字和模拟双混频的优缺点，利用公共源信号模块和时间间隔计数器内的FPGA扩展了可用通道数，能够实现对多通道时间频率的高精度相位比对。

技术研发人员：卢心竹,杨帆,张然
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15