具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统及其测频方法技术方案

本发明专利技术公开了具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统以及测频方法。该测频方法包括步骤：（1）参考信号和被测信号转换成具有简单整数倍数且有一定频差关系的信号；（2）将参考信号和被测信号送入相位重合检测电路，获取二者的相位重合簇；（3）当检测到相位重合簇的边沿信息时，分别对其进行计数取值，根据相邻两次取值的差值得到测量闸门；（4）同时设定一个虚拟的与被测信号的频率标称相同的标称频率信号，实现被测信号在连续不间断测量的同时记录和揭示被测信号相位的连续变化特性。本发明专利技术不但在很宽的频率范围内可以进行高分辨率无间隔频率测量，而且在测量的过程中还具有能够揭示和保持被测频率信号自身相位变化信息。

【技术实现步骤摘要】
具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统及其测频 方法
本专利技术涉及，属于 时间频率测量技术与控制领域，其应用包括测试计量及频标技术、通讯、仪器仪表、导航定 位、电子工程等相当广泛的领域。
技术介绍
现代科学技术的发展是建立在精密实验测量基础之上的，在所有的物理量中，时 间和频率量具有最高的精度和稳定度，因此对其标准的建立和准确测量具有十分显著的意 义和影响。其中，时间和频率测量技术广泛应用于导航、空间技术、通讯、工业生产、交通、科 学研究及天文学与计量学中及我们所熟知的工业控制、信息传输和处理、现代数字化技术 和计算机都离不开时频技术和时频测量。 现代社会信息产业的快速发展对信息传输和处理的要求越来越高，需要更高准确 度的时频基准和更精密的测量技术。随着各种频率源的使用量不断增大，对各种基标准的 建立、改进及测量方法和测量技术提出了越来越高的要求。尤其是近几年空间技术的发展， 对时频信号的处理提出了更高的要求。在众多的时频测控方法中，相位比对往往能够获得 测量和控制方面的精度、长期累积更高的相对分辨率指标等优点，然而，它只适用于两个频 率标称值相同或具有简单线性关系的两频率信号进行比对，而且测量的频率范围随着分辨 率的提高急剧变窄，不适合宽范围及两个关系复杂信号频率的测量。 从传统的途径考虑，频率测量揭示不了相位信息，尤其是对于那些相位信息连续 长期变化的任意频率信号。通常的频率测量方法中，计数器有间隔采样，没有保留相位信息 的能力；高分辨率的频率测量选择了固定闸门时间测量，同时又对闸门和计数信号不同步 的短时间信号进行了高分辨率测量，但这部分的测量和处理占用了额外时间，对于相位信 息的保留不利。在测量对象和测量目的广泛而又复杂的频率情况下，按照传统的做法，实现 测量目的需要大量的频率变换电路，这些会引入不必要的相位噪声，同时增加了测量设备 复杂程度。 具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频方法的专利技术能从根本上提升时频测 控技术、IT技术等现有水平并且能够大幅度改变目前测量设备的结构；宽频率范围的频率 测量且能够揭示任意被测信号的相位信息的方法可以在广泛的测量和控制领域实现更精 密的测量和处理，实现通常必须经过复杂的频率变换后才能进行频率控制的功能，对于难 以实现的频率处理和控制问题得到很好的解决；涉及本方法的领域包括测试计量、频标技 术、天文、通讯、电子工程、科学仪器、导航定位等。因此，研究具有保持相位信息的测频途径 具有更现实的意义和价值，同时，有效的利用新理论实现高分辨率时间频率测量控制技术 是具有广泛影响的重要工作。 具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频方法一个典型应用是对原子钟内部 结构锁相环线路的改进。传统的原子钟里含有大量复杂的频率变化线路，不仅结构复杂而 且体积较大，不利于小型化、高稳定度、低相噪、低功耗的发展趋势。
技术实现思路
本专利技术提供了，主 要解决传统测频方法无法满足宽频率范围精确测量且线路复杂的问题。本专利技术所提出的具 有保持相位信息的复杂频率测量方法可以构造新型锁相环，利用新型锁相环可以很好地解 决传统原子钟所面临的问题，在频率稳定度，相位噪声及体积方面可以得到较大的改善，具 有测量分辨率高，测量范围宽等优点，尤其体现在实现了对被测信号相位信息及其变化的 揭示和测量方面，把相位处理的优点推广到任意宽频率范围，对于众多的应用领域会体现 出显著的价值，这是传统测量方法所不具备的。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下： 具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统，包括分别与参考信号f；和被测 信号fx输出端连接的第一调理变换电路和第二调理变换电路，同时与第一调理变换电路和 第二调理变换电路输出端连接的相位重合检测电路，顺次连接后与相位重合检测电路输出 端连接的门时发生线路、MCU，MCU还连接有第一计数器和第二计数器，所述第一计数器和第 二计数器还同时与门时发生线路连接，对相位重合检测电路检测到参考信号f；和被测信号 fx有相位重合簇的边沿信息时分别对其进行取数。 具体地，所述第一调理变换电路包括与参考信号f；输出端连接的第一整形电路， 与第一整形电路输出端连接的第一信号调理电路；所述第二调理变换电路包括与被测信号 fx输出端连接的第二整形电路，与第二整形电路输出端连接的第二信号调理电路；所述第 一信号调理电路和第二信号调理电路同时与相位重合检测电路相连。 具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统的测频方法，包括如下步骤： (1)参考信号f；和被测信号fx分别通过各自的调理变换电路，使参考信号f；与被 测信号fx的关系为简单整数倍数且有一定频差； (2)将已调参考信号和被测信号送入相位重合检测电路，获取二者的相位重合 簇； (3)当检测到相位重合簇的边沿信息时，分别对第一计数器和第二计数器的计数 值取数，其中第一计数器对f；计数，第二计数器对fx计数，根据相邻两次取值的差值和对应 的周期计算测量闸门时间Ti，即 T i = (Nxw-Nx(H)) Txi = (Nr⑴-Nr(H)) Tr ; (4)同时设定一个虚拟的与被测信号fx的标称频率相同的标称频率信号，将 该标称频率信号与被测信号fx进行连续无间隙比对，利用fx和仁《^的差异反映出在 测量闸门T i内被测信号fx与fx标称的相位差异，g叫〇)。 具体地，所述步骤（3)的具体实现方法为：在给定的参考闸门内，当重合检测线路 检测到参考信号f；与被测信号fx的相位重合簇的边沿信息时，门时发生线路触发MCU对计 数器的数值进行取数，根据相邻两次取值的差值和对应的周期计算测量闸门时间T it) 进一步地，所述标称频率信号与被测信号fx进行连续无间隙比对需保持和记 忆标称频率信号在当前闸门时间T i开始时刻的相位信息，即上一闸门结束时的相位 差信息从而能够在闸门两端表示出被测信号fx与标称频率信号fx_^的相位 关系。 更进一步地，所述利用仁和fx_的差异反映出在测量闸门T i内被测信号fx与fx的相位差异的同时记录和揭示被测信号fx的相位变化特性，具体通过以下方式实现： (41)在一个测量闸门T ,内，计算被测信号fx与标称频率信号的相位差异部 分t;(炉），计算对应h时刻总的相位差累积0 ); (42)根据检测到的相位差异部分，计算出任意测量时间内fx与匕__的频率差 Af。 再进一步地，所述步骤（41)的具体计算过程如下： 设参考信号为f；，被测信号为fx，标称频率信号为根据计数器的计数取值 Nrl，NyNri ;Nxl，Nx2…Nxi可计算出测量闸门T i : T i = (Nxw-Nx(H)) Txi = (Nr⑴-Nr(H)) Tr 其中（Nx⑴和（Nr⑴im)分别表示测量闸门内被测信号fx与参考信号 的周期个数，Tx表示在此测量闸门内被测信号fx的周期，和实际测量的Tx相对应，标称频率 信号与被测信号fx的关系如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统，其特征在于，包括分别与参考信号fr和被测信号fx输出端连接的第一调理变换电路和第二调理变换电路，同时与第一调理变换电路和第二调理变换电路输出端连接的相位重合检测电路，顺次连接后与相位重合检测电路输出端连接的门时发生线路、MCU，MCU还连接有第一计数器和第二计数器，所述第一计数器和第二计数器还同时与门时发生线路连接，对相位重合检测电路检测到参考信号fr和被测信号fx有相位重合簇的边沿信息时分别对其进行取数。

【技术特征摘要】
1. 具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统，其特征在于，包括分别与参考信 号f;和被测信号fx输出端连接的第一调理变换电路和第二调理变换电路，同时与第一调理 变换电路和第二调理变换电路输出端连接的相位重合检测电路，顺次连接后与相位重合检 测电路输出端连接的门时发生线路、MCU，MCU还连接有第一计数器和第二计数器，所述第一 计数器和第二计数器还同时与门时发生线路连接，对相位重合检测电路检测到参考信号f； 和被测信号f x有相位重合簇的边沿信息时分别对其进行取数。2. 根据权利要求1所述的具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统，其特征在 于，所述第一调理变换电路包括与参考信号f；输出端连接的第一整形电路，与第一整形电 路输出端连接的第一信号调理电路；所述第二调理变换电路包括与被测信号f x输出端连接 的第二整形电路，与第二整形电路输出端连接的第二信号调理电路；所述第一信号调理电 路和第二信号调理电路同时与相位重合检测电路相连。3. 根据权利要求1或2所述的具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统的测频 方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 参考信号f；和被测信号fx分别通过各自的调理变换电路，使参考信号f；与被测信 号fx的关系为简单整数倍数且有一定频差； (2) 将已调参考信号和被测信号送入相位重合检测电路，获取二者的相位重合簇； (3) 当检测到相位重合簇的边沿信息时，分别对第一计数器和第二计数器的计数值取 数，其中第一计数器对f；计数，第二计数器对f x计数，根据相邻两次取值的差值和对应的周 期计算测量闸门时间Ti，即 τ i = (NxG)-Nx(H))Txi = (Nr⑴-Nr(H))Tr ; (4) 同时设定一个虚拟的与被测信号fx的标称频率相同的标称频率信号fxia：，将该标 称频率信号与被测信号f x进行连续无间隙比对，利用fx和的差异反映出在测量 闸门τ i内被测信号fx与fx_的相位差异，即心〇)。4. 根据权利要求3所述的具有宽频率范围揭示和保持相位信息的测频系统的测频方 法，其特征在于，所述步骤（3)的具体实现方法为：在给定的参考闸门内，当重合检测线路 检测到参考信号f；与被测信号f x的相位重合簇的边沿信息时，门时发生线路触发MCU对计 数器的数值进行取数，根据相邻两次取值的差值和对应的周期计算测量闸门时间τ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，周渭，宣宗强，陈法喜，白丽娜，李智奇，苗苗，段亚东，曹笑天，许龙飞，周旭阳，
申请(专利权)人：成都天奥电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51