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频率源是交通工具雷达系统和卫星导航系统中的关键组件,其性能直接影响雷达、卫星导航各项指标好坏,因此,进行短期频率稳定度(即相位噪声)测量是射频微波设备研究和开发中不可忽视的重要环节。现有相位噪声测量系统存在设备体积较大,成本较高且测量效率较低等问题,针对以上问题,本文设计了一种基于嵌入式技术的相位噪声测量系统,支持多路输入,小型便携,成本较低,满足大工业生产测试需求。主要研究内容如下:(1)相位噪声测量依据。提出时间间隔转化为噪声电压的方法,将相位起伏变化转化为电压信号进行处理,利用噪声电压进行功率谱估计,并根据单边带噪声定义实现相位噪声测量。为验证时间间隔转化为噪声电压方法的可靠性,本文利用MATLAB进行仿真分析,采用快速傅立叶和自回归模型对噪声电压进行功率谱估计,其中,快速傅立叶算法估计功率谱时产生严重的频谱泄露,为提高方法准确度,本文采用FFT+比值法和FFT+FT细化法进行频谱校正,对于100k Hz的输入信号,两种频谱校正方法分别将幅值误差降低了14%和13.87%,频率误差达到0.0049%和0.0072%,分辨率大大提高。用自回归模型进行功率谱估计时,采用赤池信息准则确定模型阶数,避免虚假谱峰影响,并利用伯格算法提取模型参数,实现相位噪声功率谱估计。(2)相位噪声测量系统设计。硬件采用FPGA+ARM结构,对电源模块、时间间隔测量模块、数据传输模块以及显示模块进行设计,实现高速实时数据采集及缓存;软件采用Qt Creator信号与槽机制设计显示界面,通过C++语言编程实现相位噪声测量功能。(3)相位噪声测量实验。采用中直检测法剔除异常时间间隔数据,根据时间间隔--噪声电压转换方法获取噪声电压,再采用FFT+比值法和自回归模型法分别估计相位噪声功率谱,实现单边带相位噪声测量。此外,单次测量往往存在随机性,多次测量虽会导致系统响应时间长,但精度更高,综合考虑,本文对不同偏载频范围进行5～80次阶梯测量并取其平均值为测量结果。利用本系统和PNT8010A相位噪声分析仪分别对恒温晶体振荡器进行相位噪声测量,分析测量结果可得:PNT8010A从偏载频1Hz到1k Hz下降53d Bc,FFT+比值法与自回归模型测得的相位噪声从1Hz到1k Hz分别下降了51d Bc和50d Bc,误差范围在5d Bc以内,验证方案了的可靠性。