频率信号的数字化比对处理技术的研究与实现

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频标比对技术作为处理周期性信号等频率信号最常用的方法,在GPS导航、天文测量、计算机技术、电子技术等方面应用广泛。频率差异较大的两个信号进行相位比对,通常需要对频率进行归一化处理,使得系统变得复杂,不利于频标比对技术在宽范围测量领域的使用。本文通过对传统相位比对方法的研究,引入广义相位处理的概念,将标称值不同的频率信号之间的相位比对延展到相位群中,在相位群中对异频信号进行研究。在单个周期内,相位差的变化没有规律,但是若以两个比对信号的最小公倍数周期为间隔,在群与群之间可以发现相位差的变化是连续的,符合周期性信号之间的固有规律。相位群的引入,使得宽频率范围内的直接相位比对变成了可能。在此基础上,结合数字化技术及游标效应在数字化测量中的应用和锁相环技术,以参考信号和被测信号的最小公倍数周期或其整数倍为间隔进行采样,可以直接获得频率标称值任意的两个信号之间的相位差信息,并对频率源进行锁定。数字化比对系统中的LabVIEW监测软件能实时的对采样信号进行存储、处理,并对被测信号的频率和频率稳定度等特性进行实时显示、测量。锁相环部分本文通过压控晶体振荡器(VCXO)压控端的电压和输出频率及频差和相差之间的关系,根据相位差信息,控制DAC输出控制压控晶体振荡器的电压信号,对压控晶体振荡器的输出频率进行锁定。本文设计的数字化比对系统,将ADC采集得到的量化相位差信息直接传输到上位机中,通过上位机对系统进行监测,可以清楚的看到频率稳定度的变化规律;在一个或多个最小公倍数周期内进行相位比对,不需要对标称值不同的频率信号进行频率归一化处理,精简了系统。数字化比对系统可以实现对各种频率信号的频率及频率稳定度的测量显示和锁相控制,频率稳定度的测量可以达到E-12量级,对频率源的频率稳定度也具有改善作用,本系统结构简单,操作简便,在频率及频率稳定度等时频测量方面具有重要意义。
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