[发明专利]一种实时频率稳定度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率稳定度的分析方法。

背景技术

频率标准作为一种电子设备，输出信号不可避免受到内部各种电子噪声的影响，使其频率不是一个固定值，而是在一定范围内随机起伏。频率稳定度就是用来描述频率标准输出频率受噪声影响而产生的随机起伏。所谓时域频率稳定度，就是把受噪声影响的输出频率，用一个时间函数来描述，从时域的角度来分析噪声对输出频率的影响。

输出信号频率是由噪声引起的随机函数，因此只能用统计分析的方法来研究，另外，考虑到信号的瞬时频率是无法直接测量，只能通过测量一段时间的平均频率，这两点决定了时域频率稳定度分析只能采用统计分析方法，分析某取样时间内平均频率的随机起伏情况。

随着对频率标准噪声深入研究发现，频率标准除存在有常见的傅氏频率较高的热噪声和散弹噪声外，还存在着傅氏低频分量很丰富的调频闪变噪声频率随机游动噪声。由于它们的存在，使得在用标准方差分析频率标准的稳定度时，测量次数越多，标准方差越大，理论上当测量次数趋近无穷时，标准方差是发散的。因此，用标准方差来描述频率标准的稳定度是不合适的，因为作为一个有用的统计量，应该是测量次数越多，求出的结果越精确，误差越小。为了解决这一问题，提出了阿伦方差表征方法，其定义式如下：

σy2(τ)=12(M-1)Σi=1M-1[fi+1-fi]2]]>

其中M表示测量数据组数，τ为取样间隔，f_i表示第i次取样间隔时间的平均频率值。

阿伦方差可以理解为从时域测量噪声强弱的一种方法，其测量原理是将一个不平稳的被测信号通过一个滤波器，使之平稳化，即利用了非平稳过程具有平稳增量的属性，然后从中提取表征噪声强弱的噪声系数。从统计学的角度，阿伦方差是采用时间样本平均的方法，提取所需的噪声信息，由于估计对象是单样本，所以不能采用空间样本平均。采用时间样本平均，必须保证被估计信息在时间上的稳定性，否则便没有空间样本与时间样本的互换性，这就是估计量的平稳遍历性要求，对振荡器噪声，标准方差中样本是每一组测量结果求平均，由于不具有平稳遍历性，每一次测量的统计意义都不一样，所以重复测量没有意义，而阿伦方差是标准方差的平均，由于样本是平稳遍历的，所以可复现测量结果，反映样本的噪声信息。

目前原子频标的频率稳定度分析根据处理时间不同分为离线事后分析和在线实时分析两种，其中离线事后分析较为常见，通过统计大量测试数据，可以实现对任意取样时间的稳定度分析，数据越多，处理耗费时间越长；当前的在线分析为了保证响应速度，只能处理有限长时间内的一段数据，分析其稳定度，取样间隔大小、测量数据组数受计算机的运行速度、存储器的容量限制，只能取某有限长时间内数据，不能实现真正的在线分析。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种采用数据递推的方法实现基于频率值、相位差值实现频率稳定度在线分析，并能够实时输出、显示分析结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：