[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及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，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。

背景技术

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发明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。

发明内容

本发明提供了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，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。本发明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，本发明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_r和被测信号f_x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_r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。

具体地，所述第一调理变换电路包括与参考信号f_r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。