[发明专利]一种群时延的测量方法

说明书

本发明提供一种群时延的测量方法，包括：在一定频率步长间隔下，使用测量设备测量待测系统在不同频率点上的相位，得到频率点、相位测量值以及相位噪声水平参数；根据频率点和相位测量值分段构造相位函数，对相位函数进行Tikhonov正则化处理，求解其待定系数，得到相位函数表达式；利用解得的相位函数计算群时延值。本发明的群时延的测量方法在测量时获取频率点、相位值和测量设备的相位噪声水平参数，利用光滑三次样条函数拟合相位值，对拟合函数进行Tikhonov正则化处理，得到群时延的值。克服了传统测量方法抗噪声能力差，分辨率低的问题，可以有效地提高测量精度。

技术领域

本发明涉及微波测量技术领域，特别是涉及一种群时延的测量方法。

背景技术

群时延是用于描述信号传输系统的相频特性的物理量，是信号传输系统的重要性能指标之一。群时延不仅决定了信号传输系统传输时延的大小，也反映了信号经过整个传输系统的失真程度。因此，正确测量信号传输系统在不同频率点的群时延参数，对确定整个信号传输系统的性能指标具有重要意义。

在高稳定性系统的构建过程中，如卫星导航，国际原子时对比等领域，对时间同步的精度要求越来越高。系统中的放大器、混频器和射频电缆的群时延波动已成为时间同步的主要误差，如何精密地测量群时延已成为高稳定系统构建过程中亟需解决的问题。

现有的群时延测量方法是利用差商法对测量的相位值对角频率微分，该方法存在着分辨率和精度之间的矛盾，在相位测量误差一定的情况下，提高频率分辨率减小频率步长，会增大群时延的计算误差。

虽然现有的群时延测量系统可以采用增大采样间距的方法，如“KEYSIGHT TECHN-OLOGIES.Understanding the Fundamental Principles of Vector Network Analysis,”https://literaturecdnkeysightcom/litweb/pdf/59657707Epdf，2017，来减小测量误差对群时延值的影响，但该方法同时也降低了频率分辨率，依然存在着分辨率与精度的矛盾。

鉴于此种情况，有必要采用新的群时延测量方法，增强抗噪声能力，减小测量误差和步长选择对群时延值计算的影响。

发明内容

本发明旨在提供一种基于Tikhonov正则化的群时延的测量方法，以实现分辨率高且精确度高的群时延测量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种群时延的测量方法，包括：

S1：以频率步长Δf为相邻两个频率点的间隔,使用测量设备测量待测系统在不同频率点上的相位，并获取该测量设备的相位噪声水平参数δ，得到频率点f_i、相位测量值以及相位噪声水平参数δ，i＝0,1,…,n-1；

S2：根据步骤S1得到的频率点f_i和相位测量值分段构造相位函数g(f)，对相位函数进行Tikhonov正则化处理，求解相位函数的待定系数，得到完整的相位函数表达式；所构造的相位函数g(f)为基于三次样条函数的Tikhonov正则化函数；

S3：利用S2解得的相位函数的待定系数计算待测系统的群时延值。

优选地，所述测量设备为矢量网络分析仪。

优选地，所述频率步长Δf小于10MHz。

优选地，所述群时延的测量方法的实验温度设置为恒定温度。

优选地，所述S1还包括：每次测量前对测量设备进行双端口校准。

优选地，所述相位噪声水平参数δ的定义为：

其中，为相位测量值，为相位的真值函数；δ为相位噪声水平参数。

优选地，所构造的相位函数g(f)为：