高分辨率时频信号处理技术研究

论文摘要

本文在对周期性信号之间的相位关系变化规律深入研究的基础上,提出了群周期、相位量子等新的概念,深化了有关等效鉴相频率、最小公倍数周期等概念的理论。将这些新的概念应用到时频信号处理技术中,与传统处理方法相比大大简化了电路,并提高处理的分辨率。本文从新型锁相环和超高分辨率频率计这两个应用实例来分析这些新的概念在高分辨率时频信号处理技术中的价值。对于参考信号和被锁定信号间频率关系复杂的情况,利用新型锁相环的原理,可以对不同频率信号进行直接鉴相锁定,省去了大量的频率变换线路,以简洁的电路实现高精度锁定。而且,由于减少了频率变换环节,就避免了这些环节引入的噪声,使锁定后输出信号保持良好的相位噪声指标,因此新型锁相环电路还很适合在主动型原子钟线路改造中被使用。利用超高分辨率测频原理,以简单廉价的电路完成对频率信号的超高分辨率测量。在本测频方案中,利用DDS跟踪被测频率的值,自动合成合适的频标信号,可实现在宽范围内,对任意频率信号的高分辨率等精度测量,使该原理有很广泛的应用价值。实验数据表明,新型锁相环可以到达2×10-13/s的稳定度;样机实测数据表明,超高分辨率频率计的测量分辨率可以达到10-12/s量级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高分辨率时频信号处理技术的重要性
• 1.2 时频信号处理技术现状及发展趋势
• 1.3 论文的成果及内容安排
• 1.4 小结
• 第二章 周期性信号间相位关系规律的研究
• 2.1 等效鉴相频率
• 2.2 群周期和相位量子
• 2.3 群周期和相位量子在锁相环中的应用
• 2.3.1 脉冲平均原理
• 2.3.2 脉冲取样原理
• 2.3.3 应用脉冲取样法的新型锁相环原理
• 2.4 群周期和相位量子在频率测量中的应用
• 2.5 小结
• 第三章 应用脉冲平均法的新型锁相环设计
• 3.1 脉冲平均法新型锁相环的原理
• 3.1.1 脉冲平均法新型锁相环的工作原理
• 3.1.2 脉冲平均法新型锁相环的灵敏度分析
• 3.2 脉冲平均法新型锁相环各个模块的线路实现及验证
• 3.3 锁定实验
• 第四章 应用脉冲取样法的新型锁相环在氢原子钟中的应用
• 4.1 传统氢原子钟锁相方案
• 4.2 用脉冲取样法新型锁相环改造主动型氢原子钟电路
• 4.2.1 主动型氢原子钟改造方案
• 4.2.2 主动型氢原子钟改造方案实验
• 4.3 小结
• 第五章 基于群相位关系的超高分辨率频率测量方案
• 5.1 基于群相位关系的高分辨率测频总体方案
• 5.2 基于群相位关系的高分辨率测频原理误差分析
• 5.3 基于群相位关系的高分辨率频率计总体方案设计
• 5.3.1 仪器设计总体思想
• 5.3.2 器件的选型
• 5.3.3 仪器总体结构
• 5.4 系统各功能模块设计
• 5.4.1 信号调理功能模块
• 5.4.2 基于CPLD的群相位重合检测及计数模块设计
• 5.4.3 基于MSP430F247 单片机的控制功能模块的软件设计
• 5.4.4 仪器的通信
• 5.5 样机测试数据及分析
• 5.5.1 仪器样机测试数据
• 5.5.2 同类产品HP5370B测试数据
• 5.5.3 测试数据分析
• 第六章 基于DDS的超高分辨率频率计设计
• 6.1 基于群相位关系的超高分辨率测频原理进展
• 6.1.1 基于群相位关系的超高分辨率测频原理的不足
• 6.1.2 引入DDS（Direct Digital Synthesizer）
• 6.2 基于DDS的超高分辨率频率计的实现
• 6.2.1 基于DDS的超高分辨率频率计的系统方案
• 6.2.2 基于DDS的超高分辨率频率计系统各个模块的实现
• 6.3 基于DDS的超高分辨率频率计样机实验数据
• 6.3.1 自校实验
• 6.3.2 频率测量实验
• 6.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果
• 附录 与本文相关的实物图