时频测量的新技术——相位重合点检测技术

近年来相位重合点检测技术和周期性信号参数测量各种高精度的方法在国内外得到了广泛应用。对这种新技术的基本原理、所派生的频率、周期、相位差和时间间隔测量方法作了介绍。这些新方法测量精度高,测量频率范围宽,设备构成比较简单,在时频测量领域将获得越来越广泛的应用,可能逐渐取代已有的某些测量技术,并可在其它量测量领域获得推广。     

基于时空和时相关系的时频处理方法

随着导航定位、空间技术、计量、精密时频测控包括各种量子频标的发展,对特高分辨力的时间测量和处理以及高频率的点频信号测量提出了更高要求。针对这方面的问题可以采用以信号稳定传输现象为基础以及相位变化规律存在于任意频率信号之间等特性达到高精度测量的目的。基于信号传播的稳定性,根据时间和空间之间的关系,通过建立针对性的传输通道把被测量的时间间隔与相应的路径上的延迟时间拟合进行测量。能够把被测量的时间间隔,尤其是短时间间隔量在空间的方向上展开通过对相应长度量的测量和处理算出被测量。作为对短时间间隔的测量结果,它可以成为传统多种技术的替代品,并且成为大量频率、周期和时间间隔测量技术与仪器精度进一步提高的关键手段。这项工作与传统的时—空关系的认识及利用结合更有利于对于时间、传输、空间的联系、单位的相关性等的理解进一步深化。另一方面,在频率信号之间基于最小公倍数周期会周期性地出现信号间相位重合的情况。这样在时间轴上,可以按照时间的延伸周期性地出现代表随着时间而进行的最小公倍数周期间隔的重合标志。在此基础上调整来自同一参考源的两个频率信号的频率关系,就能够调整时间轴上的时间标记。因此,基于上述频率信号特征的时间传输和处理技术可以实现建立在频率信号特性基础上的时间信号的形成、传递和处理等问题。     

介绍一种脉冲波形高精密测试装置

本文介绍用 HP—5363B 时间间隔探头与 HP—5370B 时间间隔计数器、HP—5345A 电子计数器或其它带时间间隔测试插件的通用电子计数器相连接,就可组成一种高精密时间测试装置。它是以数字显示的方式自动或手动测试脉冲信号的快前沿、后沿以及两组重复频率成整数倍的脉冲信号的延迟时间。这种方法代替了过去的示波法和取样法,使测试系统的分辨率可以高达±20ps,测试系统的精密度提高了两个量级,同时也大大提高了测试速度。     

基于修正差分进化算法确定周期内多载波微放电等效功率

微放电是空间微波部件设计所必须考虑的失效效应之一,随着空间宽带多载波模式的广泛采用,多载波条件下微波部件微放电问题引起广泛关注。针对周期内多载波微放电等效功率计算所采用传统经验公式的不足,提出了一种基于修正差分进化算法的确定周期内多载波微放电等效功率的全局优化方法。该方法通过对多载波合成信号功率特性进行分析,推导获得了 20个电子渡越时间内信号能量的表达式,采用二次插值法进行局部搜索,采用修正差分进化算法进行全局优化,从而高效、准确获得全局最优解。以幅度相等、频率间隔相等的多载波信号为例,进行了等效功率的确定,与经验公式的预测结果相当,验证了所提出方法的有效性;同时,对幅度不同、频率间隔不等的多载波信号进行了处理,获得了能够指导微波部件微放电设计的最坏状态及其等效功率。所提出方法不仅适用于幅度不同、频率间隔不等的多载波信号情况,并且能够提供微放电最坏状态时的相位分布,为多载波微放电实验验证提供相位输入。所提出方法相比传统的基于经验公式的方法具有明显优势,为空间宽带多载波工作微波部件微放电设计提供有效依据,在卫星转发器多载波微放电分析及设计中具有价值。     

工作频率选择对GNSS接收机通道跟踪环路的影响CSCD

GNSS接收机因须并行接收处理大量卫星信号,使用通道数量较多,功耗大是其主要难题,降低功耗的解决方法之一是让通道工作时钟采用较低的频率。通过分析工作时钟与所需处理的伪码频率的关系,本文给出了通道时钟频率对伪码相位分辨率和相位抖动幅度的影响。选取两种频率的工作时钟进行仿真实验,结果表明在相同仿真条件下,选用21MHz工作时钟与选用63MHz工作时钟相比,接收机的伪码测量精度、载波测量精度均下降1倍左右,但其引入的测量误差仍小于理论估算结果,选取较低的工作时钟频率是兼顾功耗与精度的折中方法,适合作为工程设计方案。     

直接数字式合成器中寄生的抑制

一、前言本文介绍一种能消除直接数字式合成器(DDS)输出中通常存在的离散寄生谱线的极好方法。所研究的 DDS 的型式主要由一个 N 位累加器组成,其容量在时钟频率 Fc 时增加一 K值。虽然在用这种方法来合成周期波方面有许多方案,但是,最简单可行的方案是只利用累加器溢出发生的时间来确定“方”波的两沿。对于幂次为2的输入数 K,输出频率是时钟频率的直接分谐波。但是,所有其它的数,电路的性能如同非均匀输出周期序列的分数分频器一样。这些周期序列和可确定的图形重复,以给出与所需信号周期相等的平均值。遗憾的是,寄生谱线或边带都是由输出的周期性调相所引起的。在过去,这样的谱线都是利用累加     

DMT－1动态调制测试系统的研制

该测试系统是配合半主动寻的制导系统的测试设备。主要用于测量载波随时间变化的调频信号的调制频率、载波频率、最大频偏量和调制信号经调制器后产生的相移等参数，还可对两微波信号混频后的频率进行测量。该系统采用了脉冲计数式鉴频器方案，具有线性鉴频范围大，便于集成化等优点，并解决了小频偏测量和调制器引起调制信号相移的测量。电路设计中采用了高性能低通滤波器设计、高稳定度低织波稳压电源设计、ＰＬＤ器件和良好的屏蔽等多种措施；在数据处理中采用了多点平滑、分频段定标、计算公式细化等多种技术，使测试准确度达到或超过技术要求的指标。该系统具有电路设计合理、测试及数据处理速度快、使用操作简便、自检定标方便、测试准确度高、工作稳定可靠等特点。     

一种仪器用高准确度MCXO

针对频率计等仪器中使用温补晶振的特殊情况提出并实现了一种软件数据补偿的特殊ＭＣＸＯ。其补偿原理与传统的方式有所不同，它不是对振荡器进行补偿控制，而是根据温度的变化以数据方式不断修改晶体振荡器的频率标称值来达到提高准确度的目的，当该振荡器被用作标准来测量其它信号或用它产生标准时间信号时，都以其准确的频率为基础进行运算和处理。所以，这种ＭＣＸＯ不但远比同类ＭＣＸＯ简单，而且在构成系统中获得的准确度也高得多     

针对长度变化测量的相位差方法

线性相位比对的方法广泛地被用于频率标准的准确度和长期指标的比对中,这种方法在有条件的情况下也用于频标短期频率稳定度的测量。根据时间（相位）-空间的关系,这种方法还可用于高分辨力的长度及其变化量的测量。对长度变化测量的相位差方法的准确度及分辨力进行了探讨。     

星载接收机通道时延实时校准方法

针对星间钟差测量及时间频率的精确传递的需求,通常情况都会在地面对卫星的收发通道时延进行准确标定,但在空间环境下设备老化和环境温度变化会导致收发通道时延逐渐偏离标定值。利用伪码相关测距的原理,结合时分早迟伪码相位交替调制技术和包络检波技术,提出了一种在轨通道时延自校准方法。通过3条闭合测量环路的建立,在不影响接收机正常收发通信的情况下,实时校准其收发通道时延。结果表明,该方法时延测量精度达到亚纳秒量级。     

X射线脉冲星脉冲到达航天器时间测量

X射线脉冲星脉冲到达时间(TOA)的空间测量是航天器自主导航和用脉冲星钟作航天器时间标准的基础.在简要介绍地面射电观测TOA测量方法基础上,重点研究了X射线脉冲星脉冲到达时间的空间测量方法和算法.讨论了利用X射线脉冲星辐射光子到达时间观测,建立X射线脉冲轮廓的方法;给出了通过观测得到的X射线脉冲轮廓与标准脉冲轮廓比较,精确确定TOA的测量方法和实用算法.讨论了削弱多普勒效应对TOA测量影响的方法.      

声表面波色散延时线激励的高精度时间间隔测量方法

高精度时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大,论述了一种新的高精度时间间隔测量方法,可以达到1ps量级甚至更高的测量精度。该方法利用声表面波色散延迟线作为时间内插器,时间内插器起到时间拉伸的作用,从而可以获得多个观测值,由于平均的效果,总的测量误差将被大大降低。理论分析与仿真实验均表明该方法可以达到很高的时间测量精度,是切实可行的。     

一种基于探测器下行信号融合处理的无线电干涉测量方法

针对深空探测器常用下行信号体制,结合无线电干涉测量特点,提出了一种基于探测器DOR信标信号和数传信号融合处理的干涉测量方法。该方法首先通过相关处理得到DOR信号和数传信号的差分相位,利用DOR信号进行带宽综合得到时延估计,并构建时延模型;然后,利用时延模型得到DOR信号与数传信号在数传载波处的相位差,并以此对数传信号差分相位进行补偿;最后,利用DOR信号差分相位和补偿后的数传信号差分相位进行带宽综合,实现高精度干涉测量。深空探测网数据处理结果表明融合处理后时延估计随机误差明显降低;但受介质时延误差影响,融合处理对系统时延精度的改善幅度有所减小。该方法仅通过改进干涉测量数据处理方法即实现了时延估计随机误差的改善,不仅提高了信号使用效率,而且增强了航天测控系统的鲁棒性,在应急测控背景下具有特殊意义。     

同步式GPS欺骗干扰信号生成技术研究与设计

出于对"低、慢、小"无人机进行导航定位诱骗的实际需求,在实验室原有的异步生成式GPS欺骗干扰源的基础上,研制了一种小型化的同步生成式GPS欺骗干扰源。首先,在异步生成式GPS欺骗干扰源射频信号模型的基础上,考虑到干扰源信号处理延时、欺骗信号的传播延时、无人机上目标接收机所接收真实卫星信号状态以及无人机运动模型,建立了对同步欺骗信号仿真时间和状态参数进行精确计算的数学模型。其次,通过本地授时型接收机提供驯服后的基准时钟和秒脉冲（1PPS）信号,实现欺骗干扰信号与真实卫星信号系统时的同步,并通过高阶直接数字频率合成（DDS）技术精确控制信号参数、保证欺骗信号到达目标接收机接收天线相位中心时与真实信号的相位状态在成功诱骗所允许的误差范围之内。最后,通过商用接收机和无人机进行了实验验证,在无人机上目标接收机正常跟踪真实卫星信号的前提下,开启同步生成式GPS欺骗干扰源发射欺骗信号,能够使目标接收机逐渐偏离正常定位测速结果而产生受控的定位测速结果。结果验证了同步信号模型和所设计同步信号生成电路的正确性,且表明同步生成式GPS欺骗干扰源能够实现对商用接收机和无人机导航定位的诱骗。      

基于北斗卫星系统的频率标准源的设计与实现CSCD

在对北斗二代导航定位接收机输出的1PPS信号进行测试、分析、研究的基础上,采用数字滤波器滤波和电压的积分控制相结合的方法,滤除信号传输过程中的干扰,使其输出相对平稳的1PPS信号来驯服铷原子频标。研究北斗接收机驯服铷钟原子频标的模型,采用精密时间间隔测量、高精度数字比相、计算机自动控制等多种先进技术,完成对铷原子频标的跟踪控制,实现与星载铷钟同等精度的时频信号输出。研制了一套北斗接收机驯服铷原子频率标准源,该频率标准携带方便,性价比高,既可以为时统、通讯系统提供现场计量技术保障,又可以实现对原子频率标准的远程校准、核查。     

GNSS receiver clock modeling when using high-precision oscillators and its impact on PPP

Processing data from Global Navigation Satellite Systems (GNSS) always requires time synchronization between transmitter and receiver clocks. Due to the limited stability of the receiver’s internal oscillator, the offset of the receiver clock with respect to the system time has to be estimated for every observation epoch or eliminated by processing differences between simultaneous observations. If, in contrast, the internal oscillator of the receiver is replaced by a stable atomic clock one can try to model the receiver clock offset, instead of estimating it on an epoch-by-epoch basis. In view of the progress made in the field of high-precision frequency standards we will investigate the technical requirements for GNSS receiver clock modeling at the carrier phase level and analyze its impact on the precision of the position estimates.     

Monitoring atomic clocks on board GNSS satellites

A method for monitoring atomic clocks on board Global Navigation Satellites System (GNSS) satellites is described to address the issue of clock related signal integrity in safety–critical applications of GNSS. The carrier-phase time transfer is employed in the clock monitoring method which enables tight tracking of the satellite onboard clocks and thus improves detectability of clock anomalies. Detecting onboard clock anomalies requires the ability to monitor clocks in real time, and a Kalman filter can then be utilized to estimate the phase offsets between the satellite clocks and ground clocks. This study, using the difference between the measured and predicted phase offset as a test statistic, sets a threshold for clock anomalies based on the prediction interval approach. Finally the validity of the monitoring method is examined by processing a set of real GNSS data that includes two recent incidents of clock anomalies in GNSS satellites.     

GPS授时校频方法研究与试验结果

为了解决多目标综合测量系统各测站之间时间同步和频率校准问题,提出了利用GPS(Global Positioning System)单星或多星共视方法进行站间时间同步与校频,给出了这两种方法的计算公式,分析了星历误差、星钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应和接收机硬件延迟对时间同步精度的影响.为了验证GPS授时校频精度,进行了相关试验.通过与铯原子钟比对,表明利用GPS可实现纳秒级时间同步,校频精度也优于5.0×10-11,多星共视具有更高的同步校频精度.