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基于边沿效应的高精度相位差测量技术

发布时间:2018-03-21 01:53

  本文选题:相位差 切入点:相位同步检测 出处:《西安电子科技大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:随着现代高新技术的发展,精密时间相位同步技术在卫星导航定位、网络通讯同步、军事以及国防等领域发挥着重大作用,而高精度的相位测量技术作为实现精确时间相位同步的前提不但成为国内外研究的热点,并且对其它高新科技领域的快速发展有着巨大的推动力。目前国内相位测量技术和欧美国家还存在一定的差距,为了在这些技术领域缩小与发达国家之间的差距实现技术突破,对于全新的测量理论以及高精度测量方法的研究十分必要。本文开始讲述了几种早期常用的几种相位差测量途径并分析其方法原理。接下来通过数学推导以及波形比对的方法对时频信号之间的相位变化规律做了细致的分析、研究,在任意频率关系信号之间的相位关系方面探索了群周期、群相位差、最小相移分辨率等特性,群相位理论的运用使得任意频率标称值信号间的相互比对成为现实,并且对时频信号的测量精度有很大提升。在群相位理论基础上,根据在频率信号测量实验中出现的测量系统分辨率远高于测量器件本身分辨率的现象探索了测量中的边沿效应现象。由于测量器件有限的分辨率,使用传统的相位测量方法很难完成高精度的测量,通过对边沿效应理论的研究,研究出了一种频率信号之间的高分辨率相位互比方法,通过这种方法,在器件本身测量分辨率不变的情况下实现测量系统精度的大幅度提高。最后将边沿效应概念运用到相位差的测量方法中,提出了引入中介源的相位差测量方案,通过频率可调的中介源信号分别与两路同频被测信号进行互比,实现了信号间的严格同步,基本上消除了计数过程中存在的量化误差;克服了现有技术中体积较大、成本较高、时频域转换复杂等缺点,简化了测量电路、降低了制造成本,有效地提升了设备测量精度。本文通过单片机与FPGA联合开发相位差测量系统,文中详细介绍了系统中各模块的功能以及设计原理,之后给出了测量系统的硬件电路设计以及电磁兼容设计原理,通过对测量数据的分析发现误差来源以及测量系统存在的不足之处。
[Abstract]:With the development of modern high and new technology, precise time phase synchronization technology plays an important role in satellite navigation and positioning, network communication synchronization, military and national defense, etc. The high precision phase measurement technology is not only the hot spot of domestic and foreign research, but also the premise of realizing accurate time phase synchronization. And it has a huge impetus for the rapid development of other high-tech fields. At present, there is still a certain gap between the domestic phase measurement technology and the European and American countries. In order to narrow the gap between these technical fields and the developed countries, we can achieve a technological breakthrough. It is necessary to study new measurement theory and high precision measurement method. This paper begins to describe several early commonly used methods of phase difference measurement and analyze their principles. Then, through mathematical derivation and wave analysis. The method of shape comparison makes a detailed analysis on the law of phase change between time-frequency signals. In the aspect of phase relation between signals of arbitrary frequency relation, the characteristics of group period, group phase difference, minimum phase shift resolution and so on are explored. The application of group phase theory makes the comparison between signals of arbitrary frequency nominal value become a reality. And the measurement accuracy of time-frequency signal is greatly improved. Based on the phenomenon that the resolution of the measurement system is far higher than the resolution of the measuring device itself in the frequency signal measurement experiment, the effect of the edge effect in the measurement is explored. Because of the limited resolution of the measuring device, It is very difficult to accomplish high precision measurement by using traditional phase measurement method. By studying the theory of edge effect, a method of high resolution phase ratio between frequency signals is developed. The precision of the measurement system is greatly improved under the condition that the measuring resolution of the device itself is not changed. Finally, the concept of edge effect is applied to the measurement method of phase difference, and a phase difference measurement scheme with intermediate source is proposed. By comparing the frequency adjustable intermediate source signal with the two same frequency measured signals, the strict synchronization between the signals is realized, the quantization error in the counting process is basically eliminated, and the large volume and high cost of the existing technology are overcome. Because of the complexity of time-frequency domain conversion, the measurement circuit is simplified, the manufacturing cost is reduced, and the measuring precision of the equipment is improved effectively. The phase difference measurement system is developed by using single chip microcomputer and FPGA. In this paper, the function and design principle of each module in the system are introduced in detail, and then the hardware circuit design and electromagnetic compatibility design principle of the measurement system are given. Through the analysis of the measurement data, the source of the error and the shortcomings of the measurement system are found.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM933.312

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本文编号:1641734

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