基于相位处理的时间间隔测量系统设计

发布时间：2017-10-05 01:16

  本文关键词：基于相位处理的时间间隔测量系统设计

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【摘要】：时间作为基本物理量之一,它的测量通常分为时刻和时间间隔两部分,时间间隔的测量分为周期和非周期两种情况,作为时间频率测控领域的一个基本问题,高精度时间间隔测量的应用非常广泛,无论在通信、激光测距、卫星导航定位及芯片设计等工程领域,还是原子物理、天文观测等基础科学研究领域都有涉及。时间间隔的测量方法研究及实现通常从模拟法和数字法两个方面考虑,模拟法具有较高的测量精度,但实现线路相对复杂,尤其涉及高频信号处理与高频电子线路设计方面,不易实现,后者在测量过程中会引入?1量化误差,制约了精密测量中对精度和分辨率的要求,因此能够简化测量线路,但不影响分辨率和测量精度的时间间隔测量系统成为时频测控领域的研究热点。本文通过分析和研究常用时间间隔测量方法,结合最近几年在时间频率测控领域的相关理论,提出并设计了一种能够简化测量设备但性能依旧良好的时间间隔测量系统,该系统基于信号的相位比对技术能够获得高精度测量分辨率的相关理论,通过利用高速AD对模糊区脉冲采样,获得相位差与采样电压值关系,根据相位差和时间的对应关系实现时间间隔测量。本文从时频测控领域相关理论研究出发,研究了传统时间间隔测量系统的优缺点,制定了基于相位处理的时间测量系统方案,完成了系统硬件电路原理图设计,通过对系统功能和性能的测试及对实验结果的分析,详细地安排了本时间间隔测量系统的设计步骤。FPGA作为前期被测信号的处理芯片,在其中集成了测量系统的数字电路部分,简化了复杂的信号处理电路单元,改善了系统稳定性,同时增强系统的可靠性。最后,基于相位处理原理设计的时间间隔测量系统实现的分辨率优于100ps,最为关键之处在于简化了常规时间间隔测量设备的硬件部分。通过引入相位处理理论,间接地把电压测量和时间测量结合在一起,这是一种全新的测量理念,它将会为该领域中其他物理量的测量提供全新的测量方法和思路。
【关键词】：时间间隔测量 相位重合检测 AD采样脉冲 测量模糊区
【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】：2015
【分类号】：TM935.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 时间的基本概念15
• 1.2 课题研究背景和意义15-17
• 1.3 国内外发展动态17-18
• 1.4 论文工作安排18-19
• 1.5 本章小结19-21
• 第二章 常用时间间隔测量方法21-27
• 2.1 模拟内插法22-24
• 2.2 延迟线内插法24-25
• 2.3 游标法25
• 2.4 时间幅度转换法25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 时频信号的相位处理理论27-39
• 3.1 周期信号相位处理相关概念及关系27-31
• 3.2 集中模糊区和离散模糊区31-33
• 3.3 相位重合检测技术33-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 基于相位处理的时间间隔测量系统设计39-51
• 4.1 时间间隔测量系统原理39-40
• 4.2 时间间隔测量系统设计40-48
• 4.2.1 电源模块40-41
• 4.2.2 信号调理整形模块41-44
• 4.2.3 相位重合点检测模块44-46
• 4.2.4 AD采样模块46-47
• 4.2.5 单片机模块47-48
• 4.3 电磁兼容设计48-50
• 4.3.1 器件选择49
• 4.3.2 元器件布局设计49-50
• 4.3.3 电路板布线设计50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 系统测试与数据分析51-61
• 5.1 测试方案51
• 5.2 周期时间间隔信号测试51-54
• 5.3 非周期时间信号测试54-58
• 5.4 误差分析58-59
• 5.4.1 量化误差58
• 5.4.2 系统误差58-59
• 5.5 本章小结59-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 研究总结61
• 6.2 不足与展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-69
• 作者简介69-70

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本文编号：973942