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专利号: 2021111849924
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:包括参考信号模块、被测信号模块、群相位重合点脉冲检测模块、单片机处理模块、FPGA模块、相位差转换模块、时频域转换模块、测量结果显示模块和电源模块;所述参考信号模块的信号输出端和被测信号模块的信号输出端同时连接群相位重合点脉冲检测模块的信号输入端,所述群相位重合点脉冲检测模块的信号输出端连接单片机处理模块的信号输入端,所述单片机处理模块的信号输出端连接FPGA模块的信号输入端,所述FPGA模块的信号输出端连接相位差转换模块的信号输入端,所述相位差转换模块的信号输出端连接时频域转换模块的信号输入端,所述时频域转换模块的信号输出端连接测量结果显示模块的信号输入端;

所述的参考信号模块由精密频率源组成,用于提供高精度频率标准信号;

所述的被测信号模块由频率合成器组成,用于产生不同频率的被测信号;

所述的群相位重合点脉冲检测模块由群相位同步电路组成,用于产生频率标准信号与被测信号之间的群相位重合点脉冲;

所述的单片机处理模块由自带高速AD转换器的单片机组成,用于对群相位重合点脉冲的高分辨率采集;

所述的FPGA模块由自带高精度锁相环的FPGA组成,用于对相位差数据的处理和实现

74LS系列芯片的逻辑功能;

所述的相位差转换模块由时差分析仪组成,用于对来自FPGA模块的数据进行相位差‑频率稳定度转换;

所述的时频域转换模块由频谱分析仪组成,用于对来自相位差转换模块的时域数据转换为频域数据;

所述电源模块用于对整个系统进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:所述的精密频率源采用Microsemi 5071A铯原子钟。

3.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:所述的频率合成器采用KEYSIGHT E8663D频率信号源。

4.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:自带高速AD转换器的单片机采用MSP430F248芯片。

5.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:所述的自带高精度锁相环的FPGA采用Cyclone IV芯片EP4CE75。

6.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:所述的时差分析仪采用Symmetricom 5110A时差分析仪。

7.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:所述的频谱分析仪采用KEYSIGHT N9030B频谱分析仪。

8.根据权利要求1所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统,其特征在于:所述的群相位同步电路由第一脉冲变换电路、第一线脉冲变换电路、第二脉冲变换电路、第二线脉冲变换电路、触发器74LS74N芯片和逻辑门74LS11N芯片组成;

第一脉冲变换电路由第一触发器74LS14N芯片和第一反相器74LS04N芯片组成,第一触发器74LS14N芯片的信号输入端连接参考信号模块的信号输出端,第一触发器74LS14N芯片的信号输出端连接第一反相器74LS04N芯片的信号输入端,第一反相器74LS04N芯片的信号输出端作为第一脉冲变换电路的信号输出端连接第一线脉冲变换电路的信号输入端;

第一线脉冲变换电路由第一反相器74LS04D芯片和第一逻辑门74LS08D 芯片组成,第一反相器74LS04D芯片的信号输入端和第一逻辑门74LS08D 芯片的A信号输入端同时连接第一反相器74LS04N芯片的信号输出端,第一反相器74LS04D芯片的信号输出端连接第一逻辑门74LS08D 芯片的B信号输入端,第一逻辑门74LS08D 芯片的信号输出端作为第一线脉冲变换电路的输出端连接逻辑门74LS11N芯片的A信号输入端;

第二脉冲变换电路由第二触发器74LS14N芯片和第二反相器74LS04N芯片组成,第二触发器74LS14N芯片的信号输入端连接被测信号模块的信号输出端,第二触发器74LS14N芯片的信号输出端连接第二反相器74LS04N芯片的信号输入端,第二反相器74LS04N芯片的信号输出端第二脉冲变换电路的信号输出端连接第二线脉冲变换电路的信号输入端;

第二线脉冲变换电路由第二反相器74LS04D芯片和第二逻辑门74LS08D 芯片组成,第二反相器74LS04D芯片的信号输入端和第二逻辑门74LS08D 芯片的A信号输入端同时连接第二反相器74LS04N芯片的信号输出端,第二反相器74LS04D芯片的信号输出端连接第二逻辑门74LS08D 芯片的B信号输入端,第二逻辑门74LS08D 芯片的信号输出端作为第二线脉冲变换电路的输出端连接逻辑门74LS11N芯片的C信号输入端;

触发器74LS74N芯片的D信号输入端和CLK边沿时钟信号输入端分别连接第一脉冲变换电路的信号输出端和第二脉冲变换电路的信号输出端,触发器74LS74N芯片的Q信号输出端连接逻辑门74LS11N芯片的B信号输入端, 逻辑门74LS11N芯片的信号输出端作为群相位重合点脉冲检测模块的信号输出端。

9.一种使用如权利要求1‑8所述的基于北斗导航卫星有效载荷的相位噪声测量系统的测量方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1: 首先利用脉冲变换电路对参考信号和被测信号进行脉冲变换,获得参考信号线脉冲和被测信号线脉冲,然后对参考信号线脉冲和被测信号线脉冲进行群相位重合点检测,获得群相位重合点脉冲;

步骤2: 利用单片机内的高速AD转换器对群相位重合点脉冲进行高分辨率采集,并把所采集的群相位重合点脉冲数据送入FPGA内的锁相环进行处理,获得固定的群相位差值即群相位重合点脉冲的固定值;

步骤3: 将固定的群相位差值送入相位差转换模块,通过测量获得与固定的群相位差值相对应的频率稳定度值,即参考信号和被测信号之间的相位起伏(群相位差值代表相位起伏的总体情况)被转换为易于观察的频率稳定度;

步骤4:将频率稳定度值送入时频域转换模块,获得与频率稳定度值相对应的频域数据即相位噪声功率谱密度。