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利用相位估计算法实现ps量级的高精度时间间隔测量

万方数据万方数据万方数据万方数据2630仪器仪表学报第29卷图5高精度时IbJ删隔测赶系统样机实物ng5ThephofoofthelimeinlervaImeasuremenIpmmfype4.2测试结果网6给fI{了采样率为l【)oMs/s,量化位数为14比特时,通道l(CHl)干¨通道2(cH2)进行的100次测量结果。

此外,表2给出厂上文提到的3种情况下的各通道的槲位(时延)估计精度和时间J’日J隔测量精度。

由表中的数据,可以得出如F结论:1)单通道相位(时间)测量精度和双通道时间间隔测莆精度均在lOps左右,三种情况的差异不太明显。

相对来说,时间间隔测量精度在100Ms/s采样率、14比特量化的最高,优于lOps;在100Ms/s采样率、10比特量化时最低,略微超过10ps。

2)实验结果基本上体现不出3种情况下的精度差异,均低于表l的理论精度。

这是冈为单通道相位(时间)的估计结果受触发误差和被测频标信号抖动的影响。

这两个误差约为10ps,远大于相位(时间)估计误差。

3)作为双通道差的时间间隔测量结果中消除了被测频标信号抖动的影响,应该精度高于单通道测量结果。

但是}}1于实验系统巾两块采集卡之问时钟同步存在一定抖动,降低了测量结果的精度,凶而时间问隔的测量精度约为lOps左右。

图6测量结果曲线(100MS/8采样率、14比特最化)¨g.6Phaseand“mejnleⅣalmeasurementresults(samI'lingrate100MS/s,】4b)表2三种采样率下样机精度对比(厶r-10MHz,Ⅳ=l0“)Table2Accuracycompar勘nunderthr托c衄di60陋(矗f-10MHz.~=l024)5结论从实验数据与理论结果对比,可以发现由于实验系统各环节引入的噪声,使得测试结果难以反映3种测试情况的差异。

综合来看,实验系统达到了lOps的测肇精度。

由于采用两块数据采集卡进行实验,两块卡之间的采样时钟抖动抬高了测量系统的本底噪声。

下一步实验中将研制专用的数据采集和处理系统,在一块PCB上完成时钟的分配,数据的采集和相位的实时解算,以达到小型化、实时性和更高的精度;同时降低系统造价。

如果对触发抖动和采样时钟的抖动处理得比较好,有望达到1ps精度。

此外,还需要进一步将相位(时延)估计算法移植到FPGA上实现,做到实时处理采集数据。

这样一来系统的测量速率主要由数据采集决定,对于1024点F盯,25Ms/s时数据采集时间为4.096×10~s,则最高测黾速牢可以做到2,4414×104Hz。

进一步提高采样率或者降低F丌点数,还可以提高测量速率。

如果从实际需求出发.还可以降低FfTr的点数,比如将Ⅳ降为64,采样率f为25Ms/s.比特位数14b,可以得到的理论测量精度仍然优于0.2ps。

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32(4):625击29.作者简介朱样维.2007年于田防科技大学获得博十学位,现为国防科技大学卫星导航研发ffl心讲师,主要研究方向为卫星导航定位系统、时I'日J同步、时频测量计量等。

地址:湖南省长沙市,国防科技大学电子科学与工程学院卫星导航定位研发中心.4lUU73E—mail:zhuxiangwei@nudt.edu.cnZhuXiangweiobtainedPhDfmmNationalUniversityofDe—fenseTechnoIog)rin2007.Now,heworks鹊alecturerinSatel-liteNavigationR&DCenter,DepanmentofElectronic铂ence锄dEn百neeringin£heareaofsa£ellitenavigacionsystem,timesynchmnization,andtimefbquencymeasurement.Address:SateIliteNavig“呻R&DCenter,sch00IofElectr∞icScienceandEngineering,NUDT,Changsha4l007,Hunan.ChinaE—mail:zhuxiangwei@nudt.edu.cn孙广富。

2006年于罔防科技大学获得博十学位,现为国防科技大学卫星导航研发中心副教授。

主要研究方向为卫星导航定位、仪器设计与实现和实时信号处理等。

SunGuan星加obtajnedPhDf南mNationalUniven;i竹ofDe.fbnse’11echnologyin2006.Now,heworksasanassistancepm—fessorinSaleJljteNavigatjonR&DCenter,NUDT,whoseJ_:e-searchareaissatellitenavigationsystem,instrumentdesign明dimplementation,andrealtimesignalpmcessing.万方数据。

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