基于异频信号间相位群特征的相位噪声测量技术研究

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1、学校代码10701学号0813310115分类TN82号TM93密级公开西安电子科技大学博士学位论文基于异频信号间相位群特征的相位噪声测量技术研究作者姓名：董绍锋一级学科：仪器科学与技术二级学科：测试计量技术及仪器学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：周渭教授提交日期：2014年9月ResearchofPhaseNoiseMeasurementTechnologiesBasedonPhaseGroupCharacteristicsBetweenDifferentFrequencySignalsAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpar

2、tialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyByDongShaofeng(InstrumentationScienceandTechnology)Supervisor:Prof.ZhouWeiSeptember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学

3、或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解

4、密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要时频测控技术是测试计量、仪器仪表、电力通讯、导航定位、航空航天等领域的重要基础，它的发展直接关系到相关科学技术及产业的进步和精度的提高。频率稳定度作为频率源的重要指标，对时频测控系统的性能有着重要影响。时域的阿伦方差和频率的单边带相位噪声是短期稳定度的两种主要表征形式，而单边带相位噪声以其更明确的物理意义受到越来越多研究者的关注，对频率源单边带相位噪声的精确测量是时频测控领域的研究热点，产生了大量的相位噪声测量理论和方法，出现了许多高性能的相位噪声测量系统。传统的相位噪声测量方法和系

5、统，主要采用同频锁相的相位处理方法，测量时要求参考和被测信号频率值相同且相位正交。当参考和被测频率不同频时，需要复杂的频率变换线路进行频率归一化，增加了频率处理链路，提高了成本，引入了变换线路附加误差，限制了传统相位处理应用面和测量精度的提高。应用微电子技术对线路进行改进，借助微处理技术对算法进行优化等都没有从根本上解决传统同频相位处理中的高测量分辨率和宽频率测量范围间的矛盾。考虑到周期性运动现象及其相位问题的普遍性，相位处理理应具有更宽的频率适用范围、更高的测量分辨率，对于相位处理理论和方法的深入研究，探索如何将传统的同频相位比对和处理拓展到更广的任意频率信号间的相位直接比对和处

6、理，具有重要的意义和研究价值。鉴于相位噪声测量和相位处理方法中同频比相的限制，本论文在深入分析任意两个不同频率信号间直接相位比对的相位差变化规律的基础上，揭示了异频信号间的相位群特征理论，并将该理论应用于相位噪声的测量，实现了基于相位群特征的相位噪声测量系统的硬件功能模块和软件算法设计，并进行了系统性能实验验证和结果分析。同时，探讨了异频信号间的相位群特征在频率、相位差测量以及频率链接中的应用。本论文的主要研究内容和的研究成果包括以下几个方面：1.分析了频率稳定度和相位噪声测量理论的发展和现状，介绍了常用的相位噪声测量方法和典型相位噪声测量系统，分析了基于同频相位处理的相位噪声测量

7、方法的局限性。研究了相位噪声的时域阿伦方差和频域功率谱密度表征形式，阐述了阿伦方差和功率谱密度尤其是单边带相位噪声的计算方法及其相互转换的原理。2.研究了异频信号间的相位群特征理论。在最小公倍数周期、等效鉴相频率等概念的基础上，分析了异频信号间相位比对的相位差变化规律，揭示了异频信号间相位差以最小公倍数周期为周期的相位群特征，即群间相位差变化严格一致的相位群同步特征，群内相位差量化步进的相位量化步进特征。异频信号间的相位群特征理论，对于简化频率处理链路，提高时频测量的