專利名稱：一種快速頻率測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種快速頻率測量系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，在測控系統(tǒng)中測頻方法的研究越來越受到重視，因?yàn)轭l率信號抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸、可以達(dá)到較高的測量精度，因此，多種非頻率量的傳感信號都要轉(zhuǎn)化為頻率量進(jìn)行測量，常用的測頻方法有直接測頻法和多周期同步測頻法。
所述的直接測頻法是最簡單的測頻方法，就是在給定的閘門信號中填入脈沖，通過必要的計(jì)數(shù)線路，得到填充脈沖的個(gè)數(shù)，從而計(jì)算出待測信號的頻率或周期。
在測量過程中，依據(jù)信號頻率的大小，測量方法分為兩種(1)被測信號頻率較高時(shí)通常選用標(biāo)準(zhǔn)頻率信號作為閘門信號，而將待測信號作為填充脈沖，設(shè)被測信號計(jì)數(shù)值為N，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號為f0，其周期為T0，則這種測試方法的頻率測量值為fx＝N/T0，由于存在對被測信號計(jì)數(shù)的±1個(gè)字誤差，所以測量的準(zhǔn)確度為Δfx＝±1/T0。
(2)被測信號頻率較低時(shí)通常選用待測信號作為閘門信號，而將標(biāo)準(zhǔn)頻率信號作為填充脈沖，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的計(jì)數(shù)值為N，頻率為f0，周期為T0，則這種測量方法的頻率測量值為fx＝1/(N*T0)，由于存在標(biāo)準(zhǔn)頻率信號計(jì)數(shù)的±1個(gè)字誤差，所以測量的準(zhǔn)確度為Δf＝±fx2/f0。
該直接測頻法的主要缺點(diǎn)是由于±1個(gè)字誤差的存在，難以兼顧低頻和高頻實(shí)現(xiàn)對等準(zhǔn)確度的測量，所以測量精度較低。
所述的多周期同步測頻方法是在直接測頻法的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種測頻方法，在目前的測頻系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，多周期同步測頻計(jì)數(shù)的閘門時(shí)間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步，因此消除了對被測信號計(jì)數(shù)產(chǎn)生的±1個(gè)字誤差，準(zhǔn)確度大大提高，而且達(dá)到了整個(gè)測量頻段的等準(zhǔn)確度測量，測量原理波形如圖1所示，該多周期同步法測頻原理如下所述首先，由控制線路給出閘門開啟信號，此時(shí)，計(jì)算器并不開始計(jì)數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時(shí)，才真正開始計(jì)數(shù)，然后，兩組計(jì)數(shù)器分別對被測信號和時(shí)基脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)控制線路給出閘門關(guān)閉信號后，計(jì)數(shù)器并不立即停止計(jì)數(shù)，而是等到被測信號下降沿來到的時(shí)刻才真正結(jié)束計(jì)數(shù)，完成一次測量過程?？梢钥闯?，實(shí)際閘門與設(shè)定的閘門并不嚴(yán)格相等，但最大差值不超過被測信號的一個(gè)周期，測量分辨率為Δfx＝±1/(τ×f0)，注τ為實(shí)際閘門時(shí)間由上式可以看出，測量分辨率與被測信號頻率的大小無關(guān)，僅與閘門及時(shí)基頻率有關(guān)，即實(shí)現(xiàn)了被測頻帶內(nèi)的等準(zhǔn)確度測量。閘門時(shí)間越長，時(shí)基頻率越高，分辨率越高。
在快速測量的要求下，為了達(dá)到較高的測量準(zhǔn)確度，需要閘門時(shí)間縮短，所以必須采用較高的時(shí)基頻率，這樣就可能增加成本，同時(shí)，時(shí)基脈沖的頻率不能無限制的提高，所以所述多周期同步測頻法不能兼顧快速、高準(zhǔn)確度的測頻要求。
為此，需要提供一種方法能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的頻率準(zhǔn)確度的測量，滿足高速、高精度的測頻要求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種快速頻率測量系統(tǒng)及方法，其通過頻率調(diào)整器對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行處理，延長被測信號的測試時(shí)長同時(shí)提高基準(zhǔn)信號的頻率，測頻器利用高頻計(jì)數(shù)脈沖對被測低頻信號進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)高精度、快速的測頻效果。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種快速頻率測量系統(tǒng)，包括頻率調(diào)整器、測頻器和控制處理器，其中，頻率調(diào)整器用于對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行處理，延長被測信號的測試時(shí)長，提高基準(zhǔn)信號的頻率；測頻器與頻率調(diào)整器相連，用于對所述處理后的被測信號進(jìn)行頻率測量；控制處理器與測頻器相連，用于控制測頻器工作，獲得頻率測量數(shù)據(jù)，計(jì)算頻率值。
所述頻率調(diào)整器包括分頻器，用于對被測信號進(jìn)行分頻處理得到被測低頻信號；和/或，倍頻器，用于對基準(zhǔn)信號進(jìn)行倍頻處理得到高頻計(jì)數(shù)脈沖。
所述分頻器由可編程控制器件實(shí)現(xiàn)。
所述測頻器包括測頻計(jì)數(shù)器，其用于累計(jì)高頻計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，控制處理器輸出控制信號使測頻器工作，當(dāng)高頻計(jì)數(shù)脈沖來時(shí)，測頻計(jì)數(shù)器就加1，當(dāng)被測信號的上升沿或下降沿到來時(shí)，輸出一個(gè)中斷信號，同時(shí)輸出此時(shí)的測頻器中的計(jì)數(shù)值。
本發(fā)明還提供一種快速頻率測量方法，包括A、分別對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行調(diào)整，延長被測信號的測試時(shí)長，提高基準(zhǔn)信號的頻率，得到被測低頻信號和高頻計(jì)數(shù)脈沖；
B、利用所述高頻計(jì)數(shù)脈沖對被測低頻信號進(jìn)行測量，獲得頻率測量數(shù)據(jù)；C、處理所述頻率測量數(shù)據(jù)，獲得被測信號頻率值。
所述步驟A具體包括將被測信號進(jìn)行分頻處理和/或?qū)⒒鶞?zhǔn)信號進(jìn)行倍頻處理。
所述步驟B具體包括B1、當(dāng)高頻計(jì)數(shù)脈沖來時(shí)，且被測低頻信號的上升沿或下降沿到來時(shí)，輸出一個(gè)中斷信號給控制處理器，同時(shí)輸出測量數(shù)據(jù)。
所述步驟C包括C1、控制處理器每收到一個(gè)中斷信號時(shí)，從測頻器中讀取測量數(shù)據(jù)，計(jì)算一次被測信號的短期和/長期頻率準(zhǔn)確度的值。
所述被測低頻信號的上升和下降沿間隔時(shí)間t為t(t＝(N/(2*fx))，其中fx為被測信號的頻率；N為分頻器的分頻系數(shù)。
所述的步驟C1包括每次收到一個(gè)中斷信號時(shí)，則獲得一個(gè)測試數(shù)據(jù)Xi表示當(dāng)前技術(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，則兩次中斷時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)為ΔXi＝Xi-Xi-1。
步驟C所述的被測信號的頻率值為fx＝((ΔX(i-(M-1))+.....+ΔXi)*(1/f0))/((N/2)*M)，其中fx表示被測信號的計(jì)算出的頻率；f0表示計(jì)數(shù)脈沖的頻率；N表示分頻器的分頻系數(shù)；M表示計(jì)算被測信號頻率時(shí)，使用的間隔周期t的個(gè)數(shù)。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對不同頻率信號進(jìn)行高精度、快速的測量，使測試精度只與計(jì)數(shù)脈沖的測試時(shí)長有關(guān)，測量速度與被測信號的分頻后的頻率有關(guān)，而不影響測量的精度，且成本低，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)多周期同步法測量原理波形圖；圖2為本發(fā)明快速頻率測量系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明測頻器工作原理圖；圖4為本發(fā)明信號流向圖；圖5為本發(fā)明所述方法的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心思想是提供一種快速頻率測量系統(tǒng)及方法，其包括頻率調(diào)整器、測頻器及控制處理器，將被測信號及基準(zhǔn)信號經(jīng)過頻率調(diào)整器進(jìn)行處理來延長被測信號的測試時(shí)長，提高基準(zhǔn)信號的頻率，再利用高頻計(jì)數(shù)脈沖對被測低頻信號進(jìn)行測量，達(dá)到快速、高精度的測頻目的。
本發(fā)明提供了一種快速頻率測量系統(tǒng)，參照圖2所示為本發(fā)明快速頻率測量系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，該快速頻率測量系統(tǒng)包括頻率調(diào)整器1、測頻器3及控制處理器4；其中頻率調(diào)整器1用于調(diào)整被測信號及基準(zhǔn)信號的頻率，延長被測信號的測試時(shí)長同時(shí)提高基準(zhǔn)信號的頻率，該頻率調(diào)整器1可以為分頻器10和/或倍頻器11，其中分頻器10與測頻器3連接，用于對被測信號進(jìn)行分頻處理，將處理后得到的被測低頻信號傳送給測頻器3，所述分頻器10可采用可編程控制器件PLD或FPGA實(shí)現(xiàn)，使分頻后的信號都為如1KHz、1Hz等低頻信號；所述倍頻器11與測頻器3連接，用于對基準(zhǔn)信號進(jìn)行倍頻處理得到高頻計(jì)數(shù)脈沖，傳送給測頻器3，所述倍頻器11可采用專門的倍頻器件將基準(zhǔn)信號倍頻到較高的頻率，可用來提高測量頻率的短期準(zhǔn)確度；測頻器3用于完成頻率的測量操作，測頻器3也可以采用可編程控制器件(PLD或FPGA)實(shí)現(xiàn)，可以和分頻器公用一個(gè)器件，該測頻器3包括一測頻計(jì)數(shù)器(圖中未示出)，用于累計(jì)高頻計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)；控制處理器4與測頻器3連接，用于控制測頻器3工作，獲得頻率測量數(shù)據(jù)，計(jì)算頻率值。
測頻器3的工作原理參照圖3所示控制處理器4輸出控制信號(Rst)使測頻器3工作，測頻器3一直對被測信號(Sig)進(jìn)行測試，當(dāng)高頻計(jì)數(shù)脈沖(Clk_b)來時(shí)，測頻計(jì)數(shù)器就加1，當(dāng)被測信號的上升沿或下降沿到來時(shí)，輸出一個(gè)中斷信號(Int_r)，同時(shí)輸出此時(shí)的測頻器3中的計(jì)數(shù)值(Cnt_b)，控制處理器4每收到一次中斷信號，讀取一次測量數(shù)據(jù)，可計(jì)算一次被測信號的短期和/或長期頻率準(zhǔn)確度的值，所述測量數(shù)據(jù)即為測頻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。
參照圖4所示為本發(fā)明信號流向圖，將被測信號傳送到分頻器10中分頻，同時(shí)將基準(zhǔn)信號送到倍頻器11中進(jìn)行倍頻處理，分頻后獲得的低頻被測信號和倍頻后獲得的高頻計(jì)數(shù)脈沖送到測頻器3中進(jìn)行測頻，測頻器3測試過程中，控制處理器4輸出控制信號給測頻器3，測頻器3輸出中斷信號給控制處理器4，控制處理器4收到中斷信號時(shí)從測頻器3中讀取測量數(shù)據(jù)，每收到一次中斷，控制處理器4可計(jì)算獲得一次被測信號的短期和/或長期頻率準(zhǔn)確度的值。
本發(fā)明還提供一種快速頻率測量方法，參照圖5所示，該方法具體包括步驟10對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行分頻及倍頻處理，延長被測信號的測試時(shí)長同時(shí)提高基準(zhǔn)信號的頻率，以提高短期測試的精度；對被測信號進(jìn)行分頻處理可通過將被測信號輸送到分頻器10進(jìn)行處理，之后得到被測低頻信號；對基準(zhǔn)信號進(jìn)行倍頻處理可通過將基準(zhǔn)信號輸送到倍頻器11進(jìn)行處理，之后得到高頻計(jì)數(shù)脈沖；步驟11測頻器3利用高頻計(jì)數(shù)脈沖對被測低頻信號進(jìn)行測頻；將上述分頻后獲得的被測低頻信號和倍頻后獲得的高頻計(jì)數(shù)脈沖輸送到測頻器3中，測頻器3輸出中斷信號給控制處理器4，控制處理器4收到中斷信號時(shí)從測頻器3中讀取測量數(shù)據(jù)，每收到一次中斷，控制處理器4計(jì)算一次被測信號的短期和/或長期頻率準(zhǔn)確度的值；步驟12處理測試數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前信號頻率值；由于控制處理器4接收到的中斷信號是由被測信號分頻后的上升和下降沿產(chǎn)生，所以此中斷的間隔時(shí)間是相等的，設(shè)時(shí)間間隔為t(t＝(N/(2*fx))，fx為被測信號的頻率，N為分頻器的分頻系數(shù)，2表示上升沿和下降沿都計(jì)數(shù)，每次中斷到來時(shí)，控制處理器4都會收到一次測試數(shù)據(jù)Xi。此段時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)為ΔXi＝Xi-Xi-1，由于測頻計(jì)數(shù)器的位數(shù)是有限的，當(dāng)測頻計(jì)數(shù)器達(dá)到最大值后會從零開始計(jì)數(shù)，所以存在Xi＜Xi-1的情況，此時(shí)Xi需要加上測頻計(jì)數(shù)器的所能記錄的最大值(XM)即ΔXi＝(Xi+XM)-Xi-1；將獲得的Xi和ΔXi保存起來為了后續(xù)的計(jì)算，每獲得一次計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù)時(shí)，即可計(jì)算出當(dāng)前的被測信號的頻率值fxfx＝((ΔX(i-(M-1))+…+ΔXi)*(1/f0))/((N/2)*M)，其中fx表示被測信號的頻率；f0表示計(jì)數(shù)脈沖的頻率；N表示分頻器的分頻系數(shù)；
表3

由上可知，該傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)30之正向光路及逆向光路同時(shí)滿足正弦條件，且達(dá)到衍射受限要求。因此，其正向光路可作傅里葉變換，其逆向光路可作逆傅里葉變換；且該非對稱傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)30之正向光路結(jié)構(gòu)及逆向光路結(jié)構(gòu)可分別用作一體全息存儲光學(xué)系統(tǒng)的前組傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)及后組逆傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)。
第四實(shí)施例如圖16所示，一非對稱傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)40，從物面41到頻譜面45數(shù)起，包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組、具有較大正光焦度的第二透鏡組、及置于第一透鏡組物側(cè)的具有較小正光焦度的第三透鏡組。其中，第一透鏡組由二片凹面相對的一彎月型負(fù)透鏡42及一彎月型負(fù)透鏡43組成，彎月型負(fù)透鏡42的凸面朝向物面41，彎月型負(fù)透鏡43的凸面朝向頻譜面45；第二透鏡組由一片正透鏡44組成，該正透鏡44的朝向物面41的一透鏡表面為凸面；第三透鏡組由一彎月型正透鏡46組成，該彎月型正透鏡46的朝向物面41的一透鏡表面為凸面。該非對稱傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)40的焦距f＝44mm，物側(cè)入射光線(正向光路)的F數(shù)F/#＝2.2，視場角2ω＝5.2°，頻譜面?zhèn)热肷涔饩€(逆向光路)的F數(shù)F/#＝11，視場角2ω＝25.6°，波長λ＝0.532μm。該非對稱傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)40的結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表4；其中，R為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的曲率半徑，d為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的光軸上間距，

綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對不同頻率信號頻率進(jìn)行高精度、快速的測量，使測試精度只與計(jì)數(shù)脈沖的測試時(shí)長有關(guān)，測量速度與被測信號的分頻后的頻率有關(guān)，而不影響測量的精度。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種快速頻率測量系統(tǒng)，其特征在于，包括頻率調(diào)整器、測頻器和控制處理器，其中，頻率調(diào)整器用于對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行處理，延長被測信號的測試時(shí)長，提高基準(zhǔn)信號的頻率；測頻器與頻率調(diào)整器相連，用于對所述處理后的被測信號進(jìn)行頻率測量；控制處理器與測頻器相連，用于控制測頻器工作，獲得頻率測量數(shù)據(jù)，計(jì)算頻率值。
2.如權(quán)利要求1所述的快速頻率測量系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率調(diào)整器包括分頻器，用于對被測信號進(jìn)行分頻處理得到被測低頻信號；和/或，倍頻器，用于對基準(zhǔn)信號進(jìn)行倍頻處理得到高頻計(jì)數(shù)脈沖。
3.如權(quán)利要求2所述的快速頻率測量系統(tǒng)，其特征在于，所述分頻器由可編程控制器件實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求2所述的快速頻率測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測頻器包括測頻計(jì)數(shù)器，其用于累計(jì)高頻計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，控制處理器輸出控制信號使測頻器工作，當(dāng)高頻計(jì)數(shù)脈沖來時(shí)，測頻計(jì)數(shù)器就加1，當(dāng)被測信號的上升沿或下降沿到來時(shí)，輸出一個(gè)中斷信號，同時(shí)輸出此時(shí)的測頻器中的計(jì)數(shù)值。
5.一種快速頻率測量方法，其特征在于，包括A、分別對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行調(diào)整，延長被測信號的測試時(shí)長，提高基準(zhǔn)信號的頻率，得到被測低頻信號和高頻計(jì)數(shù)脈沖；B、利用所述高頻計(jì)數(shù)脈沖對被測低頻信號進(jìn)行測量，獲得頻率測量數(shù)據(jù)；C、處理所述頻率測量數(shù)據(jù)，獲得被測信號頻率值。
6.如權(quán)利要求5所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述步驟A具體包括將被測信號進(jìn)行分頻處理和/或?qū)⒒鶞?zhǔn)信號進(jìn)行倍頻處理。
7.如權(quán)利要求5所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述步驟B具體包括B1、當(dāng)高頻計(jì)數(shù)脈沖來時(shí)，且被測低頻信號的上升沿或下降沿到來時(shí)，輸出一個(gè)中斷信號給控制處理器，同時(shí)輸出測量數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述步驟C包括C1、控制處理器每收到一個(gè)中斷信號時(shí)，從測頻器中讀取測量數(shù)據(jù)，計(jì)算一次被測信號的短期和/長期頻率準(zhǔn)確度的值。
9.如權(quán)利要求7所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述被測低頻信號的上升和下降沿間隔時(shí)間t為t(t＝(N/(2*fx))，其中fx為被測信號的頻率；N為分頻器的分頻系數(shù)。
10.如權(quán)利要求7或8所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述的步驟C1包括每次收到一個(gè)中斷信號時(shí)，則獲得一個(gè)測試數(shù)據(jù)Xi表示當(dāng)前技術(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，則兩次中斷時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)為ΔXi＝Xi-Xi-1。
11.如權(quán)利要求10所述的快速頻率測量方法，其特征在于，步驟C所述的被測信號的頻率值為fx＝((ΔX(i-(M-1))+.....+ΔXi)*(1/f0))/((N/2)*M)，其中fx表示被測信號的計(jì)算出的頻率；f0表示計(jì)數(shù)脈沖的頻率；N表示分頻器的分頻系數(shù)；M表示計(jì)算被測信號頻率時(shí)，使用的間隔周期t的個(gè)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域一種快速頻率測量系統(tǒng)及方法。該快速頻率測量系統(tǒng)包括頻率調(diào)整器、測頻器及控制處理器，其通過頻率調(diào)整器對被測信號及基準(zhǔn)信號進(jìn)行調(diào)整，延長被測信號的測試時(shí)長，提高基準(zhǔn)信號的頻率，得到高頻計(jì)數(shù)脈沖，測頻器利用高頻計(jì)數(shù)脈沖對調(diào)整后的被測信號進(jìn)行測量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對不同頻率信號頻率值進(jìn)行高精度、快速的測量，測試精度只與計(jì)數(shù)脈沖的測試時(shí)長有關(guān)，測量速度與被測信號的分頻后的頻率有關(guān)而測量速度的大小不影響測量精度；此方法成本低，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G01R23/10GK1862263SQ20051010348
公開日2006年11月15日 申請日期2005年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
發(fā)明者張慶 申請人:華為技術(shù)有限公司