快速測頻技術(shù)在跳頻檢測中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞:跳頻電臺(tái),測頻,等精度測量
1 引 言
測量跳頻電臺(tái)參數(shù)一般要求快捷、準(zhǔn)確,如某型超短波跳頻電臺(tái),跳速約200跳/秒,頻率穩(wěn)定度±10-6,那么,為對其進(jìn)行測試,比如測試跳頻頻譜,我們的檢測設(shè)備必需在每個(gè)波道頻率點(diǎn)穩(wěn)定的很短的駐留時(shí)間(該型電臺(tái)約5ms)內(nèi)測出其頻率,同時(shí),精度要高于電臺(tái)本身的頻率穩(wěn)定度至少一個(gè)數(shù)量級才可靠。也就是說,檢測設(shè)備要有快速高精度測頻的能力。在1ms時(shí)間內(nèi)測頻精度達(dá)到1×10-8。為此,我們所用的檢測設(shè)備采用了等精度測頻加內(nèi)插擴(kuò)展的辦法,可以保證在整個(gè)測試范圍內(nèi)有相同的精度,在小于駐留時(shí)間的時(shí)間閘門上能達(dá)到系統(tǒng)要求的精度。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)將數(shù)字電路集成到一片可編程邏輯器件中,減小了體積和功耗,提高了性能。
2 快速高精度測頻技術(shù)
即用內(nèi)插來減小計(jì)數(shù)誤差的等精度測頻法。它采用多周期同步測量,在整數(shù)個(gè)被測信號周期內(nèi)對頻標(biāo)信號計(jì)數(shù),在整個(gè)頻率測量范圍內(nèi)有相同的精度和分辨率。再加上內(nèi)插擴(kuò)展的作用,使之在電臺(tái)的全部工作頻率上都有較高的精度。圖1是等精度測頻和內(nèi)插擴(kuò)展提高測頻精度的原理。
計(jì)數(shù)閘門在測頻預(yù)置門打開后的第一個(gè)被測信號的有效沿到來后才開啟,計(jì)數(shù)器N0(表示對標(biāo)頻的計(jì)數(shù))、Nx(表示對被測信號的計(jì)數(shù))開始計(jì)數(shù);到時(shí)間預(yù)定值時(shí),預(yù)置門關(guān)閉,但此時(shí)計(jì)數(shù)閘門仍未關(guān)閉,計(jì)數(shù)器N0、Nx是在此后緊接著的下一個(gè)被測信號有效沿到來后才關(guān)閉計(jì)數(shù)閘門,停止計(jì)數(shù)。實(shí)際閘門為T,保證被測信號與閘門時(shí)間同步。顯然,在時(shí)間T內(nèi)兩個(gè)計(jì)數(shù)器的值分別為:
Nx=Fx×T, N0=F0×T,
所以,被測信號
信號與閘門時(shí)間同步保證了閘門時(shí)間T等于被測信號周期的整數(shù)倍,計(jì)數(shù)值Nx沒有±1計(jì)數(shù)誤差,所以,等精度測頻的誤差表示為:
兩項(xiàng)中因標(biāo)頻信號F0精度很高,誤差△F0/F0很小,所以,另用內(nèi)插擴(kuò)展來減小N0計(jì)數(shù)誤差對測頻精度帶來的影響。
內(nèi)插擴(kuò)展要測出量化單位以下的尾數(shù)。它實(shí)際上要進(jìn)行三項(xiàng)測量:(1)同步門開啟后第一個(gè)標(biāo)頻和門關(guān)閉后第一個(gè)標(biāo)頻間的時(shí)間間隔,(即圖1中的N0·T0);(2)同步門開啟和第一個(gè)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的標(biāo)頻間的時(shí)間間隔T1;(3)同步門關(guān)閉和緊隨后的標(biāo)頻間的時(shí)
間間隔T2。N0·T0是被測時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)得的N0個(gè)標(biāo)頻脈沖的時(shí)間。
T1和T2的測量是先用擴(kuò)展器將它們放大1000倍,用“起始”擴(kuò)展器在T1時(shí)間內(nèi)用一恒流源將一電容充電;隨后,以充電時(shí)間T1的999倍的放電時(shí)間放電到電容原電平,擴(kuò)展器的控制門由起始脈沖開啟,在電容恢復(fù)至原電平時(shí)關(guān)閉。圖2表示了擴(kuò)展器的原理。其電容放電到原電平的時(shí)間與恒流源直接相關(guān)。擴(kuò)展器控制的開門時(shí)間是T1的1000倍,即=T1+999T1=1000T1;在
時(shí)間內(nèi)計(jì)得標(biāo)頻脈沖數(shù)為N1,
=N1T0,故T1=N1T0/1000。類似地,用所謂“終止”擴(kuò)展器將T2擴(kuò)大1000倍,T2=N2T0/1000。由圖1可見,N0·T0與被測的T的差別僅在于多計(jì)了T2少計(jì)了T1,故有:
可見,用內(nèi)插技術(shù),雖然測N1、N2時(shí)±1字誤差依然存在,但其相對大小可縮小為原來的1/1000,使計(jì)數(shù)器的分辨力提高三個(gè)量級。利用此原理測得T、T1、T2和本時(shí)間間隔內(nèi)的被測信號周期數(shù)Nx,就能通過計(jì)算得到周期Tx或頻率fx:
所以,我們可以在1 MHz~100MHz范圍內(nèi),最小閘門時(shí)間為1ms時(shí),實(shí)現(xiàn)測頻精度為10-8,滿足對跳頻的測試要求。
3 快速測頻應(yīng)用于跳頻電臺(tái)測試
應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)可以檢測跳頻電臺(tái)的多項(xiàng)參數(shù)。一方面能直接測出跳頻帶寬、跳頻頻譜等頻率值,同時(shí)也能與測時(shí)電路一起測出信道切換時(shí)間、AGC特性等時(shí)間值。
圖3是跳頻測試示意圖,由圖3可知,電臺(tái)的換頻信號一方面啟動(dòng)電臺(tái)的換頻過程,另一方面啟動(dòng)測時(shí)通道中計(jì)數(shù)器和測頻通道的延時(shí)器開始工作。正常情況下,測頻通道的延時(shí)結(jié)束時(shí)換頻過程早已結(jié)束。換頻過程結(jié)束促使鑒相電路輸出最后一個(gè)鎖存脈沖去鎖存測時(shí)通道的計(jì)數(shù)值,此計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化為時(shí)間值即是換頻時(shí)間;同時(shí),測頻通道延時(shí)結(jié)束時(shí)換頻也結(jié)束了,測頻通道立刻進(jìn)入測頻過程,測頻閘門約2ms。在下一個(gè)換頻脈沖到來之前,把本次測得的表示時(shí)間和頻率的數(shù)據(jù)通過接口傳給主機(jī)。這個(gè)測頻(時(shí))過程一直持續(xù)到事前設(shè)置的條件得到滿足。表示為圖4。
如果某些測試項(xiàng)目只要求頻率值或時(shí)間值,那么,測試過程可以簡化,主機(jī)間通信接口的壓力也將隨之緩解。
4 結(jié)束語
用這種技術(shù)測試現(xiàn)有的跳頻電臺(tái)的某些參數(shù),只需從電臺(tái)中另引出一根換頻控制線,對現(xiàn)有電臺(tái)的改動(dòng)很小,不影響電臺(tái)的工作,可行性強(qiáng)。快速測頻技術(shù)在現(xiàn)代通信測試中有廣泛的應(yīng)用,這里只說明了在跳頻測試中的一點(diǎn)應(yīng)用,將其推廣會(huì)有廣闊的應(yīng)用面。
參考文獻(xiàn)
2 張志明,李蓉艷.基于PC總線的高精度頻率測量卡設(shè)計(jì).微型機(jī)與應(yīng)用,1999(2)
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