【摘要】：相位噪聲是衡量頻率源優(yōu)劣的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo),對其進(jìn)行準(zhǔn)確測量在航空航天、微波鏈路及通信領(lǐng)域有著重要意義,相位噪聲測量技術(shù)已成為電子測量領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。隨著對測量實(shí)時(shí)性和靈活性的要求不斷提高,數(shù)字化的相位噪聲測量系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。本課題的研究是在鑒相法相位噪聲測量系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)上開展,該系統(tǒng)包括前端鑒相電路、數(shù)字處理模塊以及主機(jī)部分,其中數(shù)字處理模塊使用了DSP和FPGA硬件平臺。本課題主要工作是研究相位噪聲測量中的關(guān)鍵技術(shù)和算法,并在數(shù)字處理模塊上實(shí)現(xiàn),通過這些技術(shù)和算法改善測量系統(tǒng)的性能。本課題主要研究工作包括以下幾個(gè)部分：1.對環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究。在鑒相法相位噪聲測量系統(tǒng)中,鎖相環(huán)是整個(gè)測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一,而環(huán)路濾波器是鎖相環(huán)的重要一環(huán),對鑒相后的信號起到了抑制噪聲及高頻分量的作用。本文選用級聯(lián)梳狀(CIC)濾波器與FIR濾波器級聯(lián)的形式,完成了高抽取率的窄帶環(huán)路濾波器的程序設(shè)計(jì),并在FPGA平臺上實(shí)現(xiàn),該設(shè)計(jì)能滿足相位噪聲測量系統(tǒng)的指標(biāo)要求。2.對互相關(guān)算法進(jìn)行了研究。本文將互相關(guān)算法應(yīng)用在相位噪聲測量系統(tǒng)中,研究該算法對噪聲底部的影響,并完成了互相關(guān)算法的程序設(shè)計(jì),將該程序應(yīng)用在系統(tǒng)的DSP中,本課題研究的相位噪聲測量系統(tǒng)具有兩路信號采樣結(jié)構(gòu),可以在同一個(gè)采樣時(shí)鐘控制下進(jìn)行兩路同步采樣,采樣獲得的兩路數(shù)據(jù)送入DSP進(jìn)行互相關(guān)算法的處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在運(yùn)算次數(shù)達(dá)到一定程度時(shí),互相關(guān)算法對測量電路帶來的非相關(guān)性噪聲有抑制作用,使用該算法獲得的功率譜密度曲線具有更低的噪聲底部。3.對功率譜估計(jì)算法進(jìn)行了研究。本系統(tǒng)將鑒相后的信號送入DSP進(jìn)行功率譜估計(jì)以獲得相位噪聲的功率譜密度曲線。本文使用周期圖譜估計(jì)法作為功率譜估計(jì)方法,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的頻譜分段以及拼接的方式,使測量系統(tǒng)在能夠滿足測量精度要求的同時(shí)減少運(yùn)算資源的消耗,完成了功率譜估計(jì)算法的仿真試驗(yàn)和程序設(shè)計(jì),并在DSP上實(shí)現(xiàn)。4.對低頻缺損補(bǔ)償算法進(jìn)行了研究。使用鑒相法獲得的相位噪聲功率譜密度曲線會出現(xiàn)低頻處被削減一部分的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象被稱為低頻缺損。本文研究了低頻缺損現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及補(bǔ)償方法,設(shè)計(jì)了低頻缺損補(bǔ)償程序,通過建立測量電路模型進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了程序的可行性。
[Abstract]:Phase noise is an important technical index to measure the quality of frequency source. Accurate measurement of phase noise is of great significance in the fields of aerospace, microwave link and communication. Phase noise measurement technology has become an important research content in the field of electronic measurement. With the increasing demand for real-time and flexibility of measurement, the digital phase noise measurement system has a good application prospect. The research is carried out on the basis of the hardware of the phase noise measurement system, which includes the front-end phase detection circuit, the digital processing module and the host part, in which the digital processing module uses DSP and FPGA hardware platform. The main work of this paper is to study the key techniques and algorithms of phase noise measurement and implement them on the digital processing module to improve the performance of the measurement system. The main research work includes the following parts: 1. The design technology of loop filter is studied. Phase locked loop (PLL) is one of the key techniques in the whole measurement system, and the loop filter is an important link of PLL, which plays an important role in suppressing the noise and high frequency components of the phase discrimination signal. In this paper, the concatenated comb (CIC) filter and FIR filter are selected to complete the program design of narrow band loop filter with high decimation rate, and it is implemented on FPGA platform. The design can meet the requirement of phase noise measurement system. The cross correlation algorithm is studied. In this paper, the cross-correlation algorithm is applied to the phase noise measurement system. The effect of the algorithm on the bottom of the noise is studied, and the program of the cross-correlation algorithm is designed. The program is applied to the DSP of the system. The phase noise measurement system studied in this paper has a two-channel signal sampling structure, which can be controlled by the same sampling clock to carry out two synchronous sampling. The two channels of data obtained from the sampling are sent into DSP to process the cross-correlation algorithm. The experimental results show that the cross-correlation algorithm can suppress the non-correlated noise brought by the measuring circuit when the number of operations reaches a certain degree, and the power spectral density curve obtained by the algorithm has a lower noise base. 3. The power spectrum estimation algorithm is studied. In this system, the phase discrimination signal is sent to DSP for power spectrum estimation to obtain the power spectral density curve of phase noise. In this paper, the periodic spectrum estimation method is used as the power spectrum estimation method, and the corresponding spectrum segmentation and splicing method are designed, so that the measurement system can meet the requirements of measurement accuracy and reduce the consumption of computing resources. The simulation experiment and program design of the power spectrum estimation algorithm are completed, and the implementation of. 4. 4 on DSP. The low frequency defect compensation algorithm is studied. The phase noise power spectral density curve obtained by phase discrimination method can be reduced at low frequency, which is called low frequency defect. In this paper, the cause of the phenomenon of low frequency defect and the compensation method are studied, and the program of low frequency defect compensation is designed. The feasibility of the program is verified by the simulation of the measuring circuit model.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.4

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本文編號：2226555