時(shí)間是物質(zhì)存在和運(yùn)動(dòng)的基本屬性之一。精密的時(shí)間作為科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)諸方面的基本物理參量,在國(guó)防工業(yè)科研等各個(gè)領(lǐng)域都起到至關(guān)重要的作用。本文在此背景下設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款高精度多通道,同時(shí)具備脈沖寬度測(cè)量功能的時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器,并對(duì)該計(jì)數(shù)器系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估測(cè)試。論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果包括:(1)對(duì)時(shí)間間隔測(cè)量的原理和相關(guān)概念進(jìn)行深入的理解和分析,對(duì)比本領(lǐng)域的經(jīng)典時(shí)間間隔測(cè)量方法并總結(jié)每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。其中著重對(duì)時(shí)間內(nèi)插法進(jìn)行了透徹的研究,并在此基礎(chǔ)上分析本系統(tǒng)所采用的時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù),為后續(xù)的設(shè)計(jì)和研究工作奠定基礎(chǔ)。(2)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。首先選擇硬件平臺(tái)所需元器件,充分了解各個(gè)器件的工作條件和電氣參數(shù),尤其是微處理器(FPGA)和TDC-GPX2芯片的相關(guān)工作參數(shù),完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試。然后細(xì)化系統(tǒng)功能,完成微處理器的配置邏輯、數(shù)據(jù)流處理邏輯、串口通信邏輯等模塊邏輯設(shè)計(jì)及連接,通過(guò)仿真調(diào)試,驗(yàn)證各功能模塊。最后結(jié)合硬件平臺(tái)功能,設(shè)計(jì)相應(yīng)的上位機(jī)軟件需求,使用VC++平臺(tái)進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。最終將軟硬件平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試,完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(3)各個(gè)部分調(diào)試完成之后,搭建測(cè)試平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間間隔測(cè)量性能、脈沖寬度測(cè)量性能以及多通道同步測(cè)量性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試中采用標(biāo)準(zhǔn)偏差作為評(píng)估指標(biāo),得到系統(tǒng)時(shí)間間隔測(cè)量的精度(標(biāo)準(zhǔn)偏差)優(yōu)于60ps,同時(shí)利用比較法測(cè)量得到系統(tǒng)測(cè)量的偏差小于500ps,系統(tǒng)量程可達(dá)到1.6s。且通過(guò)做差的方式有效降低公共誤差對(duì)測(cè)量性能的影響,提高設(shè)備在不同場(chǎng)合的測(cè)量精度;脈沖寬度測(cè)量性能和國(guó)際通用設(shè)備SR620性能相當(dāng);可實(shí)現(xiàn)多通道同步測(cè)量,各通道同步測(cè)量一致性較好,可滿足多數(shù)場(chǎng)合應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH724
【部分圖文】：

圖 1.1 固定靶實(shí)驗(yàn)示意圖高精度時(shí)刻鑒別和時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)同樣是空間定位技術(shù)的基礎(chǔ)。在定，通常已知 4 個(gè)及以上參考點(diǎn)（通常是衛(wèi)星）的具體位置信息，然后通測(cè)點(diǎn)到已知點(diǎn)的距離，聯(lián)立方程解算待測(cè)點(diǎn)的具體位置[11]。而這個(gè)測(cè)量通過(guò)測(cè)量信號(hào)從待測(cè)點(diǎn)發(fā)出到衛(wèi)星接收的時(shí)間，乘以光速得到的。由于延遲誤差項(xiàng)，所以稱為偽距[12]。這整個(gè)定位的過(guò)程，時(shí)間信息的鑒別和分關(guān)鍵的部分，對(duì)時(shí)間測(cè)量的精確，則定位信息越準(zhǔn)確。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，需要同時(shí)得到幾組信號(hào)之間的時(shí)間間隔，使數(shù)據(jù)處理可靠，在這種情況下如 SR620 等只有一組測(cè)量通道的設(shè)備不能很好的。例如在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，需要同時(shí)接收 4 顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)來(lái)確定位多通道并行測(cè)量會(huì)提高定位效率和精度[13]。在飛行時(shí)間質(zhì)譜儀應(yīng)用中，離子從離子源到達(dá)檢測(cè)器的飛行時(shí)間來(lái)鑒別離子并對(duì)其分類。如果可實(shí)

圖 2.1 起停型計(jì)數(shù)器原理示意圖計(jì)數(shù)法數(shù)法，又稱“粗”計(jì)數(shù)法，顧名思義就是直接對(duì)待測(cè)時(shí)間間行計(jì)數(shù)得到測(cè)量結(jié)果的方法。數(shù)法的原理框圖如圖 2.2 所示，系統(tǒng)通過(guò)主門控制計(jì)數(shù)的開(kāi)信號(hào)又稱作開(kāi)門信號(hào)，停止信號(hào)又稱作關(guān)門信號(hào)。開(kāi)門和關(guān)門信號(hào)調(diào)理電路做整形處理，之后經(jīng)過(guò)主門觸發(fā)器使其輸出與計(jì)兼容，觸發(fā)器的輸出作為主門打開(kāi)和關(guān)閉的控制信號(hào)，主門打頻后的參考時(shí)鐘計(jì)數(shù)，主門關(guān)閉后停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的值為開(kāi)間的時(shí)間間隔，即待測(cè)時(shí)間間隔。

第 2 章 時(shí)間測(cè)量原理及方法9圖 2.1 起停型計(jì)數(shù)器原理示意圖2.2.1 直接計(jì)數(shù)法直接計(jì)數(shù)法，又稱“粗”計(jì)數(shù)法，顧名思義就是直接對(duì)待測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)參考時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)得到測(cè)量結(jié)果的方法。直接計(jì)數(shù)法的原理框圖如圖 2.2 所示，系統(tǒng)通過(guò)主門控制計(jì)數(shù)的開(kāi)始和停止，所以開(kāi)始信號(hào)又稱作開(kāi)門信號(hào)，停止信號(hào)又稱作關(guān)門信號(hào)。開(kāi)門和關(guān)門信號(hào)首先分別送入信號(hào)調(diào)理電路做整形處理，之后經(jīng)過(guò)主門觸發(fā)器使其輸出與計(jì)數(shù)寄存器內(nèi)部格式兼容，觸發(fā)器的輸出作為主門打開(kāi)和關(guān)閉的控制信號(hào)，主門打后計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)分頻后的參考時(shí)鐘計(jì)數(shù)，主門關(guān)閉后停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的值為開(kāi)門信號(hào)到關(guān)門信號(hào)間的時(shí)間間隔，即待測(cè)時(shí)間間隔。圖 2.2 直接計(jì)數(shù)法結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.3 所示，Start 信號(hào)到來(lái)時(shí)，打開(kāi)計(jì)數(shù)器對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，Stop 信

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本文編號(hào)：2821055