CN108535544A - 一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法 - Google Patents
一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108535544A CN108535544A CN201810304441.9A CN201810304441A CN108535544A CN 108535544 A CN108535544 A CN 108535544A CN 201810304441 A CN201810304441 A CN 201810304441A CN 108535544 A CN108535544 A CN 108535544A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- signal
- reference signal
- submodule
- measured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
- G01R25/06—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents employing quotient instrument
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
- G01R25/04—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference
Abstract
本发明公开了一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，该方法包括以下步骤：(1)对待测信号进行数据采样得到数字信号；(2)根据数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，然后分别乘以数字信号，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留差频项，并将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过相位解缠并去除线性漂移即可得到待测信号的相位数据。本发明通过对该测量方法的整体流程设置、关键步骤及具体处理过程进行改进，实现了一种参数调节更为方便、相位测量原理和系统实现更为简单的高精度数字相位测量方法及相应系统，能够有效解决精密测量等科学研究中相位测量精度问题。
Description
技术领域
本发明属于精密相位测量领域，更具体地，涉及一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法。
背景技术
相位测量技术的研究起源于数学矢量分析和物理学的圆周运动及振动学，而后在航空航天、资源勘探等方面的应用及发展，使得相位测量技术得到飞速发展。高精度相位测量是原子钟、激光干涉仪和激光测距等精密测量科学研究中的关键技术，相位测量精度直接决定了上述科学研究水平，而国际上对高精度相位测量的仪器和测量技术都进行技术封锁，因此，研究高精度相位测量系统刻不容缓。
相位测量方法分为模拟电路测相和数字信号处理测相两种方式。模拟电路测量相位，早期采用的方法有诸如阻抗法、和差法等，原理和测量方法简单，但是测量精度较低。再后来发展的相位比较法、相位检波法和过零比较法等方法对测量精度有了一定改善，但相位测量精度还是受限于电子元器件的影响，相位测量精度难以超过0.001rad。随着数字信号处理技术的发展，采用数字信号处理方法测量相位技术得到很快发展，发展的方法有线性插值法、相关分析法、自适应滤波法以及锁相环法等，并在这些算法的基础上，发展了利用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程逻辑器件)和DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等基于数字处理芯片实现的相位计，利用这些方法理论上可将相位测量精度提高一个量级，如专利文献CN103217578 A实现了一种基于锁相环技术测量信号间相位差的数字相位计，用于测量两路输入信号的相位差。这种相位计仍采用硬件电路实现，实现核心算法的各种电路模块，比如低通滤波器、频率计、本地振荡器等电子器件仍影响相位测量精度，甚至如果基准信号或参考信号相位或幅度突变都会导致锁相环失锁，无法完成相位准确测量。
以现有技术中其他采用正交相位解调技术为例，在这些已有技术中，参考信号的产生、90度移相等均是采用硬件电路实现，需要参考时钟，因此硬件电路本身的噪声都会影响测量精度，比如参考信号频率不稳定，90度相位移动无法十分准确(比如实际相差可能是89度)，影响相位测量的精度。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其中通过对该测量方法的整体流程设置、关键步骤(尤其是基于正交相位解调技术的相位测量步骤)其具体处理过程(包括参考信号的生成、信号相乘后和频项的滤除、相位解缠等)进行改进，采用正交相位解调技术，实现对待测信号相位的高精度测量，是一种参数调节更为方便、相位测量原理和系统实现更为简单的高精度数字相位测量方法及相应系统，能够有效解决精密测量等科学研究中相位测量精度问题；并且，本发明还可以利用软件算法程序构建相位测量功能模块及相应的各个功能子模块，以实现相位测量系统的正交相位解调技术算法、完成精确测量待测信号的相位，并通过降采样算法将相位存储速率降低，减小数据存储空间需求。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)数据采集：以包含待测相位信息的待测信号作为输入信号，对该待测信号进行采样得到数字信号；
(2)相位测量：根据所述步骤(1)得到的所述数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，所述第一参考信号和所述第二参考信号的相位之差为90°，两者频率相同；然后将所述数字信号分别与所述第一参考信号和所述第二参考信号相乘，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留频率为所述数字信号和所述第一参考信号两者频率差值的信号，然后将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过对所述相位数值进行相位解缠并去除线性漂移后，即可得到所述待测信号的相位数据。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，所述第一参考信号与所述数字信号两者频率之差的绝对值小于100Hz，优选小于0.1Hz。
作为本发明的进一步优选，记所述待测信号满足其中A为该待测信号的幅值，f0为该待测信号的频率，为该待测信号的待测相位，则所述步骤(1)得到的所述数字信号仍满足
并且，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：
(2-1)构建第一参考信号B*sin(2πf1t)，其中B为该第一参考信号的预先设置的幅值，f1为该第一参考信号的频率；并且，如果记f0-f1＝Δf，则Δf满足|Δf|<0.1Hz；
(2-2)将所述步骤(2-1)构建得到的所述第一参考信号其相位移动90°，产生第二参考信号B*cos(2πf1t)；
(2-3)将所述数字信号与所述第一参考信号相乘，得到第一乘积信号
(2-4)对所述步骤(2-3)得到的第一乘积信号进行滤波，得到第一滤波信号
(2-5)将所述数字信号与所述第二参考信号相乘，得到第二乘积信号
(2-6)对所述步骤(2-5)得到的第二乘积信号进行滤波，得到第二滤波信号
(2-7)将所述第一滤波信号除以所述第二滤波信号，得到正切函数
(2-8)对所述步骤(2-7)得到的所述正切函数求反正切，得到包含有所述待测信号相位信息的相位数值
(2-9)对所述相位数值进行相位解缠，具体是在所述相位数值发生突变的位置加上或减去π的整数倍实现相位连续，即得到解缠后的相位数值；
(2-10)从所述解缠后的相位数值中去除线性漂移2π(f0-f1)t，即可得到所述待测信号的相位
作为本发明的进一步优选，所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法还包括步骤(3)：将所述步骤(2)实时测量得到的所述待测信号的相位数据以预先设置的存储速率进行存储；优选的，所述存储是存储至电脑磁盘上，优选是先将该相位数据存储率减小至不超过100Samples/s后进行存储的。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述采样的采样频率大于所述待测信号频率的2倍。
按照本发明的另一方面，本发明提供了一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统，其特征在于，该系统包括：
数据采集模块：该数据采集模块用于以包含待测相位信息的待测信号作为输入信号，对该待测信号进行采样得到数字信号；
相位测量模块：该相位测量模块用于根据所述数据采集模块得到的所述数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，所述第一参考信号和所述第二参考信号的相位之差为90°，两者频率相同；然后将所述数字信号分别与所述第一参考信号和所述第二参考信号相乘，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留频率为所述数字信号和所述第一参考信号两者频率差值的信号，然后将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过对所述相位数值进行相位解缠并去除线性漂移后，即可得到所述待测信号的相位数据。
作为本发明的进一步优选，在所述相位测量模块中，所述第一参考信号与所述数字信号两者频率之差的绝对值小于100Hz，优选小于0.1Hz。
作为本发明的进一步优选，记所述待测信号满足其中A为该待测信号的幅值，f0为该待测信号的频率，为该待测信号的待测相位，则所述数据采集模块得到的所述数字信号仍满足
并且，所述相位测量模块具体包括以下子模块：
第一参考信号构建子模块，该第一参考信号构建子模块用于构建第一参考信号B*sin(2πf1t)，其中B为该第一参考信号的预先设置的幅值，f1为该第一参考信号的频率；并且，如果记f0-f1＝Δf，则Δf满足|Δf|<0.1Hz；
第二参考信号构建子模块，该第二参考信号构建子模块用于将所述第一参考信号构建子模块构建得到的所述第一参考信号其相位移动90°，产生第二参考信号B*cos(2πf1t)；
第一乘积信号处理子模块，该第一乘积信号处理子模块用于将所述数字信号与所述第一参考信号相乘，得到第一乘积信号
第一滤波信号处理子模块，该第一滤波信号处理子模块用于对所述第一乘积信号处理子模块得到的第一乘积信号进行滤波，得到第一滤波信号
第二乘积信号处理子模块，该第二乘积信号处理子模块用于将所述数字信号与所述第二参考信号相乘，得到第二乘积信号
第二滤波信号处理子模块，该第二滤波信号处理子模块用于对所述第二乘积信号处理子模块得到的第二乘积信号进行滤波，得到第二滤波信号
相除信号处理子模块，该相除信号处理子模块用于将所述第一滤波信号除以所述第二滤波信号，得到正切函数
相位数值求解子模块，该相位数值求解子模块用于对所述相除信号处理子模块得到的所述正切函数求反正切，得到包含有所述待测信号相位信息的相位数值
相位解缠子模块，该相位解缠子模块用于对所述相位数值进行相位解缠，具体是在所述相位数值发生突变的位置加上或减去π的整数倍实现相位连续，即得到解缠后的相位数值；
去除线性漂移子模块，该去除线性漂移子模块用于从所述解缠后的相位数值中去除线性漂移2π(f0-f1)t，即可得到所述待测信号的相位
作为本发明的进一步优选，所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统还包括存储模块，该存储模块用于将所述相位测量模块实时测量得到的所述待测信号的相位数据以预先设置的存储速率进行存储；优选的，所述存储是存储至电脑磁盘上，优选是先将该相位数据存储率减小至不超过100Samples/s后进行存储的。
作为本发明的进一步优选，所述数据采集模块中，所述采样的采样频率大于所述待测信号频率的2倍；所述相位测量模块还包括采样频率调节子模块，该采样频率调节子模块用于调节所述数据采集模块的采样频率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有下列有益效果：
1、本发明采用正交相位解调技术实现相位测量，该方法原理简单，程序实现简易方便，而且能够消除待测信号幅度噪声对相位测量精度的影响，尤其对固定频率信号能够实现高精度的相位测量。
本发明给出的相位测量方法及相应测量系统，利用正交相位解调技术算法可以实现相位的实时测量。在具体相位测量时，是首先测量输入待测信号的频率f0，考虑测量频率f0时的误差，利用软件算法产生一路与待测信号频率相近的第一参考信号，同时将第一参考信号的相位移动90°，产生第二参考信号。接着，将待测信号(该待测信号具体是通过数据采集得到的数字信号)与第一参考信号相乘，相乘结果经过积化和差三角公式转化为第一和频项和第一差频项；该相乘结果随后经过第一低通滤波器后第一和频项被滤除，保留第一差频项。相类似的，同步将待测信号与第二参考信号相乘，相乘结果经过积化和差三角公式转化为第二和频项和第二差频项；该相乘结果随后经过第二低通滤波器后第二和频项被滤除，保留第二差频项。第一差频项除以第二差频项，得到包含待测信号相位的正切值(当然，也有可能是余切值)，随后，通过对该正切值求反正切(或反余切)则得到包含待测信号的相位由于相位随着时间t的增加会累积超过反正切函数的周期π，因而相位经过一个周期π时不连续，产生突变，对反正切(或反余切)测量的相位进行相位解缠，即在相位突变处加上或减去π的整数倍，将测量相位实现连续。由于相位解缠后的相位以频率差f0-f1随时间线性增加，通过去除线性漂移2π(f0-f1)t项，可最终实现对待测信号相位的精确测量。本发明可以用于对频率固定相位固定、频率固定相位可变的待测信号测量其相位；当然，本发明也可以用于估算频率发生较小变化的待测信号，此时，测量得出的相位的变化还将体现频率变化的部分。
2、本发明可以利用软件算法程序构建与基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法各个步骤相对应的各个功能模块(如相位测量功能模块及相应的各个功能子模块)，通过软件程序实现测量相位的正交相位解调核心算法，以及相位解缠和去线性漂移处理，实现精确测量待测信号的相位。本发明实时测量得到的待测信号的相位数据以预先设置的存储速率进行存储，例如可以采用降采样算法将实时测量的相位数据存储速率减小至小于或等于100Samples/s后再存储至电脑磁盘上(降采样算法的具体过程可参考相关现有技术)；并且，由于存储率减小，能够减小数据存储量，减小占用空间。本发明利用软件替代传统的硬件电路(例如乘法器、低通滤波器、除法器等功能模块及相应步骤均可通过软件算法来实现，无需使用硬件电路)，因而硬件系统更加简单，可消除一部分硬件电路噪声。通过软件对系统参数调节更为方便，是一种更为简单而精度更高的相位测量系统。
本发明的参数设置及相位测量均可通过软件实现，设置方便且准确，例如本发明通过设置频率与待测信号频率之差满足小于0.1Hz的参考信号，两路参考信号的相位差90度，这些设置都可以设置到非常准确，确保该测量方法及对应系统相位测量的高精度，尤其适用于实验室应用。
3、本数字相位测量方法相位测量分辨率更高，并且测量输入待测信号的绝对相位，通过实验测量显示，本相位测量系统的相位测量分辨率为15/√τμrad，经过10000秒平均时间的相位分辨率可达到约1nrad，达到目前国际先进水平。
综上，本发明采用正交相位解调技术实现相位测量的原理简单，因而程序算法实现简洁，而且利用软件算法替代硬件电路，使得测量系统结构更为简单，系统本身引入的附加噪声更小，实现一种参数便于调节、测量原理和实现系统更为简单的高精度相位测量系统，解决精密测量等科学研究中相位测量精度难题。经过试验评估，本发明的相位测量系统的相位测量本底分辨率为15/√τμrad，经过10000秒平均时间的相位分辨率可达到约1nrad。本发明实现的高精度相位测量系统可广泛用于各种精确测量信号相位的场合，如外差式激光测距、原子钟系统误差评估等研究。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统示意图。
图2是本发明中正交相位解调技术算法的示意图，该算法可以通过软件算法程序实现。
图3是本发明相位测量系统的相位分辨率和一个实际应用的相位测量结果。
各个附图中的附图标记的含义如下：10-待测信号(可仅在实际应用时才输入该待测信号)，20-数据采集系统(对应数据采集模块)，30-软件算法程序(对应相位测量模块)；301-第一参考信号B*sin(2πf1t)，302-90°移相，303-第二参考信号B*cos(2πf1t)，304-第一乘法器，305-第二乘法器，306-第一低通滤波器，307-第二低通滤波器，308-除法器，309-反正切，310-相位解缠，311-去线性漂移。其中，301～311为正交相位解调技术算法实施方法中的各个步骤，除此之外，301～311还可对应由软件算法程序构建的各个功能模块，这些功能模块均可以为相位测量模块内的各个功能子模块；也就是说，301～311的所有功能均由软件算法程序实现，可对应于与该软件算法各个步骤功能相同的各功能模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明中基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，可以利用由软件算法程序构建的相位测量功能模块及相应的各个功能子模块予以实现；以下结合构建具体软件算法程序对本发明进行详细说明。
本发明中基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法及其对应系统，该相位测量系统在具体应用时，如图1所示包括待测信号10、数据采集系统20、软件算法程序30，其中待测信号10(包含待测相位信息的输入信号)作为需要测量的输入信号与数据采集系统20可以通过同轴电缆连接，数据采集系统20与电脑可以通过数据传输线连接，数据采集系统20以一定采样率对待测信号采样，将模拟输入信号转化为数字信号，并输出至电脑；
软件算法程序30可以在电脑上运行，该软件算法程序用于实现正交解调技术核心算法以及相位解缠和去除线性漂移，完成实时测量待测信号的相位，并且还可以经过降采样将相位数据存储率降低至小于100Samples/s，存储在电脑磁盘；此外，利用该软件算法程序还可以设置数据采集系统的采样率，并控制数据采集系统输出的数字信号与电脑之间的数据通信，将实时测量的相位数据以设置的存储速率存储在电脑磁盘上。数据采集系统20的最高采样率决定相位测量系统可实现相位测量的待测信号的最高频率，数据采集原则可以遵循奈奎斯特采样定理，数据采集系统的采样频率可以大于输入待测信号频率的2倍。
软件程序算法用于实现相位测量的正交相位解调技术算法，测量待测信号的相位；
软件算法程序首先测量输入待测信号频率f0，考虑测量频率f0时的误差，利用软件算法产生一路与待测信号频率相近的第一参考信号B*sin(2πf1t)，频率f0与频率f1两者之差的绝对值小于0.1Hz，同时将第一参考信号B*sin(2πf1t)的相位移动90°，产生第二参考信号B*cos(2πf1t)。第一参考信号和第二参考信号的幅值B可以预先设置，例如可以为任意正数。
利用软件算法编写第一乘法器，实现待测信号与第一参考信号B*sin(2πf1t)相乘，相乘结果经过积化和差三角公式转化后表示为：
利用软件编写数字式第一低通滤波器，经过第一低通滤波器后，被滤除，保留第二项
利用软件算法编写第二乘法器，同样实现待测信号与第二参考信号B*cos(2πf1t)相乘，相乘结果经过积化和差三角公式后表示为：
利用软件编写数字式第二低通滤波器，经过第二低通滤波器后，的第一项被滤除，保留第二项
利用软件编写除法器，实现除以的功能，得到包含待测信号相位的正切函数
通过对所述求反正切则得到包含待测信号的相位数值
相位随着时间t的增加会累积超过正切函数的周期π，因而相位经过一个周期π时不连续，产生突变，对反正切测量的相位进行相位解缠，即在相位突变处加上或减去π的整数倍，实现测量相位连续。
相位以频率差f0-f1为斜率随时间t线性增加，通过软件算法计算并去除线性漂移2π(f0-f1)t，最终实现对待测信号相位的精确测量。若频率f0与频率f1两者刚好相等时(实际发生的可能性较小)，则该去除线性漂移的步骤则可以省略。
测量得到的相位数据进一步通过软件程序将数据存储速率降低至小于100Samples/s，然后存储在电脑硬盘，用于数据处理及分析。
在一个具体应用实例中，软件算法程序采用LabVIEW实现，但并不限于LabVIEW，说明包括本发明的相位测量系统的工作过程如下：
S1.待测信号约频率10kHz，幅度为1V的电压信号可以通过同轴电缆连接至数据采集系统20，数据采集系统20可以采用NI(National Instrument，美国国家仪器)的数据采集板卡实现；
S2.通过LabVIEW软件实现正交相位解调核心算法，通过采集程序设置数据采集系统20的采样率为200kHz(采样率约为待测信号频率的20倍)；
S3.通过LabVIEW软件中的信号发射其模块产生频率为10kHz，幅度为1V的第一参考信号sin(2π*104t)，并通过移相器模块产生第二参考信号cos(2π*104t)；
S4.采用LabVIEW程序流程实现待测信号分别与第一参考信号sin(2π*104t)和第二参考信号cos(2π*104t)相乘，并分别经过第一低通滤波器306得到和第二低通滤波器307得到
S5.通过除法器308计算除以的值得到 将此值输入到反正切309，从而求得
S6.通过在LabVIEW软件算法中编写相位解缠310算法以及去除线性漂移311程序扣除线性漂移项Δf t，最终实现精确测量待测信号的相位
S7.首先实验测量了本发明相位测量系统的相位测量分辨率，实验测量结果显示，相位分辨率为15/√τμrad，经过10000秒平均时间的相位分辨率可达到约1nrad，如图3所示。
S8.实际测量的频率为10kHz待测信号的相位约为1000μrad，经过20000秒的平均可观察到约2μrad的相位变化，符合理论预期结果，如图3所示。
可见，本发明中基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法及系统，通过数据采集系统对输入待测信号实现数字化采集，利用软件算法编程，采用正交相位解调技术，实现对待测信号相位的高精度测量，能够实现一种参数便于调节、测量原理和实现系统更为简单的高精度相位测量系统，解决精密测量等科学研究中相位测量精度难题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)数据采集：以包含待测相位信息的待测信号作为输入信号，对该待测信号进行采样得到数字信号；
(2)相位测量：根据所述步骤(1)得到的所述数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，所述第一参考信号和所述第二参考信号的相位之差为90°，两者频率相同；然后将所述数字信号分别与所述第一参考信号和所述第二参考信号相乘，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留频率为所述数字信号和所述第一参考信号两者频率差值的信号，然后将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过对所述相位数值进行相位解缠并去除线性漂移后，即可得到所述待测信号的相位数据；
优选的，所述步骤(2)中，所述第一参考信号与所述数字信号两者频率之差的绝对值小于100Hz，优选小于0.1Hz。
2.如权利要求1所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，记所述待测信号满足其中A为该待测信号的幅值，f0为该待测信号的频率，为该待测信号的待测相位，则所述步骤(1)得到的所述数字信号仍满足
并且，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：
(2-1)构建第一参考信号B*sin(2πf1t)，其中B为该第一参考信号的预先设置的幅值，f1为该第一参考信号的频率；并且，如果记f0-f1＝Δf，则Δf满足|Δf|<0.1Hz；
(2-2)将所述步骤(2-1)构建得到的所述第一参考信号其相位移动90°，产生第二参考信号B*cos(2πf1t)；
(2-3)将所述数字信号与所述第一参考信号相乘，得到第一乘积信号
(2-4)对所述步骤(2-3)得到的第一乘积信号进行滤波，得到第一滤波信号
(2-5)将所述数字信号与所述第二参考信号相乘，得到第二乘积信号
(2-6)对所述步骤(2-5)得到的第二乘积信号进行滤波，得到第二滤波信号
(2-7)将所述第一滤波信号除以所述第二滤波信号，得到正切函数
(2-8)对所述步骤(2-7)得到的所述正切函数求反正切，得到包含有所述待测信号相位信息的相位数值
(2-9)对所述相位数值进行相位解缠，具体是在所述相位数值发生突变的位置加上或减去π的整数倍实现相位连续，即得到解缠后的相位数值；
(2-10)从所述解缠后的相位数值中去除线性漂移2π(f0-f1)t，即可得到所述待测信号的相位
3.如权利要求1所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法还包括步骤(3)：将所述步骤(2)实时测量得到的所述待测信号的相位数据以预先设置的存储速率进行存储；优选的，所述存储是存储至电脑磁盘上，优选是先将该相位数据存储率减小至不超过100Samples/s后进行存储的。
4.如权利要求1所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述采样的采样频率大于所述待测信号频率的2倍。
5.一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统，其特征在于，该系统包括：
数据采集模块：该数据采集模块用于以包含待测相位信息的待测信号作为输入信号，对该待测信号进行采样得到数字信号；
相位测量模块：该相位测量模块用于根据所述数据采集模块得到的所述数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，所述第一参考信号和所述第二参考信号的相位之差为90°，两者频率相同；然后将所述数字信号分别与所述第一参考信号和所述第二参考信号相乘，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留频率为所述数字信号和所述第一参考信号两者频率差值的信号，然后将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过对所述相位数值进行相位解缠并去除线性漂移后，即可得到所述待测信号的相位数据；
优选的，在所述相位测量模块中，所述第一参考信号与所述数字信号两者频率之差的绝对值小于100Hz，优选小于0.1Hz。
6.如权利要求5所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统，其特征在于，记所述待测信号满足其中A为该待测信号的幅值，f0为该待测信号的频率，为该待测信号的待测相位，则所述数据采集模块得到的所述数字信号仍满足
并且，所述相位测量模块具体包括以下子模块：
第一参考信号构建子模块，该第一参考信号构建子模块用于构建第一参考信号B*sin(2πf1t)，其中B为该第一参考信号的预先设置的幅值，f1为该第一参考信号的频率；并且，如果记f0-f1＝Δf，则Δf满足|Δf|<0.1Hz；
第二参考信号构建子模块，该第二参考信号构建子模块用于将所述第一参考信号构建子模块构建得到的所述第一参考信号其相位移动90°，产生第二参考信号B*cos(2πf1t)；
第一乘积信号处理子模块，该第一乘积信号处理子模块用于将所述数字信号与所述第一参考信号相乘，得到第一乘积信号
第一滤波信号处理子模块，该第一滤波信号处理子模块用于对所述第一乘积信号处理子模块得到的第一乘积信号进行滤波，得到第一滤波信号
第二乘积信号处理子模块，该第二乘积信号处理子模块用于将所述数字信号与所述第二参考信号相乘，得到第二乘积信号
第二滤波信号处理子模块，该第二滤波信号处理子模块用于对所述第二乘积信号处理子模块得到的第二乘积信号进行滤波，得到第二滤波信号
相除信号处理子模块，该相除信号处理子模块用于将所述第一滤波信号除以所述第二滤波信号，得到正切函数
相位数值求解子模块，该相位数值求解子模块用于对所述相除信号处理子模块得到的所述正切函数求反正切，得到包含有所述待测信号相位信息的相位数值
相位解缠子模块，该相位解缠子模块用于对所述相位数值进行相位解缠，具体是在所述相位数值发生突变的位置加上或减去π的整数倍实现相位连续，即得到解缠后的相位数值；
去除线性漂移子模块，该去除线性漂移子模块用于从所述解缠后的相位数值中去除线性漂移2π(f0-f1)t，即可得到所述待测信号的相位
7.如权利要求5所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统，其特征在于，所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统还包括存储模块，该存储模块用于将所述相位测量模块实时测量得到的所述待测信号的相位数据以预先设置的存储速率进行存储；优选的，所述存储是存储至电脑磁盘上，优选是先将该相位数据存储率减小至不超过100Samples/s后进行存储的。
8.如权利要求5所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统，其特征在于，所述数据采集模块中，所述采样的采样频率大于所述待测信号频率的2倍；所述相位测量模块还包括采样频率调节子模块，该采样频率调节子模块用于调节所述数据采集模块的采样频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810304441.9A CN108535544A (zh) | 2018-04-08 | 2018-04-08 | 一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810304441.9A CN108535544A (zh) | 2018-04-08 | 2018-04-08 | 一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108535544A true CN108535544A (zh) | 2018-09-14 |
Family
ID=63482774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810304441.9A Pending CN108535544A (zh) | 2018-04-08 | 2018-04-08 | 一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108535544A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946523A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-06-28 | 重庆邮电大学 | 一种检测阻抗解调信号间相位关系的装置及方法 |
| CN110375675A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-10-25 | 易思维（杭州）科技有限公司 | 基于空间相位展开的双目光栅投影测量方法 |
| CN111579883A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-08-25 | 中国科学院国家授时中心 | 一种相位波动测量方法及系统 |
| CN111999559A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-27 | 西安电子科技大学 | 一种基于双adc的数字化线性相位比对方法 |
| CN114035128A (zh) * | 2021-09-15 | 2022-02-11 | 杭州诺驰生命科学有限公司 | 原子磁强计、弱磁测量系统和方法、计算机程序产品、计算机设备以及可读存储介质 |
| CN114630477A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-14 | 核工业西南物理研究院 | 一种步进式比相方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1174330A (zh) * | 1996-08-19 | 1998-02-25 | 三星电子株式会社 | 检测三相交流电相位角的电路 |
| CN102768302A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-11-07 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种双通道数字化相位噪声检测装置及相位噪声检测方法 |
| CN103217577A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-24 | 中国科学院力学研究所 | 测量高频率信号相位变化的数字相位计及其方法 |
| CN106483376A (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-08 | 北京艾美林科技有限公司 | 一种无盲区数字相位计算法及装置 |
-
2018
- 2018-04-08 CN CN201810304441.9A patent/CN108535544A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1174330A (zh) * | 1996-08-19 | 1998-02-25 | 三星电子株式会社 | 检测三相交流电相位角的电路 |
| CN102768302A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-11-07 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种双通道数字化相位噪声检测装置及相位噪声检测方法 |
| CN103217577A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-24 | 中国科学院力学研究所 | 测量高频率信号相位变化的数字相位计及其方法 |
| CN106483376A (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-08 | 北京艾美林科技有限公司 | 一种无盲区数字相位计算法及装置 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946523A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-06-28 | 重庆邮电大学 | 一种检测阻抗解调信号间相位关系的装置及方法 |
| CN109946523B (zh) * | 2019-04-15 | 2020-12-25 | 重庆邮电大学 | 一种检测阻抗解调信号间相位关系的装置及方法 |
| CN110375675A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-10-25 | 易思维（杭州）科技有限公司 | 基于空间相位展开的双目光栅投影测量方法 |
| CN111579883A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-08-25 | 中国科学院国家授时中心 | 一种相位波动测量方法及系统 |
| CN111999559A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-27 | 西安电子科技大学 | 一种基于双adc的数字化线性相位比对方法 |
| CN114035128A (zh) * | 2021-09-15 | 2022-02-11 | 杭州诺驰生命科学有限公司 | 原子磁强计、弱磁测量系统和方法、计算机程序产品、计算机设备以及可读存储介质 |
| CN114630477A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-14 | 核工业西南物理研究院 | 一种步进式比相方法、装置、设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108535544A (zh) | 一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法 | |
| Genoni et al. | Can X-ray constrained Hartree–Fock wavefunctions retrieve electron correlation? | |
| CN104897962B (zh) | 基于互素感知的单频信号短样本高精度测频方法及其装置 | |
| CN104155520B (zh) | 一种适用于舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法和装置 | |
| CN102288821B (zh) | 三相电路相位差的测量方法、测量装置 | |
| CN102045062A (zh) | 一种基于Cordic算法的数字锁相环 | |
| CN103534601A (zh) | 用于实时谐波频谱分析仪的装置和方法 | |
| CN102901880A (zh) | 一种宽频率范围、快响应时间及高分辨率的相位噪声测量方法 | |
| US20130135623A1 (en) | Digital signal processing method and device of fiber-optic gyroscope, and fiber-optic gyroscope | |
| CN103217578A (zh) | 基于锁相环技术测量信号间相位差的数字相位计及其方法 | |
| CN105021904B (zh) | 一种基于dds移相技术的快速相位噪声测量系统及测量方法 | |
| CN102495250A (zh) | 一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表及其采样方法 | |
| Liang et al. | Statistical modeling and signal reconstruction processing method of EMF for slurry flow measurement | |
| CN106483375B (zh) | 一种多频率分次谐波检测方法 | |
| CN106324343B (zh) | 基于频移集合经验模态分解的谐波检测方法及检测系统 | |
| CN1885043A (zh) | 小型锁相放大器的数字控制电路及方法 | |
| Li et al. | Complex bandpass filtering for Coriolis mass flow meter signal processing | |
| CN110161310B (zh) | 一种基于差频调制锁相的微弱信号检测方法 | |
| Mabuchi | Standard quantum limits for broadband position measurement | |
| CN103576120B (zh) | 三次谐波分量准同步信息传输校验与自愈算法 | |
| RU2482517C1 (ru) | Трассопоисковый приемник | |
| CN111551785B (zh) | 基于无迹卡尔曼滤波的频率与谐波检测方法 | |
| Liu et al. | Digital instantaneous frequency measurement with wide bandwidth for real-valued waveforms using multiple sub-Nyquist channels | |
| CN107576842B (zh) | 一种宽频带同步采样方法 | |
| CN208188201U (zh) | 基于光标签的多参数比对装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180914 |