CN202975155U - 一种时域信号频率稳定度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种时域信号频率稳定度测量装置，属于原子频标领域。所述装置包括：补偿检测源、第一频率测量仪器、外部参考源以及中央处理器，所述第一频率测量仪器同时与所述被测频率源、所述外部参考源、所述补偿检测源以及所述中央处理器电连接。本实用新型通过判断被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点，当同时出现异常跳动点，删除被测频率源的频率测量结果中的异常跳动点；不仅减小了工作量，同时提高了频率稳定度的测量精度。

Description

一种时域信号频率稳定度测量装置

技术领域

本实用新型涉及原子频标领域，特别涉及一种时域信号频率稳定度测量装置。

背景技术

随着科技的进步，高精度时间频率被广泛应用在航天、通讯等众多领域，同时人们对时钟源的频率输出的稳定性要求也越来越高。时钟源的输出信号频率稳定性常采用频率稳定度来衡量。

目前，时钟源的频率稳定度测量通常需要借助于计数器或比相仪、以及外部参考源等设备完成。其中，比相仪是一种高精度频率测量仪器，它是通过对两台频率标准输出信号的相位进行对比，来测量这两个信号的平均频率偏差，由此计算出频率稳定度。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

通过现有技术测量时钟源的频率稳定度时，测量数据存在着一些异常跳动点，对于这些异常跳动点，需要在测量时运用其他辅助手段进行判断，如通过温度测量来判断异常跳动点是被测频率源本身引起的，还是由测量仪器或者外部参考源引起的，根据判断结果在后期通过软件删除这些异常跳动点来解决问题，这种删除方式会给测量工作增加负担，而且这种判断方式很可能造成错误删除，当被删除的异常跳动点包括由被测时钟源自身的原因引起的异常跳动点时，还会导致测量误差。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种时域信号频率稳定度测量装置。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种时域信号频率稳定度测量装置，所述装置包括：

补偿检测源；

用于测量被测频率源和所述补偿检测源的输出频率，得到所述被测频率源的频率测量结果和所述补偿检测源的频率测量结果的第一频率测量仪器；

用于为所述第一频率测量仪器提供外部时钟参考的外部参考源；

以及用于判断所述被测频率源的频率测量结果和所述补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点，若所述被测频率源的频率测量结果和所述补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值同时出现异常跳动点，删除所述被测频率源的频率测量结果中的所述异常跳动点，根据删除所述异常跳动点后的所述被测频率源的频率测量结果，计算所述被测频率源的频率稳定度的中央处理器；

所述第一频率测量仪器同时与所述被测频率源、所述外部参考源、所述补偿检测源以及所述中央处理器电连接。

进一步地，所述装置还包括：

用于测量所述被测频率源的输出频率，并将测得的所述被测频率源的输出频率发送给所述中央处理器的第二频率测量仪器；

用于为所述第二频率测量仪器提供外部时钟参考的晶振；

所述中央处理器还用于当所述被测频率源的频率测量结果中的输出频率值出现异常跳动点，而补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值未同时出现异常跳动点时，将所述第二频率测量仪器测量得到的频率测量结果与第一频率测量仪器测量得到的频率测量结果进行平均；

所述第二频率测量仪器同时与所述被测频率源、所述晶振以及所述中央处理器电连接。

进一步地，所述装置还包括：用于测量所述被测频率源的工作环境信息的环境监测模块，所述环境监测模块与所述中央处理器电连接。

进一步地，所述第一频率测量仪器为计数器或者比相仪。

进一步地，所述外部参考源为氢钟、铯钟或全球定位系统授时信号。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过判断被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点，并在被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值同时出现异常跳动点，删除被测频率源的频率测量结果中的异常跳动点；因此，做到了只对由测量仪器或外部参考源引起的异常跳动点进行删除，不仅减小了工作量，同时提高了频率稳定度的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的一种时域信号频率稳定度测量装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种时域信号频率稳定度测量装置工作原理流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种时域信号频率稳定度测量装置，参见图1，该装置包括：

补偿检测源207；

用于测量被测频率源201和补偿检测源207的输出频率，得到被测频率源201的频率测量结果和补偿检测源207的频率测量结果的第一频率测量仪器203；

用于为第一频率测量仪器203提供外部时钟参考的外部参考源202；

用于判断当被测频率源201的频率测量结果和补偿检测源207的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点，若被测频率源201的频率测量结果和补偿检测源207的频率测量结果中的输出频率值同时出现异常跳动点，删除被测频率源201的频率测量结果中的异常跳动点，根据删除异常跳动点后的被测频率源201的频率测量结果，计算被测频率源201的频率稳定度的中央处理器204；

第一频率测量仪器203同时与被测频率源201、外部参考源202、补偿检测源207以及中央处理器204电连接。

进一步地，该装置还包括：

用于测量被测频率源201的输出频率，并将测得的被测频率源201的输出频率发送给中央处理器204的第二频率测量仪器206；

用于第二频率测量仪器206提供外部时钟参考的晶振205；

中央处理器204还用于当被测频率源201的频率测量结果中的输出频率值出现异常跳动点，而补偿检测源207的频率测量结果中的输出频率值未同时出现异常跳动点时，将第二频率测量仪器206测量得到的频率测量结果与第一频率测量仪器203测量得到的频率测量结果进行平均；

第二频率测量仪器206同时与被测频率源201、晶振205以及中央处理器204电连接。

进一步地，该装置还包括，用于测量被测频率源201的工作环境信息的环境监测模块208，环境监测模块208与中央处理器204电连接。

第一频率测量仪器203为计数器或者比相仪。

外部参考源202为高稳定度原子钟，如Ｈ钟、Ｃs钟等，或ＧＰＳ授时信号。

被测频率源201与补偿检测源207均为频率信号源，要注意的是：在评估被测频率源稳定度指标时，需要选择同级别或高级别于被测频率源的信号源作为补偿检测量源。

同时被测频率源201信号亦送至晶振作205外部时钟参考的第二频率测量仪器206进行频率测量。

第一频率测量仪器203的频率测量结果均送至中央处理器204按时域频率稳定度计算标准进行处理，如采用阿伦方差计算被测频率源201的频率稳定度。同时中央处理器204采集环境监测模块208获得的信息（包括温度、湿度、电磁辐射水平、时间等参数值）。

下面结合图2对本实用新型实施例提供的一种时域信号频率稳定度测量装置的工作原理进行详细说明：

步骤101：提供两个频率信号源，其中一个频率信号源作为外部参考源，另一个频率信号源作为补偿检测源。

具体地，该外部参考源可以选用长期稳定度较高的高稳定度原子钟，如Ｈ（氢原子）钟、Ｃs（铯原子）钟等，或ＧＰＳ（Global Positioning System，全球定位系统）授时信号。

步骤102：采用第一频率测量仪器，同时测量被测频率源和补偿检测源的输出频率，得到被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果，第一频率测量仪器采用外部参考源作为外部时钟参考。

其中，第一频率测量仪器可选用现有时域测量技术通用测量仪器，如高精度计数器或比相仪等装置。

值得说明的是，被测频率源与补偿检测源均为频率信号源，在评估被测频率源稳定度指标时，需要选择同级别或高级别于被测频率源的信号源作为补偿检测源。

步骤103：判断被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点。

具体地，该步骤可以包括：

当某一时刻被测频率源的频率测量结果中的输出频率值出现异常跳动点时，判断补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点；若出现，则表示第一频率测量仪器或外部参考源出现问题；若未出现，则说明被测频率源出现问题。

所谓“异常跳动点”指的是频率测量结果中的输出频率值中某个点出现较大的波动，如：一台被测频率源的输出频率为5E-12/秒，某一时刻测试结果显示输出频率为5E-11/秒。

步骤104：若被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值同时出现异常跳动点，删除被测频率源的频率测量结果中的异常跳动点。

步骤105：根据删除异常跳动点后的被测频率源的频率测量结果，计算被测频率源的频率稳定度。

在具体实现中，该步骤103~105可以由中央处理器、单片机、微控制器等实现。

进一步地，该方法还包括：测量被测频率源的工作环境信息。当被测频率源的输出频率值中的异常跳动点过大时，需要根据被测频率源的工作环境信息进行检修，例如一台被测频率源的输出频率为1E-12/秒，某一时刻测试结果显示输出频率为1E-10/秒或者更大，则认为该被测频率源需要进行检修。上述工作环境信息由一个单独的模块进行检测，对工作环境信息进行采集并显示在测试信息结果中。方便科研人员检查故障。

工作环境信息包括：温度、湿度、电磁辐射水平、时间等参数值。相应地，工作环境信息可以采用温度传感器、湿度传感器等装置获取。

优选地，该方法还包括：

采用第二频率测量仪器测量被测频率源的输出频率；

当补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值未同时出现异常跳动点时：

根据测量得到的输出频率值计算被测频率源的频率稳定度；

将第二频率测量仪器测量得到的频率测量结果与第一频率测量仪器测量得到的频率测量结果进行平均。

相应地，这时被测频率源的频率稳定度根据平均后的频率测量结果计算。

其中，第二频率测量仪器选用高稳晶振作为外部时钟参考。值得说明的是，本实用新型中一般会选取长期稳定度较高的时间源作为第一频率测量仪器的外部参考源，选用高稳晶振作为第二频率测量仪器的外部时钟参考。当被测频率源出现跳点时，启用第二频率测量仪器的频率测量结果，在短期稳定度上发挥了高稳晶振的优势，而在被测频率源未出现跳点时，启用第一频率测量仪器的频率测量结果，发挥了外部参考源在长期稳定度方面的优势。

需要说明的是，当被测频率源未出现异常跳动点时，直接记录第一频率测量仪器的测量结果。

本实用新型实施例通过判断被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点，并在被测频率源的频率测量结果和补偿检测源的频率测量结果中的输出频率值同时出现异常跳动点，删除被测频率源的频率测量结果中的异常跳动点；因此，做到了只对由测量仪器或外部参考源引起的异常跳动点进行删除，不仅减小了工作量，同时提高了频率稳定度的测量精度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时域信号频率稳定度测量装置，其特征在于，所述装置包括：

补偿检测源（207）；

用于测量被测频率源（201）和所述补偿检测源（207）的输出频率，得到所述被测频率源（201）的频率测量结果和所述补偿检测源（207）的频率测量结果的第一频率测量仪器（203）；

用于为所述第一频率测量仪器（203）提供外部时钟参考的外部参考源（202）；以及

用于判断所述被测频率源（201）的频率测量结果和所述补偿检测源（207）的频率测量结果中的输出频率值是否同时出现异常跳动点，若所述被测频率源（201）的频率测量结果和所述补偿检测源（207）的频率测量结果中的输出频率值同时出现异常跳动点，删除所述被测频率源（201）的频率测量结果中的所述异常跳动点，根据删除所述异常跳动点后的所述被测频率源（201）的频率测量结果，计算所述被测频率源（201）的频率稳定度的中央处理器（204）；

所述第一频率测量仪器（203）同时与所述被测频率源（201）、所述外部参考源（202）、所述补偿检测源（207）以及所述中央处理器（204）电连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

用于测量所述被测频率源（201）的输出频率，并将测得的所述被测频率源（201）的输出频率发送给所述中央处理器（204）的第二频率测量仪器（206）；

用于为所述第二频率测量仪器（206）提供外部时钟参考的晶振（205）；

所述中央处理器（204）还用于当所述被测频率源（201）的频率测量结果中的输出频率值出现异常跳动点，而补偿检测源（207）的频率测量结果中的输出频率值未同时出现异常跳动点时，将所述第二频率测量仪器（206）测量得到的频率测量结果与第一频率测量仪器（203）测量得到的频率测量结果进行平均；

所述第二频率测量仪器（206）同时与所述被测频率源（201）、所述晶振（205）以及所述中央处理器（204）电连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：用于测量所述被测频率源（201）的工作环境信息的环境监测模块（208），所述环境监测模块（208）与所述中央处理器（204）电连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一频率测量仪器（203）为计数器或者比相仪。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外部参考源（202）为氢钟、铯钟或全球定位系统授时信号。

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