群时延的新概念、测量方法及其应用

 群时延是衡量传输网络对信号传输时间延迟及信号失真影响的重要参数.基于微分(差分)的传统群时定义和测量存在如下缺点:存在分辨率与精度之间的矛盾,不能反映一定带宽内的整体相位特性,难以定量描述相位的非线性畸变.为了解决这些问题,本文从相频特性整体出发,基于Taylor展开给出了一种新的群时延的定义和测量方法.在GPS授时接收机电缆传输特性测试中的实验结果表明,新测量方法测得的群时延达到了0.01ns的测量精度,与GPS授时接收机测得的信号传输时延之间最大偏差不超过0.3ns,具有良好的对应关系.     

群时延相位线性回归测量方法及应用

为解决传统群时延测量方法在工程实现中存在的频率分辨率与测量精度不可得兼的矛盾,提出了一种基于相位线性回归分析的群时延测量方法。在GPS授时接收机电缆传输特性测试中的实验结果表明,新测量方法与GPS授时接收机测得的信号传输时延之间具有好的对应关系。     

基于扩频信号的群时延测量方法研究

群时延测量在卫星导航、雷达、数字通信等领域获得了广泛应用。传统采用矢量网络分析仪测量群时延方法（特别是变频器件群时延）难以直接测量,且步骤复杂。在采用基于扩频接收机技术和信号相关技术的基础上给出了两种群时延测量方法,并重点分析了这两种方法的原理、步骤和准确度。通过实验仿真验证了其有效性。     

强干扰下群时延失真对伪码测距性能的影响研究

射频链路作为直扩导航系统的重要组成部分,会引入系统群时延,后者会一定程度的改变扩频信号的传输时延,进而恶化延迟锁定环(DLL)的伪距测量,在强干扰的影响下,系统群时延对伪码测距的恶化情况会更加复杂.基于此考虑,首先介绍了群时延的基本概念,给出了强干扰下群时延对伪码测距误差的理论推导,并在此基础上进行了仿真验证,仿真结果表明,宽带扫频式强干扰的存在使得线性群时延和抛物线群时延对伪码测距误差性能进一步的恶化.     

相位和群时延测量综述

一、前言由于近代微波通信技术、雷达技术的飞速发展,特别是线性调频、脉冲多普勒和相控阵雷达的发展,在时域里就必须考虑信号波形的问题。所以对相位的测量和计量有较高的要求。在彩色电视传输和数据传输系统中,以及在导弹、卫星的测距测速中,由于波形失真、时延限制了系统的分辨力和精度。要使信号经过传输网络而不产生相位失真,就必须满足传递函数的幅值保持不变和相位是频率的线性函数。而测量相位特性的直线性的方便方法就是测量群时延。下面介绍相位和群时延的定义、测量的基本原理和方法以及测试设备和测试系统。     

一种基于波分复用技术的频率传输远端补偿新方案

为解决光纤频率传输系统大规模组网带来的中心设备复杂、工作负荷大和可靠性低等问题,提出了一种相位波动在远端自主补偿的频率传输新方法.该方法采用波分复用技术,将信号通过双支路传输至远端,通过鉴相、相关计算实现相位波动的高精度测量,通过电学移相实现高精度补偿.理论仿真验证了该方法的有效性.在传输频率为10 MHz、通信窗口分别为1310和1550 nm、光纤链路长度为25 km的仿真测试中,远端信号的同步精度达到0.22 mrad.     

LFM信号参数估计的DAF插值算法

为实现LFM信号起始频率和调频斜率的高精度参数估计,对基于离散模糊函数的DAF算法进行了研究。该算法具有计算量小的优点但估计精度受到采样频率和采样点数的限制。针对此问题,提出了一种可提高参数估计精度的DAF插值方法:首先利用DAF将LFM信号转换为正弦信号,分别通过两次FFT并进行峰值搜索得到起始频率和调频斜率的粗估计值,然后基于Rife插值利用最大谱线和次大谱线进行修正得到预估计值,再利用两次单点DFT的频谱细化技术得到该值两侧相邻0.5个量化频率点处的谱线,最后重新进行插值计算。该算法突破了频谱离散化带来的频率分辨率限制,在增加运算量较少的情况下,提高了参数估计的精度。仿真实验结果验证了算法的有效性。      

直序扩频信号PN码相位的自适应测量算法

提出了基于FFT的直序扩频信号PN码相位的自适应测量算法.算法首先利用FFT确定信号的可测性及可有效检测到目标信号的最低采样频率,并计算最低采样频率下信号的PN码相位,然后逐级提高采样频率,用循环卷积法求取各级采样频率下的PN码相位,直至达到测量精度要求.与其他基于FFT的方法相比,该算法可在同等测量精度要求下明显减少计算量,或在计算量相当情况下有效提高测量精度.该算法的主要应用领域为卫星定位信号和直序扩频测距信号PN码相位的精确测量.     

群时延的快速测量方法

群时延是射频器件测试中的一项重要待测指标。提出了一种新的群时延测量方法,改善了分辨率和准确性之间的矛盾,同时便于快速实现。本方法所得到的测量结果可用于对射频器件的频率响应特性进行校准,以消除信号通过射频器件时产生的幅度和相位失真,进而减小射频器件对通信和信号处理系统性能所产生的影响。仿真结果验证了提出的测量方法的有效性。     

基于光栅偏振参数的磁场传感方法研究

给出了一种基于光纤光栅中法拉第效应与测量偏振相关参数的直接测量磁场的新方法.在外加磁场作用下,光纤光栅中的法拉第效应导致两个圆偏振光的传播常数发生改变,从而使色散与差分群时延发生改变.仿真结果表明,在外界弱磁场的情况下,磁致双折射与色散和差分群时延之间存在线性关系,利用这个关系可以通过测量光栅的色散和差分群时延来得到磁致双折射的大小,从而推测出外加磁场的大小.实验中得到该方案测量磁场的灵敏度为6.58522e~(-18)m/Gs,利用现有精度为10~(-17)的光矢量分析仪得到最小可测磁场为2Gs.实验与理论吻合较好.     

对瞬时信号波长的相频检测

首先,将短基线相差测向严格解和多普勒频移方程联解,获得基于相差测量的频移表达式;然后,利用中心频率、瞬时测频值和多普勒频移间的关系,将频移表示式化为一个仅包含未知信号波长的一元三次函数方程,从中可导出基于瞬时测频和相差测量的信号波长解析公式。在此基础上,还通过模拟比较,采用合并等值项的方法对解析公式进行了简化。对简化解的误差分析表明,对于分米波信号,且在瞬时测频的测量误差大于数兆赫的情况下,由基于短基线相差测量所得到的波长测量误差可小于 1mm。所提出的新方法可能是至今为止最具有工程应用价值的。     

机载平台径向加速度的无模糊相差检测

在由短基线相差测向严格解给出了相移与频移之间的函数关系之后,导出了一个基于相差和辐射频率测量的信号波长解析公式。随后,通过模拟比较,采用合并等值项的方法对解析公式进行了简化。对简化解的误差分析表明,对于分米波信号,且在实测频率的测量误差大于数兆赫的情况下,由基于短基线相差测量的新方法所得到的波长测量误差可小于 1mm。这可能是至今为止最具有工程应用价值的方法。     

超声波传输时间的高精度测量

许多超声检测都需要通过测量超声波的传输时间来实现,传输时间的测量精度直接影响了最终的检测精度。传输时间的传统相位差测量只考虑了信号传输高斯噪声误差,在此基础上,考虑了A/D量化误差所带来的影响。应用误差理论,推导了正弦信号A/D量化误差,并得到最后的总误差均方根公式。针对超声波信号频率已知和未知两种情况,分析比较FFT相位差法和全相位FFT相位差法。为了避免电路和传感器的干扰,采用传输距离不同的同源双路正弦发送信号。理论和仿真结果均表明,在已知信号频率时,FFT相位差法综合效果好,当信号频率为40kHz,信噪比为25dB,采样点数为2048,A/D位数为11位,采样率为200kHz时,测量时间误差小于10ns。在信号频率未知时,全相位FFT相位差法综合效果好。      

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。     

An Efficient Group Delay Measurement Method for Frequency Converting System

The existing group delay measurement methods can only get the group delay at a certain aperture or frequency perturbation in one or two measurements. A new method based on comb signal is proposed. If modulo delay ambiguity can be ignored, then the method permits measurement without frequency perturbation of the test signal in one single measurement. The whole phase character of the test band can be obtained, and the group delay characteristics can be calculated by polynomial fitting of the phase curve at diverse aperture. A group delay ambiguity resolution method based on extended Chinese remainder theorem (CRT) is detailed. If modulo delay ambiguity cannot be ignored, then the extended CRT method can be used to obtain the unambiguity delay, releasing the operator from the constraint of keeping the aperture or frequency perturbation small. Computer simulations and field experiments are presented to verify the proposed methods.     

Improved phase estimation based on complete bispectrum and modified group delay

In this paper, a new method for extracting the system phase from the bispectrum of the system output has been proposed. This is based on the complete bispectral data computed in the frequency domain and modified group delay. The frequency domain bispectrum computation improves the frequency resolution and the modified group delay reduces the variance preserving the frequency resolution. The use of full bispectral data also reduces the variance as it is used for averaging. For the proposed method at a signal to noise ratio of 5dB, the reduction in root mean square error is in the range of 1.5–7 times over the other methods considered.     

对群延迟测量方法的研究

基于对群延迟测量方法优化的目的,采用数字信号处理的方法,设计了计算群延迟的计算机算法,将一部分测量工作转化为计算机的计算工作,从而简化了测量方法,提高了测试效率。以滤波器为例进行测量实验,证明了测量方法和算法的正确性,从而得出了运用数字信号处理的方法并结合计算机快速计算的特点可以优化传统的信号测量方法,提高测量效率的结论。     

基于对数调频生物仿生波信号的军事雷达测距优化方法分析

研究军事雷达测距的仿生波形准确设计和优化问题,为了加强数调频仿生信号的时延分辨力。在传统的军事雷达生物仿生波信号测距方法的基础上引入对数调频对仿生波测距过程进行优化,给出了该仿生模型的处理过程,特别在滤波器组滤波过程中,运用一组Q值相同的对数调频信号,带宽呈Lyons Cochlear模型变化的FIR线性滤波器组实现。仿真结果表明在军事雷达测距中,采用该方法对接收到的回波信号进行处理分析,从目标检测曲线、距离估计方面与匹配滤波方法相比,准确性更高,性能更稳定。     

基于双相关算法的相角测量研究

在相角测量的相关分析法的基础上,对相关分析法进行了改进,提出了双相关分析法。通过实验,分析算法对相角测量精度的影响。与一般相关分析算法相比,双相关算法降低了采集随机性误差,而且克服了选取参考信号时带来的相位误差,具有测量精度高、抗干扰能力强等优点,借助于通信网络,可以实现电力系统相角的实时测量。