涡旋光平衡探测系统转速测量精度与信噪比分析（特邀）

对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。     

基于微波-光波纠缠信号增强卫星授时精度的研究

卫星授时技术受经典无线电信号测量精度限制，授时精度仅能够达到纳秒量级。本文提出一种基于微波-光波纠缠信号的卫星授时方案，通过腔电光力转换器将微波信号的远距离传输优势与光波信号单光子探测优势有效结合，并利用相共轭处理器解算相位差大小，从而计算出精确的时差信息。经过理论分析和仿真，证明了即使量子信号在低纠缠程度情况下，所提方案可将卫星授时精度提高至皮秒量级。     

一种利用双路相移布拉格光栅的快速微波频率测量方案

采用相移布拉格光栅设计了一种快速微波频率测量方案。通过在上下两支路配置具有不同陷波频率的相移布拉格光栅,再分别与激光源、相位调制器进行融合处理,利用光电探测器输出功率比与待测微波信号频率之间的映射关系建立幅度比较函数,进而实现微波频率测量。理论分析和仿真结果表明,通过调节激光源的载波频率,可改变微波频率的测量范围和测量精度;再结合大范围低精度频率测量和小范围高精度频率测量的两步测量法,可实现高精度的微波频率测量。该方案具有结构简单、测量精度高等优点。     

基于偏振调制器和单模光纤的微波瞬时频率测量研究

提出了一种基于偏振调制器(PolM)实现微波信号 的瞬时频率测量(IFM)方法并进行了实验验证。它采用PolM同时实现相位调制和强度调制, 利用1个光源和1段单模光纤(SMF)保持光路中功率稳定,通 过光纤的色散将微波信 号频率映射到功率上,最后经过光电探测器(PD)探测并计算出两路电信号的功率比。这个功 率比一一对应于输入的微 波信号频率,最终能够测得所输入的微波信号频率。实验结果表明,它不仅可以实现1～12GHz宽带范围 内IFM,测量精度可以达到0.2GHz,而且能够同时保证 所测量的微波信号频率的系统误差小,稳定度好。     

基于VSA的微波着陆模拟器角精度校准方法研究

随着矢量信号研究的不断深入和矢量信号分析仪器的广泛使用,基于微波着陆信号包括数字信号和模拟信号的特性,提出了矢量幅度误差与信噪比、相位噪声的数学关系,在微波着陆角精度分析基础上,通过测量模拟器输出信号相位噪声和数据信号 EVM 性能,计算扫描波束信噪比,实现模拟器不同输出信号角精度的标校。试验表明该方法简便、易行,满足微波着陆模拟器输出信号角精度的标校。     

FY-3D MWRI在轨交叉辐射定标和海表温度反演

海表温度(sea surface temperature,SST)在气候监测、海洋学研究、渔业经济研究和污染监测等多个方面起着重要作用。本文利用风云三号D星(FY-3D)微波成像仪(Microwave Radiation Imager, MWRI)数据对海表温度进行了反演。首先,以全球降水测量(Global Precipitation Measurement, GPM)卫星微波成像仪(GPM Microwave Imager, GMI)作为参考传感器,采用基于海洋微波辐射传输模型(radiative transfer model, RTM)的双差异方法对FY-3D MWRI进行交叉辐射定标,消除了其在轨辐射定标偏差,为精确反演海表温度奠定了基础;然后,在波段选择的基础上提出耦合微波海表发射率的海表温度多波段反演新算法,与传统的多波段反演算法相比,新反演算法的均方根误差从0.74 K减少至0.69 K;最后,用新反演算法从2020年的FY-3D MWRI数据反演得到全球的海表温度,并用时空匹配的iQuam浮标数据和GMI海表温度产品对反演结果进行精度验证,误差分别为0.04±1.13 K...     

微波光子循环移频实现大带宽高精度射频频率测量

文中采用微波光子循环移频的方法实现了高精度、超宽带、多频率成分射频信号频率的测量,采用傅里叶变换的方法来提高频率测量精度。同时采取了精确控制脉冲时间的方法来抑制循环移频过程中的波形失真并提高测量系统的信噪比。实验结果表明,在0.25 GHz～50 GHz频率测量精度优于1 MHz,并可实现对多个频率成分的同时测量,且可以通过提高环路延迟时间与进行ADC校准来进一步提高频率测量精度。     

圆光栅测角系统信号细分电路设计

为提高圆光栅传感器对角度进行数字测量的精度和分辨力,使其更加广泛方便的应用于航天、机器人控制等领域中,设计了圆光栅角度测量系统及其测角信号移相电阻链细分电路,其将测得的原始的光栅正余弦信号施加在电阻链两端,在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同的电信号,经整形、脉冲形成后就能在信号的一个周期内获得若干计数脉冲,实现信号细分。该系统可精确的测量大方位、大俯仰、小方位、小俯仰四个轴系的角度位置。     

微波测试系统中开关网络的设计与实现

设计了一种适用于地面站微波测试系统中的信号传输开关网络.基于开关网络的拓扑结构设计,不仅可实现测量仪表对被测系统多测试点和多路径的接入,还可通过测试电缆分组环接测量再用方程组求解的方法,实现测试电缆方便而精确的标校.另外,开关网络可通过局域网远程控制,并能方便地集成在整个测量系统中.实际测试结果表明,该开关网络的设计具...     

多路相差比对信号到达时间高精度测量技术

描述了一种通过多路数字相移和精确时钟相差比对实现对脉冲信号到达时间高精度测量的方法,其测量精度可以随多相时钟相位比对通道数的增加而进一步提高。实际测试表明,该方法可在不增加时间测量系统实时处理速率的情况下有效提高对信号到达时间的测量精度。     

基于相位和强度调制的微波测频技术研究

为了更好地对微波信号进行频率测量，采用了一种基于相位调制和强度调制相结合的瞬时测频方法。一束连续波光源通过耦合器被分成两路，未知微波信号分别同时经过相位调制器和强度调制器从而对载波进行调制，之后进入两段长距离的单模光纤中。在光纤中由于色散引起的微波功率损耗的特点，可以获得单调变化的频率-幅度的映射关系，继而通过光电探测的微波信号输出功率比得到幅度比较函数；另外还分析与实现了测频范围与测频精确度的优化。结果表明，该方案结构简易，能够快速精准地测量出未知信号的频率，测量范围可以达到0.5GHz~53GHz，测量误差小于±200MHz。该方法可以有效地测量微波信号频率，可靠性强，适用范围广。     

Design and Development of Thermistor based Power Meter at 140 GHz Frequency Band

Design and development of thermistor based power meter at 140 gigahertz (GHz) frequency band have been presented. Power meter comprises power sensor, amplifier circuit and dialog based graphical user interface in visual C++ for the average power measurement. The output power level of a component or system is very critical design factor. Thus there was a need of a power meter for the development of millimeter wave components at 140 GHz frequency band. Power sensor has been designed and developed using NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistors. The design aims at developing a direct, simple and inexpensive power meter that can be used to measure absolute power at 140 GHz frequency band. Due to absorption of 140 GHz frequencies, resistance of thermistor changes to a new value. This change in resistance of thermistor can be converted to a dc voltage change and amplified voltage change can be fed to computer through data acquisition card. Dialog based graphical user interface (GUI) has been developed in visual C++ language for average power measurement in dBm. WR6 standard rectangular waveguide is the input port for the sensor of power meter. Temperature compensation has been achieved. Moderate sensor return loss greater than 20 dB has been found over the frequency range 110 to 170 GHz. The response time of the power sensor is 10 second. Average power accuracy is better than ±0.25 dB within the power range from −10 to 10 dBm at 140 GHz frequency band.     

532 nm多普勒激光雷达中F-P标准具的优化设计

Fabry-Perot标准具是532 nm多普勒测风激光雷达的核心部件,其参数和加工精度直接影响整个系统的灵敏度和风速测量的精度。对不同波长的回波信号进行模拟,分析所选测量激光波长532 nm的原因。通过对系统的灵敏度和测量精度进行分析,优化设计标准具的主要参数,分析认为,标准具的自由光谱区为9 GHz,带宽1.75 GHz,两边缘通道峰值间隔4 GHz,锁定通道与边缘通道峰值间隔为1.125 GHz时,系统的灵敏度和测量精度最优。通过模拟计算标准具的主要缺陷对透过率的影响,确定标准具的表面加工精度要求5 nm,平行调节时腔长的最大差值要求小于10 nm。     

一种改进的基于频率选路的DWDM-ROF系统

设计了一个基于频率选路的DWDM-ROF系统。通过30 GHz射频信号驱动相位调制器,对4个间隔为100 GHz的光信道进行双边带调制,产生12个光信道。采用分插复用器将边带分成两组,一组边带分别加载2.5 Gb/s的数据,另一组不做任何变化,然后两路共同耦合进入下行光纤传输50 km,此方案最多可以解复用至6个基站分别接收毫米波信号后供天线发射,并且可以对任意信道进行选路复用。结果表明,通过4路的信道产生6路的毫米波信号,具有较高的频谱效率,同时系统信道间串扰对系统影响不大。     

Airborne imaging microwave radiometer. I. Radiometric analysis

The airborne imaging microwave radiometer (AIMR) was designed and built for regional scale sea ice mapping. It operates at 37 and 90 GHz (nominal), and collects radiance at two orthogonal polarizations from which one can compute horizontal and vertical polarizations. The sensitivity or precision (ΔT) of the radiometric data is on the order of 0.5-0.8 K for the 37 GHz channels and 0.8-1.5 for the 90 GHz channels. A detailed error analysis was conducted to assess the accuracy of the radiometric measurements. The error in the brightness temperatures of the original orthogonal polarizations channels was found to be on the order of 0.35-0.45 K for the 37 GHz channel and 0.55-0.65 K for the 90 GHz channel. The polarization conversion introduces additional errors and these are analyzed and computed for the LIMEX-89 data. The total error due to both calibration and polarization conversion for incidence angles greater than 20° is on the order of 0.65-0.70 K for 37 GHz and 0.75-0.85 K for 90 GHz. For incidence angles between 10° and 20° the error can be up to 1.5 K. As the incidence angle approaches zero the distinction between horizontal and vertical polarization breaks down and the error approaches infinity     

高精度超声波微压差测量仪设计

微压差和微压力的高精度测量是一个难点。文中提出了一种采用U型管微压计原理、结构简单、可靠性高、成本低、测量精度大大提高的新型微压计,即高精度超声波微压差测量仪,介绍了超声波进行微小压力测量的原理,以及部分硬件结构设计和软件设计。该测量仪测量分辨率可达0.024 mmH2O,在科研、加工和生产等领域具有广泛的应用前景。     

噪声系数测试仪的原理及毫米波扩频测试技术

Agilent 8970B噪声系数测试仪是低噪声、高灵敏度接收机,与Agilent 8971C扩频装置、本振一起使用,可以将测试频率扩展到26.5 GHz.介绍了其原理及测试方法,该方法通过外加变频器将频率扩展到毫米波(40 GHz),实现了毫米波组件的噪声系数测量,并且对该毫米波系统噪声系数进行了测量结果不确定度分析,噪声系数测量不确定度为0.55 dB.噪声系数测量不确定度与被测件的噪声系数及输入、输出驻波比关系密切,因此在工作中对仪器的选择,连接件的连接显得至关重要.对毫米波噪声系数测量系统进行了大量测试,很好地满足了毫米波噪声系数的测试需要.     

Precision DSN radiometer systems: impact on microwave calibrations

The NASA Deep Space Network (DSN) has a long history of providing large parabolic dish antennas with precision surfaces, low-loss feeds, and ultra-low noise amplifiers for deep-space telecommunications. To realize the benefits of high sensitivity, it is important that receiving systems are accurately calibrated and monitored to maintain peak performance. A method is described to measure system performance and to calibrate the receiving system using procedures, software, and commercial instruments that are easy to implement and efficient to use. The utility of the measurement procedures and the precision of the receiver calibration technique were demonstrated by performing tests at Ka-band (32 and 33.68 GHz) frequencies at Goldstone on a 34-m beam-waveguide antenna. Observations of multiple calibration radio sources are used to measure the dependence of antenna gain and system noise temperature on source elevation and derive the performance parameters. The experimental results described illustrate some of the ways that receiving system nonlinearity can negatively impact system performance. A simple radiometer calibration technique and analysis provide quantitative information that enables the system engineer to adjust and linearize the receiving system. When that is not practical, the experimenter or the operator can apply connection coefficients to the measured values of system noise temperature and thereby compensate for the receiving system nonlinearity     

便携式峰值功率分析仪核心设计

介绍了峰值功率分析仪的基本结构、主要模块的设计以及实现,论述了微波信号处理、信号峰值检波、信号采样和数据处理、测频以及频响误差补偿技术与校准、系统软件实现原理.提出了一种便携式峰值功率分析仪的设计方案.按照该方案设计的便携式峰值功率分析仪实现了对射频信号功率的准确快速测量.     

基于DSP和FPGA的CAN总线监视系统设计

为了对某武器系统各个节点传输的CAN总线数据进行实时监测与精确采集,设计了基于DSP和FPGA的CAN总线监视系统。该系统采用CAN2.0B协议,用以对两路CAN总线数据进行实时监测与采集。试验结果表明,该系统可在1000kb/s下正常运行,具有很好的实时性,并且抗干扰能力强,能够精确测量与采集该武器系统的各项参数,在实际中取得了很好的应用。