频率源功率谱估计的偏差分析

近年来,用修正哈达玛方差(MHV)法来测量频率源的功率谱密度已在国内外广泛流行,但由此而引起的测量误差还没有人全面研究过。本文的主要工作包括:(1)给出了频率源功率谱密度有偏估值(f)的信号处理系统(图1);(2)导出了在任意情况下,由MHV法所引入的测量偏差(21)式;(3)给出了在不同幂律谱条件下,测量偏差的数值解(23～29)式;(4)给出了多种因素所分别产生的偏差值(表1);(5)用计算机模拟验证了分析结果的正确性。在此基础上,指出MHV法的数学模型还不够完善,有待进一步改善。     

频率稳定度的表征:传递函数法及其经由滤除相位噪声在测量中的应用

优质信号源的频率稳定度在傅里叶频域中用相对瞬时频偏y(t)的谱密度Sy(f)来表征,而在时域中用阿仑方差σ_y~R(τ)来表征。用于估计这参数的两种熟知的测量装置分别是模拟式频谱分析仪和数字式电子计数器。对σ_y~2(τ)和Sy(f)之间的关系式结构的详细分析表明,即使在时域中没有相应的测量序列时,也可用傅里叶频域中它的传递函数来定义一个方差,即时域的测度。于是定义了两神不同的方差,它们对白相噪声和闪相噪声具有不同的特性。这些方差之中有一种方差是阿仑方差的一种估值。在相位捡波器的输出端适当地滤除相位噪声就可以测得这些万差。     

频率稳定度的描述:有限测量次数的不精确性

本文探讨用信号源的相对频率起伏的阿仑方差描述它的频率稳定度。因为测量次数m总是有限的,所以只能求得随m而变化的阿仑方差的估值。计算了常见的频率起伏谱密度的阿仑方差,推算了评定频率稳定度的相对不精确性(作为m的函数)。这一理论就相位白噪声和频率闪变噪声进行了检验。对计算的主要前提—频率起伏的高斯特性,进行了验证。计算频率稳定度所得的m与不精确性(1σ)之间的关系值,同予叶值是一致的。     

哈达玛方差在铷原子频标长稳测量中的应用

在国内阿仑方差(Allan Variance)通常用来表征原子频标的频率稳定度。在国外，通常运用哈达玛方差(Adamard Vatiance)测量铷原子频标长期频率稳定度。简要介绍了哈达玛方差在铷原子频标日频率稳定度测试中的具体应用，并对测量结果进行了分析。     

相位噪声谱密度测量

本文叙述了以相位噪声谱密度测量频率源稳定度的优点和测量相位噪声的理论基础。推导了有关谱密度计算公式,讨论了以电压表测量噪声的读数修正原因。介绍了测试仪器制作情况,和测量相位噪声的方法及计算方法。还对50Hz及其谐波干扰作了实验比较。     

晶体管放大器相位噪声的正交优化设计

本文给出了频标放大器输出级相位噪声功率谱密度的公式。为了降低相位噪声,用正交法对电路参数进行了优化设计。实验结果表明,放大器经优化设计后,其频率稳定度(阿仑方差)优于(35)10-13/s。     

基于延时自零差光相干接收机的激光器相位噪声测试系统

在相干光通信系统中,激光器相位噪声是影响接收机灵敏度的重要因素。针对相干光通信中的激光光源相位噪声测试提出并研究了表征激光器相位噪声的3个关键指标,分别是电场的功率谱密度、相位误差方差和FM噪声谱线,建立了基于延时自零差相干接收技术的窄线宽激光器相位噪声测试系统,实现了系统仿真,并对一窄线宽激光器进行了相位噪声测试,相比传统的自外差线宽测量技术,此方法在满足测试分辨率要求的同时能够更全面表征激光器相位噪声特性。     

基于哈达玛矩阵编码测量的自适应压缩成像

为了消除采样过程中的噪声干扰,进一步提高重构图像质量,针对数字微镜阵列(DMD)与桶探测器在测量过程中点对点采样产生的起伏噪声导致图像信噪比降低的问题,提出基于哈达玛矩阵编码测量的压缩采样成像方法。首先采用DMD分区控制方法,利用哈达玛编码测量,计算获得低分辨率的粗糙图像,接着在预测的重要小波系数所在区域,对同一尺度上的重要区域利用哈达玛矩阵进行投影,同时计算出这些区域的小波系数,最后通过小波逆变换获得重构图像。实验表明,在测量噪声为0.2倍的热噪声下,只需要10%的采样率,通过哈达玛编码测量,图像峰值信噪比从13.98dB最高提高到34.56dB,提高了20.58dB,成像质量明显改善,清晰度高。当存在较大的测量噪声时,该方法可以大幅提高图像的信噪比,尤其适用于微弱光信号条件下的高灵敏压缩采样成像。     

多路复用参数对哈达玛变换离子迁移谱的影响研究

哈达玛多路复用技术能有效改善离子迁移谱的信噪比,但在哈达玛还原谱中出现了假峰等失真现象,严重影响了离子迁移谱(IMS)的检测性能.通过改变多路复用参数来观察哈达玛变换离子迁移谱中的假峰变化情况,分析了各种多路复用参数与哈达玛变换离子迁移谱中假峰的关联性.实验结果表明:多路复用参数的变化可能会改变假峰的位置或峰型,但无法从根本上消除哈达玛离子迁移谱的假峰现象.结果进一步证明了哈达玛多路复用中固有的调制缺陷可能是哈达玛变换离子迁移谱中出现假峰的主要原因之一.     

α—β—γ滤波的协方差矩阵

本文推导了α-β-γ滤波器在测量噪声统计特性是常值情况下的稳态工作输出噪声响应的闭合表达式.据作者所知,直到目前才得出这些表达式,它对目标跟踪应用是很有用的.滤波是利用噪声测量估计系统状态的过程.α-β-γ滤波器可以从含有噪声的雷达测量数据中提供系统(空中目标)的位置、速度和加速度的可靠估值.本文第Ⅱ节给出滤波器的修正方程.输出噪声的信息概括为称作协方差矩阵的信息.该矩阵的对角线表值是位置、速度和加速度估值的方差,     

DMD编码哈达玛变换高灵敏成像

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量,提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform,HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号,且每次测量噪声也相互独立的假设,分析了在哈达玛编码成像与经典成像中,噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关,约为经典成像信噪比的n/2 倍。同时采用分区编码的方式,减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明,与经典成像方式相比,采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比,同时可以在高分辨率图像条件下,缩短编码时间。     

频域法测量相位噪声的理论依据

相位噪声测量常用频谱常用频谱仪进行，具体做法类似于谐波抑制比或载噪比的测量，相位噪声的时域定义是输出电压Uo（t）的相位起伏θn（t），频域表达式可以通过求取射频噪声电压Vo（t）θn（t）Sin（ω。t）的功率谱密度进而求得。通过对相位噪声功率谱密度表达式的讨论，得出的结论是：相位噪声的频域表达式SVn（ω）／（V。／2）就是频域法测量相位噪声的理论依据。     

晶体管放大器的闪变调相噪声

本文导出了由晶体管高频调谐放大器的闪变调相噪声,决定的频率稳定度(频域的表征相位功率谱密度S△'1(f)和时域的表征阿伦方差y2())与晶体管参数的关系式,并进行了实验验证。     

基准振荡器相位噪声对载波锁相环的影响

扩频接收机中的锁相跟踪环路噪声带宽受环路输入信号的各种内部和外部噪声误差的制约,在环路滤波器噪声带宽很窄的条件下,接收机基准振荡器的相位噪声对PLL环路的影响不能忽略.根据基准振荡器相位噪声功率谱密度的度量公式,考虑利用二阶锁相环的情况下,推导出基准振荡器的阿仑偏差与环路滤波器噪声带宽的关系,确定在跟踪接收机设计中,采用高频率稳定度的恒温晶振作为基准振荡器,可以获得较窄的环路噪声带宽,从而提高跟踪的稳定性和测量精度.     

微波锁相振荡器的相位噪声及其测量

现代一些电子技术(如空间通信等)都需要一个频谱极纯,也即相位噪声极低的微波信号源。一些文献已证实,锁相振荡是改善相位噪声的有效措施。本文讨论了微波锁相振荡器相位噪声的一些特性,包括:相位噪声与锁相环电路方式的关系、最佳噪声带宽的推导、信号射频谱与相位噪声谱的关系等;详细讨论了相位噪声的测量方法(射频频谱法),并对五种C波段微波源相位噪声的测量结果,进行了分析和讨论。     

外腔半导体激光器中的Chirp效应及噪声功率谱密度

本文从外腔半导体激光器修正的速率方程出发,导出了在存体激光器的相位噪声,强度噪声的功率谱密度以及在直接电流调制下的C腔、强反馈可以在很大程度上降低半导体激光器的噪声。     

关于PD雷达频率源短期稳定度计算的一些问题

本文研究PD雷达固定目标反射回波中相位噪声调制边带与动目标反射回波中载波信号的互相作用。利用相位噪声谱密度计算PD雷达频率源的短期频率稳定度的要求。 1.导出了中频相位噪声谱密度,即PD雷达的局部杂波可见度 S_△f(ω_I)=运动目标向后反射面积/固定目标向后反射面积=局部杂波可见度其中S_△f(ω_I)是对应特定多卜勒滤波器的中频相位噪声谱密度。     

基于正交变换的相位估计方法性能分析

论文分析了采用正交变换的相位差计算法中量化误差与噪声对估计结果的影响,得到了估计值的分布特性、方差以及偏差的分布规律。分析表明:大多数情况下即使信号中叠加的噪声均值为零,信号相位的估计值也是有偏的,因此不能通过平均的方法完全消除噪声影响。同时估计的偏差和方差是相位真值、信噪比及量化误差三者的函数;相应的仿真实验也支持了理论分析结论。     

一种基于瞬时相位方差加权的线谱检测器

针对水下目标未知线谱的检测问题,依据水下目标辐射噪声含有高强度稳定线谱这一特征,该文提出一种基于瞬时相位方差加权的线谱检测方法。该方法利用目标线谱频率单元对应瞬时相位比较稳定,背景噪声频率单元对应瞬时相位比较随机的特点,对各频率单元进行瞬时相位方差加权,可以进一步抑制背景噪声能量干扰,增强目标线谱检测信噪比(SNR)增益,实现对水下目标辐射噪声中未知线谱的检测。理论分析和实验结果表明:该方法可以较好地增强目标线谱能量、抑制噪声、提高信噪比,在抗复杂信道检测、识别领域具有良好的应用前景。     

MIMU随机误差分析与建模

分析了MEMS惯性测量组件(MIMU)的主要误差源,采用功率谱密度(PSD)法和Allan方差法对MIMU进行了随机误差分析、建模和估计研究。将随机误差中的量化噪声、闪烁噪声及随机游走噪声等误差成分分离出来,并对其统计特性进行了估计,实验数据分析表明闪烁噪声和随机游走误差在MIMU随机误差中占主要分量。