專利名稱：一種快速頻率測量系統及方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種快速頻率測量系統及方法。
背景技術：
目前，在測控系統中測頻方法的研究越來越受到重視，因為頻率信號抗干擾性強、易于傳輸、可以達到較高的測量精度，因此，多種非頻率量的傳感信號都要轉化為頻率量進行測量，常用的測頻方法有直接測頻法和多周期同步測頻法。
所述的直接測頻法是最簡單的測頻方法，就是在給定的閘門信號中填入脈沖，通過必要的計數線路，得到填充脈沖的個數，從而計算出待測信號的頻率或周期。
在測量過程中，依據信號頻率的大小，測量方法分為兩種(1)被測信號頻率較高時通常選用標準頻率信號作為閘門信號，而將待測信號作為填充脈沖，設被測信號計數值為N，標準頻率信號為f0，其周期為T0，則這種測試方法的頻率測量值為fx＝N/T0，由于存在對被測信號計數的±1個字誤差，所以測量的準確度為Δfx＝±1/T0。
(2)被測信號頻率較低時通常選用待測信號作為閘門信號，而將標準頻率信號作為填充脈沖，設標準頻率信號的計數值為N，頻率為f0，周期為T0，則這種測量方法的頻率測量值為fx＝1/(N*T0)，由于存在標準頻率信號計數的±1個字誤差，所以測量的準確度為Δf＝±fx2/f0。
該直接測頻法的主要缺點是由于±1個字誤差的存在，難以兼顧低頻和高頻實現對等準確度的測量，所以測量精度較低。
所述的多周期同步測頻方法是在直接測頻法的基礎上發展的一種測頻方法，在目前的測頻系統中得到廣泛的應用，多周期同步測頻計數的閘門時間不是固定的值，而是被測信號周期的整數倍，即與被測信號同步，因此消除了對被測信號計數產生的±1個字誤差，準確度大大提高，而且達到了整個測量頻段的等準確度測量，測量原理波形如圖1所示，該多周期同步法測頻原理如下所述首先，由控制線路給出閘門開啟信號，此時，計算器并不開始計數，而是等到被測信號的上升沿到來時，才真正開始計數，然后，兩組計數器分別對被測信號和時基脈沖計數，當控制線路給出閘門關閉信號后，計數器并不立即停止計數，而是等到被測信號下降沿來到的時刻才真正結束計數，完成一次測量過程。可以看出，實際閘門與設定的閘門并不嚴格相等，但最大差值不超過被測信號的一個周期，測量分辨率為Δfx＝±1/(τ×f0)，注τ為實際閘門時間由上式可以看出，測量分辨率與被測信號頻率的大小無關，僅與閘門及時基頻率有關，即實現了被測頻帶內的等準確度測量。閘門時間越長，時基頻率越高，分辨率越高。
在快速測量的要求下，為了達到較高的測量準確度，需要閘門時間縮短，所以必須采用較高的時基頻率，這樣就可能增加成本，同時，時基脈沖的頻率不能無限制的提高，所以所述多周期同步測頻法不能兼顧快速、高準確度的測頻要求。
為此，需要提供一種方法能夠實現高精度的頻率準確度的測量，滿足高速、高精度的測頻要求。
發明內容
鑒于上述現有技術所存在的問題，本發明的目的在于提供一種快速頻率測量系統及方法，其通過頻率調整器對被測信號及基準信號進行處理，延長被測信號的測試時長同時提高基準信號的頻率，測頻器利用高頻計數脈沖對被測低頻信號進行測量，實現高精度、快速的測頻效果。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明提供一種快速頻率測量系統，包括頻率調整器、測頻器和控制處理器，其中，頻率調整器用于對被測信號及基準信號進行處理，延長被測信號的測試時長，提高基準信號的頻率；測頻器與頻率調整器相連，用于對所述處理后的被測信號進行頻率測量；控制處理器與測頻器相連，用于控制測頻器工作，獲得頻率測量數據，計算頻率值。
所述頻率調整器包括分頻器，用于對被測信號進行分頻處理得到被測低頻信號；和/或，倍頻器，用于對基準信號進行倍頻處理得到高頻計數脈沖。
所述分頻器由可編程控制器件實現。
所述測頻器包括測頻計數器，其用于累計高頻計數脈沖的個數，控制處理器輸出控制信號使測頻器工作，當高頻計數脈沖來時，測頻計數器就加1，當被測信號的上升沿或下降沿到來時，輸出一個中斷信號，同時輸出此時的測頻器中的計數值。
本發明還提供一種快速頻率測量方法，包括A、分別對被測信號及基準信號進行調整，延長被測信號的測試時長，提高基準信號的頻率，得到被測低頻信號和高頻計數脈沖；
B、利用所述高頻計數脈沖對被測低頻信號進行測量，獲得頻率測量數據；C、處理所述頻率測量數據，獲得被測信號頻率值。
所述步驟A具體包括將被測信號進行分頻處理和/或將基準信號進行倍頻處理。
所述步驟B具體包括B1、當高頻計數脈沖來時，且被測低頻信號的上升沿或下降沿到來時，輸出一個中斷信號給控制處理器，同時輸出測量數據。
所述步驟C包括C1、控制處理器每收到一個中斷信號時，從測頻器中讀取測量數據，計算一次被測信號的短期和/長期頻率準確度的值。
所述被測低頻信號的上升和下降沿間隔時間t為t(t＝(N/(2*fx))，其中fx為被測信號的頻率；N為分頻器的分頻系數。
所述的步驟C1包括每次收到一個中斷信號時，則獲得一個測試數據Xi表示當前技術脈沖的個數，則兩次中斷時間間隔的計數脈沖的個數為ΔXi＝Xi-Xi-1。
步驟C所述的被測信號的頻率值為fx＝((ΔX(i-(M-1))+.....+ΔXi)*(1/f0))/((N/2)*M)，其中fx表示被測信號的計算出的頻率；f0表示計數脈沖的頻率；N表示分頻器的分頻系數；M表示計算被測信號頻率時，使用的間隔周期t的個數。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實現了對不同頻率信號進行高精度、快速的測量，使測試精度只與計數脈沖的測試時長有關，測量速度與被測信號的分頻后的頻率有關，而不影響測量的精度，且成本低，易于實現。
圖1為現有技術多周期同步法測量原理波形圖；圖2為本發明快速頻率測量系統架構示意圖；圖3為本發明測頻器工作原理圖；圖4為本發明信號流向圖；圖5為本發明所述方法的操作流程圖。
具體實施例方式
本發明的核心思想是提供一種快速頻率測量系統及方法，其包括頻率調整器、測頻器及控制處理器，將被測信號及基準信號經過頻率調整器進行處理來延長被測信號的測試時長，提高基準信號的頻率，再利用高頻計數脈沖對被測低頻信號進行測量，達到快速、高精度的測頻目的。
本發明提供了一種快速頻率測量系統，參照圖2所示為本發明快速頻率測量系統架構示意圖，該快速頻率測量系統包括頻率調整器1、測頻器3及控制處理器4；其中頻率調整器1用于調整被測信號及基準信號的頻率，延長被測信號的測試時長同時提高基準信號的頻率，該頻率調整器1可以為分頻器10和/或倍頻器11，其中分頻器10與測頻器3連接，用于對被測信號進行分頻處理，將處理后得到的被測低頻信號傳送給測頻器3，所述分頻器10可采用可編程控制器件PLD或FPGA實現，使分頻后的信號都為如1KHz、1Hz等低頻信號；所述倍頻器11與測頻器3連接，用于對基準信號進行倍頻處理得到高頻計數脈沖，傳送給測頻器3，所述倍頻器11可采用專門的倍頻器件將基準信號倍頻到較高的頻率，可用來提高測量頻率的短期準確度；測頻器3用于完成頻率的測量操作，測頻器3也可以采用可編程控制器件(PLD或FPGA)實現，可以和分頻器公用一個器件，該測頻器3包括一測頻計數器(圖中未示出)，用于累計高頻計數脈沖的個數；控制處理器4與測頻器3連接，用于控制測頻器3工作，獲得頻率測量數據，計算頻率值。
測頻器3的工作原理參照圖3所示控制處理器4輸出控制信號(Rst)使測頻器3工作，測頻器3一直對被測信號(Sig)進行測試，當高頻計數脈沖(Clk_b)來時，測頻計數器就加1，當被測信號的上升沿或下降沿到來時，輸出一個中斷信號(Int_r)，同時輸出此時的測頻器3中的計數值(Cnt_b)，控制處理器4每收到一次中斷信號，讀取一次測量數據，可計算一次被測信號的短期和/或長期頻率準確度的值，所述測量數據即為測頻計數器的計數值。
參照圖4所示為本發明信號流向圖，將被測信號傳送到分頻器10中分頻，同時將基準信號送到倍頻器11中進行倍頻處理，分頻后獲得的低頻被測信號和倍頻后獲得的高頻計數脈沖送到測頻器3中進行測頻，測頻器3測試過程中，控制處理器4輸出控制信號給測頻器3，測頻器3輸出中斷信號給控制處理器4，控制處理器4收到中斷信號時從測頻器3中讀取測量數據，每收到一次中斷，控制處理器4可計算獲得一次被測信號的短期和/或長期頻率準確度的值。
本發明還提供一種快速頻率測量方法，參照圖5所示，該方法具體包括步驟10對被測信號及基準信號進行分頻及倍頻處理，延長被測信號的測試時長同時提高基準信號的頻率，以提高短期測試的精度；對被測信號進行分頻處理可通過將被測信號輸送到分頻器10進行處理，之后得到被測低頻信號；對基準信號進行倍頻處理可通過將基準信號輸送到倍頻器11進行處理，之后得到高頻計數脈沖；步驟11測頻器3利用高頻計數脈沖對被測低頻信號進行測頻；將上述分頻后獲得的被測低頻信號和倍頻后獲得的高頻計數脈沖輸送到測頻器3中，測頻器3輸出中斷信號給控制處理器4，控制處理器4收到中斷信號時從測頻器3中讀取測量數據，每收到一次中斷，控制處理器4計算一次被測信號的短期和/或長期頻率準確度的值；步驟12處理測試數據，獲得當前信號頻率值；由于控制處理器4接收到的中斷信號是由被測信號分頻后的上升和下降沿產生，所以此中斷的間隔時間是相等的，設時間間隔為t(t＝(N/(2*fx))，fx為被測信號的頻率，N為分頻器的分頻系數，2表示上升沿和下降沿都計數，每次中斷到來時，控制處理器4都會收到一次測試數據Xi。此段時間間隔的計數脈沖的個數為ΔXi＝Xi-Xi-1，由于測頻計數器的位數是有限的，當測頻計數器達到最大值后會從零開始計數，所以存在Xi＜Xi-1的情況，此時Xi需要加上測頻計數器的所能記錄的最大值(XM)即ΔXi＝(Xi+XM)-Xi-1；將獲得的Xi和ΔXi保存起來為了后續的計算，每獲得一次計算脈沖的個數時，即可計算出當前的被測信號的頻率值fxfx＝((ΔX(i-(M-1))+…+ΔXi)*(1/f0))/((N/2)*M)，其中fx表示被測信號的頻率；f0表示計數脈沖的頻率；N表示分頻器的分頻系數；
表3
由上可知，該傅里葉變換光學系統30之正向光路及逆向光路同時滿足正弦條件，且達到衍射受限要求。因此，其正向光路可作傅里葉變換，其逆向光路可作逆傅里葉變換；且該非對稱傅里葉變換光學系統30之正向光路結構及逆向光路結構可分別用作一體全息存儲光學系統的前組傅里葉變換光學系統及后組逆傅里葉變換光學系統。
第四實施例如圖16所示，一非對稱傅里葉變換光學系統40，從物面41到頻譜面45數起，包括具有負光焦度的第一透鏡組、具有較大正光焦度的第二透鏡組、及置于第一透鏡組物側的具有較小正光焦度的第三透鏡組。其中，第一透鏡組由二片凹面相對的一彎月型負透鏡42及一彎月型負透鏡43組成，彎月型負透鏡42的凸面朝向物面41，彎月型負透鏡43的凸面朝向頻譜面45；第二透鏡組由一片正透鏡44組成，該正透鏡44的朝向物面41的一透鏡表面為凸面；第三透鏡組由一彎月型正透鏡46組成，該彎月型正透鏡46的朝向物面41的一透鏡表面為凸面。該非對稱傅里葉變換光學系統40的焦距f＝44mm，物側入射光線(正向光路)的F數F/#＝2.2，視場角2ω＝5.2°，頻譜面側入射光線(逆向光路)的F數F/#＝11，視場角2ω＝25.6°，波長λ＝0.532μm。該非對稱傅里葉變換光學系統40的結構參數詳見表4；其中，R為從物側數起各透鏡表面的曲率半徑，d為從物側數起各透鏡表面的光軸上間距，
綜上所述，本發明實現了對不同頻率信號頻率進行高精度、快速的測量，使測試精度只與計數脈沖的測試時長有關，測量速度與被測信號的分頻后的頻率有關，而不影響測量的精度。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種快速頻率測量系統，其特征在于，包括頻率調整器、測頻器和控制處理器，其中，頻率調整器用于對被測信號及基準信號進行處理，延長被測信號的測試時長，提高基準信號的頻率；測頻器與頻率調整器相連，用于對所述處理后的被測信號進行頻率測量；控制處理器與測頻器相連，用于控制測頻器工作，獲得頻率測量數據，計算頻率值。
2.如權利要求1所述的快速頻率測量系統，其特征在于，所述頻率調整器包括分頻器，用于對被測信號進行分頻處理得到被測低頻信號；和/或，倍頻器，用于對基準信號進行倍頻處理得到高頻計數脈沖。
3.如權利要求2所述的快速頻率測量系統，其特征在于，所述分頻器由可編程控制器件實現。
4.如權利要求2所述的快速頻率測量系統，其特征在于，所述測頻器包括測頻計數器，其用于累計高頻計數脈沖的個數，控制處理器輸出控制信號使測頻器工作，當高頻計數脈沖來時，測頻計數器就加1，當被測信號的上升沿或下降沿到來時，輸出一個中斷信號，同時輸出此時的測頻器中的計數值。
5.一種快速頻率測量方法，其特征在于，包括A、分別對被測信號及基準信號進行調整，延長被測信號的測試時長，提高基準信號的頻率，得到被測低頻信號和高頻計數脈沖；B、利用所述高頻計數脈沖對被測低頻信號進行測量，獲得頻率測量數據；C、處理所述頻率測量數據，獲得被測信號頻率值。
6.如權利要求5所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述步驟A具體包括將被測信號進行分頻處理和/或將基準信號進行倍頻處理。
7.如權利要求5所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述步驟B具體包括B1、當高頻計數脈沖來時，且被測低頻信號的上升沿或下降沿到來時，輸出一個中斷信號給控制處理器，同時輸出測量數據。
8.如權利要求7所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述步驟C包括C1、控制處理器每收到一個中斷信號時，從測頻器中讀取測量數據，計算一次被測信號的短期和/長期頻率準確度的值。
9.如權利要求7所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述被測低頻信號的上升和下降沿間隔時間t為t(t＝(N/(2*fx))，其中fx為被測信號的頻率；N為分頻器的分頻系數。
10.如權利要求7或8所述的快速頻率測量方法，其特征在于，所述的步驟C1包括每次收到一個中斷信號時，則獲得一個測試數據Xi表示當前技術脈沖的個數，則兩次中斷時間間隔的計數脈沖的個數為ΔXi＝Xi-Xi-1。
11.如權利要求10所述的快速頻率測量方法，其特征在于，步驟C所述的被測信號的頻率值為fx＝((ΔX(i-(M-1))+.....+ΔXi)*(1/f0))/((N/2)*M)，其中fx表示被測信號的計算出的頻率；f0表示計數脈沖的頻率；N表示分頻器的分頻系數；M表示計算被測信號頻率時，使用的間隔周期t的個數。
全文摘要
本發明涉及通信技術領域一種快速頻率測量系統及方法。該快速頻率測量系統包括頻率調整器、測頻器及控制處理器，其通過頻率調整器對被測信號及基準信號進行調整，延長被測信號的測試時長，提高基準信號的頻率，得到高頻計數脈沖，測頻器利用高頻計數脈沖對調整后的被測信號進行測量。本發明實現了對不同頻率信號頻率值進行高精度、快速的測量，測試精度只與計數脈沖的測試時長有關，測量速度與被測信號的分頻后的頻率有關而測量速度的大小不影響測量精度；此方法成本低，易于實現。
文檔編號G01R23/10GK1862263SQ20051010348
公開日2006年11月15日 申請日期2005年9月19日 優先權日2005年9月19日
發明者張慶 申請人:華為技術有限公司