專利名稱：分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳輸系統(tǒng)，特別涉及一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)是一種相位反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)路鎖定狀態(tài)時(shí)，環(huán)路輸出無剩余平均頻差，但始終存在一固定的剩余穩(wěn)態(tài)相位差。在頻率同步設(shè)備中，在一定條件下鎖相環(huán)路可以給出很高的參數(shù)指標(biāo)，但是高精度測(cè)量系統(tǒng)中有時(shí)不僅要求頻率同步，而且要求相位同步。尤其在精密時(shí)間測(cè)量時(shí)，對(duì)穩(wěn)態(tài)相位差提出極高的要求。
在相位測(cè)距系統(tǒng)中，對(duì)相位的同步要求也很高。利用電磁波測(cè)量距離，通過測(cè)量收發(fā)正弦信號(hào)間的相位差，可以獲得距離信息，這就是相位測(cè)距。由于相位差等于時(shí)延與角頻率的乘積，若頻率很高，則微小的時(shí)延相當(dāng)于很大的相位差。所以當(dāng)遠(yuǎn)距離兩地獲得穩(wěn)定的相位差時(shí)，則可得到高精度的距離信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，解決兩端提供同步穩(wěn)定的信號(hào)源問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下在主收發(fā)信機(jī)有三組不同的頻率的信號(hào)源，即參考信號(hào)源、待鎖定信號(hào)源以及補(bǔ)差信號(hào)源，其中通過單片機(jī)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行配置；參考信號(hào)源經(jīng)過傳輸空間連接到從收發(fā)信機(jī)中的上變頻器輸入口；待鎖定信號(hào)源連接到下變頻器輸入口，下變頻器的輸出口分為兩路信號(hào)，其中一路信號(hào)經(jīng)過傳輸空間連接到從收發(fā)信機(jī)中的上變頻器另一個(gè)輸入口，另一路信號(hào)連接到第一混頻器的輸入口；收發(fā)信機(jī)中的上變頻器輸出口分為兩路信號(hào)，一路信號(hào)連接到信號(hào)輸出口，另一路信號(hào)經(jīng)過傳輸空間反饋回主收發(fā)信機(jī)連接到第一混頻器的另一個(gè)輸入口；第一混頻器的輸出口經(jīng)過2分頻器以及鎖相環(huán)連接到第二混頻器的輸入口；補(bǔ)差信號(hào)源連接到第二混頻器的另一個(gè)輸入口，第二混頻器的輸出口連接到下變頻器的另一個(gè)輸入口；其中參考信號(hào)源頻率是補(bǔ)差信號(hào)源頻率的一倍。
本發(fā)明包括主收發(fā)信機(jī)和從收發(fā)信機(jī)，在兩者之間以無線方式雙向傳輸高頻信號(hào)，并通過上下變頻，頻率選擇，噪聲濾除等信號(hào)處理方法使主收發(fā)信機(jī)參考信號(hào)與從收發(fā)信機(jī)輸出信號(hào)的相位差值不隨相對(duì)物理位置的變化而改變，從而達(dá)到高速鎖定相位的目的。本系統(tǒng)采用鎖相環(huán)濾除系統(tǒng)內(nèi)部及外界環(huán)境的噪聲，提高了相位同步鎖定的精度。
本發(fā)明具有的有益的效果是本系統(tǒng)使用預(yù)分頻式鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)，從而消除了器件的高頻性能限制，降低了制作成本，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，能夠快速穩(wěn)定的給兩端提供同步穩(wěn)定的信號(hào)源。本系統(tǒng)體積小，重量輕，具有便于安裝攜帶的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星編隊(duì)、超遠(yuǎn)距離測(cè)距、高精度測(cè)距等方面。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單片機(jī)電路圖；圖3是頻率合成器電路圖；圖4是分頻器電路圖；圖5是混頻濾波電路圖。
圖中1、參考信號(hào)源fref∠0，2、待鎖定信號(hào)源f0∠0，3、補(bǔ)差信號(hào)源fref/2∠Q，4、下變頻器，5、第二混頻器，6、鎖相環(huán)，7、2分頻器，8、第一混頻器混頻器，9、傳輸空間(長(zhǎng)度l)，10、上變頻器，11、單片機(jī)，A、為主收發(fā)信機(jī)，B、從收發(fā)信機(jī)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括在主收發(fā)信機(jī)A有三組不同的頻率的信號(hào)源，即參考信號(hào)源1、待鎖定信號(hào)源2以及補(bǔ)差信號(hào)源3，其中通過單片機(jī)11對(duì)信號(hào)源進(jìn)行配置；參考信號(hào)源1經(jīng)過傳輸空間9連接到從收發(fā)信機(jī)B中的上變頻器10輸入口；待鎖定信號(hào)源2連接到下變頻器4輸入口，下變頻器4的輸出口分為兩路信號(hào)，其中一路信號(hào)經(jīng)過傳輸空間9連接到從收發(fā)信機(jī)B中的上變頻器10另一個(gè)輸入口，另一路信號(hào)連接到第一混頻器8的輸入口；收發(fā)信機(jī)B中的上變頻器10輸出口分為兩路信號(hào)，一路信號(hào)連接到信號(hào)輸出口，另一路信號(hào)經(jīng)過傳輸空間9反饋回主收發(fā)信機(jī)A連接到第一混頻器8的另一個(gè)輸入口；第一混頻器8的輸出口經(jīng)過2分頻器7以及鎖相環(huán)6連接到第二混頻器5的輸入口；補(bǔ)差信號(hào)源3連接到第二混頻器5的另一個(gè)輸入口，第二混頻器5的輸出口連接到下變頻器4的另一個(gè)輸入口；其中參考信號(hào)源1頻率是補(bǔ)差信號(hào)源3頻率的一倍。
本發(fā)明的具體運(yùn)行方案如下假設(shè)待測(cè)兩端為A、B，它們之間的距離為l。在A，B兩端安裝射頻信號(hào)，用以發(fā)送和接收射頻信號(hào)。以下將用Fx＝fx∠φx來表示信號(hào)頻率為fx，相位為φx，Lx表示信號(hào)頻率為fx傳輸l長(zhǎng)度后的相位延遲，即Lx=2πfxlvp]]>其中vp為信號(hào)在空間的傳輸速度，l為傳輸距離。
本發(fā)明系統(tǒng)，如圖1所示(其中，fa＝f0-fref，當(dāng)系統(tǒng)鎖定時(shí)，A＝Q-L0)，A端有三個(gè)信號(hào)源，通過單片機(jī)11對(duì)信號(hào)源進(jìn)行配置，其電路圖如圖2所示，其中輸出口為data口，clk口，以及l(fā)e0口，le1口，le2口，輸出口data口，clk口與三個(gè)頻率合成器的輸入口data口，clk口連接，le0口，le1口，le2口分別與頻率合成器的le口連接。信號(hào)源通過頻率合成器生成，其電路圖如圖3所示。其中待鎖定信號(hào)源2頻率為f0，假設(shè)其相位為0，它通過與信號(hào)fref∠A下變頻4產(chǎn)生信號(hào)fa∠-A，其中下變頻器電路如圖5所示，其輸入口為L(zhǎng)O口，輸出口為IF口，信號(hào)fa∠-A與參考信號(hào)源1中的信號(hào)fref∠0一起通過傳輸空間9傳輸?shù)紹端，分別得到信號(hào)fa∠-A-La和信號(hào)fref∠-Lref。信號(hào)fref∠-Lref、fa∠-A-La通過上變頻器10得到信號(hào)f0∠-Q，其中上變頻器電路圖如圖5所示，f0∠-Q就是輸出的終端信號(hào)，其頻率等于待鎖定信號(hào)源2的頻率，相位為補(bǔ)差信號(hào)源3的相位的負(fù)值。輸出的終端信號(hào)f0∠-Q通過同樣的傳輸路徑9反饋回A端并且與信號(hào)fa∠-A輸入到第一混頻器8中(在此取下變頻)，第一混頻器8的電路圖如圖5所示，產(chǎn)生信號(hào)fref∠-2L0，信號(hào)fref∠-2L0經(jīng)過2分頻器7后，其中2分頻電路如圖4所示，其中輸入端口為clk口，輸出口為out口，輸入口clk口與第一混頻器8的輸出口連接，2分頻器7的輸出口out口與鎖相環(huán)6的輸入口連接，其中鎖相環(huán)6的電路圖如圖3所示，鎖相環(huán)的輸出口out口與補(bǔ)差信號(hào)源3一起連接到第二混頻器5的輸入口，產(chǎn)生信號(hào)fref∠A，混頻器5輸出口連接到下變頻器4另一個(gè)口RF口，從而使系統(tǒng)形成環(huán)路，實(shí)現(xiàn)鎖定性能。其中鎖相環(huán)6模塊，可以在A端環(huán)路的任何一個(gè)位置，其作用為相位噪聲濾除，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)相位的鎖定。鎖相環(huán)6的參數(shù)還將影響整個(gè)系統(tǒng)鎖定速度，以及抗干擾的性能。
如圖2所示，所述的單片機(jī)模塊用以對(duì)三個(gè)鎖相環(huán)芯片配置數(shù)據(jù)。包括AVR公司的ATmega8芯片以及外圍電容、晶振等元件。
如圖3所示，所述的頻率合成器包括ADI公司的ADF4360-7芯片及其外圍電容，電感，電阻，晶振等元件。
如圖4所示，所述的2分頻器包括ADI公司的AD9515-0芯片及其外圍電容，電阻等元件。
如圖5所示，所述的混頻濾波器包括MINICIRCUITS公司的ADE-11芯片以及電容，電感等元件。
本發(fā)明所采用的核心元器件的具體信號(hào)如下1)電源LM1117芯片；2)單片機(jī)模塊AVR公司的ATmega8芯片；3)頻率合成器ADI公司的ADF4360-7芯片；4)分頻器ADI公司的AD9515-0芯片；5)混頻器MINICIRCUITS公司的ADE-11芯片；通過電路運(yùn)行結(jié)果可以知道，本系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，鎖定速度快，性能優(yōu)良，可以達(dá)到要求。
權(quán)利要求
1.一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，其特征在于在主收發(fā)信機(jī)(A)有三組不同的頻率的信號(hào)源，即參考信號(hào)源(1)、待鎖定信號(hào)源(2)以及補(bǔ)差信號(hào)源(3)，其中通過單片機(jī)(11)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行配置；參考信號(hào)源(1)經(jīng)過傳輸空間(9)連接到從收發(fā)信機(jī)(B)中的上變頻器(10)輸入口；待鎖定信號(hào)源(2)連接到下變頻器(4)輸入口，下變頻器(4)的輸出口分為兩路信號(hào)，其中一路信號(hào)經(jīng)過傳輸空間(9)連接到從收發(fā)信機(jī)(B)中的上變頻器(10)另一個(gè)輸入口，另一路信號(hào)連接到第一混頻器(8)的輸入口；收發(fā)信機(jī)(B)中的上變頻器(10)輸出口分為兩路信號(hào)，一路信號(hào)連接到信號(hào)輸出口，另一路信號(hào)經(jīng)過傳輸空間(9)反饋回主收發(fā)信機(jī)(A)連接到第一混頻器(8)的另一個(gè)輸入口；第一混頻器(8)的輸出口經(jīng)過2分頻器(7)以及鎖相環(huán)(6)連接到第二混頻器(5)的輸入口；補(bǔ)差信號(hào)源(3)連接到第二混頻器(5)的另一個(gè)輸入口，第二混頻器(5)的輸出口連接到下變頻器(4)的另一個(gè)輸入口；其中參考信號(hào)源(1)頻率是補(bǔ)差信號(hào)源(3)頻率的一倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)選用AVR公司的ATmega8芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)源的頻率合成器芯片選用ADI公司的ADF4360-7芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，其特征在于所述的2分頻器的芯片選用ADI公司的AD9515-0芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)，其特征在于所述的混頻器的芯片選用MINICIRCUITS公司的ADE-11芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式時(shí)鐘同步鎖定系統(tǒng)。其包括主收發(fā)信機(jī)和從收發(fā)信機(jī)，在兩者之間以無線方式雙向傳輸高頻信號(hào)，并通過上下變頻，頻率選擇，噪聲濾除等信號(hào)處理方法使主收發(fā)信機(jī)參考信號(hào)與從收發(fā)信機(jī)輸出信號(hào)的相位差值不隨相對(duì)物理位置的變化而改變，從而達(dá)到相位高速鎖定相位的目的。本系統(tǒng)采用鎖相環(huán)濾除系統(tǒng)內(nèi)部及外界環(huán)境的噪聲，提高了同步鎖定的精度。本系統(tǒng)使用預(yù)分頻式鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)，從而消除了器件的高頻性能限制，降低了制作成本，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)體積小，重量輕，具有便于安裝攜帶的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星編隊(duì)、超遠(yuǎn)距離測(cè)距、高精度測(cè)距等方面。
文檔編號(hào)H04L7/00GK101039144SQ20071006824
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者冉立新, 劉強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)