一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法与流程
本发明涉及信号处理，具体涉及一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法。
背景技术：
1、在现代电子系统中，频率源是关键的组成部分，其性能直接影响整个系统的工作质量。低相噪频率源对于通信系统、测量仪器、雷达系统以及导航系统等应用尤为重要。相位噪声（phase noise）是描述振荡器频率稳定性的重要指标，它反映了信号在频域内的纯净度。低相噪频率源能够提供更高的频率稳定性和更好的信号质量，从而提升系统的整体性能。在现有技术中，引入射频信号来生成所需频率信号也是一种常见的技术手段，通常涉及频率合成和变频技术来满足系统对不同频率信号的需求。目前在现有技术中通过振荡倍频方式来使用射频信号产生频率源时，在将射频信号进行频率倍频过程中，倍频过程会放大基频信号中的相位噪声，将频率加倍的同时相位噪声也会增加，这使得在高频应用中实现低相噪变得困难，会影响锁相环的相位噪声性能，使得频率合成器的输出信号稳定性下降，加剧生成频率源的抖动和噪声。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，解决使用射频信号生成低相噪频率源时倍频过程易产生较高相位噪声的问题。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，该方法包括：
4、步骤s1：使用振荡器产生振荡源信号，将振荡源信号经过混频和滤波处理后生成的信号设为用作初始频率源的第一射频信号，并预设表示期望参数的参考射频信号；
5、步骤s2：使用dds数字合成优化方法对第一射频信号进行相位噪声滤除处理，将每次处理后的输出信号设为第二射频信号，并基于参考射频信号进行相位噪声评估；
6、步骤s3：通过相位噪声评估将第二射频信号与参考射频信号进行参数比较，其比较结果分别为低于期望参数和大于期望参数，分别对应符合低相噪和不符合低相噪两个评估结果；
7、步骤s4：将不符合低相噪的第二射频信号继续使用dds数字合成处理，将符合低相噪的第二射频信号标注为目标生成的低相噪频率源信号，并根据生成结果实时调整期望参数。
8、目前在现有技术中通过振荡倍频方式来使用射频信号产生频率源时，在将射频信号进行频率倍频过程中，倍频过程会放大基频信号中的相位噪声，将频率加倍的同时相位噪声也会增加，这使得在高频应用中实现低相噪变得困难，会影响锁相环的相位噪声性能，使得频率合成器的输出信号稳定性下降，加剧生成频率源的抖动和噪声。基于此，本发明提供一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，解决使用射频信号生成低相噪频率源时倍频过程易产生较高相位噪声的问题。
9、进一步地，所述dds数字合成优化方法的内容包括：
10、步骤a1：将用于数字合成的相位累加器的输入频率和相位分辨率设为与第一射频信号相同，并根据期望参数来设定正弦波参考阈值范围和调整相位的累加步进量；
11、步骤a2：设置用于执行优化的工作周期个数，基于工作周期对相位累加器进行相位步进量的累加，并在每个工作周期内根据相位累加器的相位值计算对应的正弦波幅度值；
12、步骤a3：将每个正弦波幅度值均与正弦波参考值进行比对，将符合正弦波参考阈值范围或最后一次工作周期的正弦波幅度值通过数模转换后以模拟信号形式输出第二射频信号。
13、进一步地，所述正弦波参考阈值范围的设置过程包括：对参考射频信号以数值等比例的方式设置数量若干的频率偏移点，记录每个频率偏移点的噪声谱密度，将每个噪声谱密度转换为相位偏移量，基于转换后的相位偏移量，设定相位偏移的阈值范围。
14、进一步地，设当前的参考射频信号的频率偏移量表示为f，则所述噪声谱密度表示为l(f)，相位偏移量表示为φ(f)，则所述噪声谱密度转换为相位偏移量的计算式设为：。
15、进一步地，所述相位噪声评估的过程包括：对第二射频信号和参考射频信号设定所需的窗口函数后进行频域采集，使用快速傅里叶变换将经过窗口函数的时域信号转换为频域信号；
16、从参考射频信号的频域变换的结果中获取频谱信息用于对参考射频信号的期望参数设置频域阈值范围，并将第二射频信号的频谱信息与频域阈值范围进行比较，如果第二射频信号的频谱位于频域阈值范围内，则将输出此第二射频信号并设为低相位噪频率源信号，否则将该第二射频信号重新进行dds数字合成。
17、进一步地，使用汉宁窗口函数作为窗口函数对第二射频信号和参考射频信号进行频域采集， 将第二射频信号的幅度谱、相位谱和功率谱密度与期望参数中的对应数据的数值大小进行对比，以判断第二射频信号是否满足预设的阈值范围。
18、进一步地，设所述汉宁窗口函数表示为ω(t)，窗口长度表示为t，时域的时间点表示为t，则所述汉宁窗口函数表示为： 。
19、进一步地，设所述第二射频信号表示为p(t)，参考射频信号表示为q(t)，且第二射频信号和参考射频信号的频域形式分别表示为p(t)和q(t)，
20、则第二射频信号的频域形式表示为： ，
21、参考射频信号的频域形式表示为： 。
22、进一步地，所述根据生成结果实时调整期望参数的过程包括：将第二射频信号的频域信息作为反馈信号，将期望参数的频域阈值范围作为设定点；根据设定点与反馈信号之间的差异来调整参考阈值，以使误差最小化。
23、本发明与现有技术相比，通过使用dds数字合成技术通过精确控制相位和频率，并通过多次优化处理，不断滤除射频信号中的相位噪声，具有有效降低初始信号的相位噪声、对射频信号持续优化和评估信号质量的优点和有益效果。
技术特征：
1.一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，所述dds数字合成优化方法的内容包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，所述正弦波参考阈值范围的设置过程包括：对参考射频信号以数值等比例的方式设置数量若干的频率偏移点，记录每个频率偏移点的噪声谱密度，将每个噪声谱密度转换为相位偏移量，基于转换后的相位偏移量，设定相位偏移的阈值范围。
4.根据权利要求3所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，设当前的参考射频信号的频率偏移量表示为f，则所述噪声谱密度表示为l(f)，相位偏移量表示为φ(f)，则所述噪声谱密度转换为相位偏移量的计算式设为：。
5.根据权利要求1所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，所述相位噪声评估的过程包括：对第二射频信号和参考射频信号设定所需的窗口函数后进行频域采集，使用快速傅里叶变换将经过窗口函数的时域信号转换为频域信号；
6.根据权利要求5所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，使用汉宁窗口函数作为窗口函数对第二射频信号和参考射频信号进行频域采集，将第二射频信号的幅度谱、相位谱和功率谱密度与期望参数中的对应数据的数值大小进行对比，以判断第二射频信号是否满足预设的阈值范围。
7.根据权利要求6所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，设所述汉宁窗口函数表示为ω(t)，窗口长度表示为t，时域的时间点表示为t，
8.根据权利要求7所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，设所述第二射频信号表示为p(t)，参考射频信号表示为q(t)，且第二射频信号和参考射频信号的频域形式分别表示为p(t)和q(t)，
9.根据权利要求5所述的一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，其特征在于，所述根据生成结果实时调整期望参数的过程包括：将第二射频信号的频域信息作为反馈信号，将期望参数的频域阈值范围作为设定点；根据设定点与反馈信号之间的差异来调整参考阈值，以使误差最小化。
技术总结
本发明公开了一种基于射频信号的量子测控低相噪频率源产生方法，涉及信号处理技术领域，该方法包括：步骤S1：使用振荡器产生的信号设为第一射频信号，并预设表示期望参数的参考射频信号；步骤S2：使用DDS数字合成优化方法对第一射频信号处理后的输出信号设为第二射频信号；步骤S3：将第二射频信号与参考射频信号进行比较，获得符合低相噪和不符合低相噪两个评估结果；步骤S4：将不符合低相噪的第二射频信号继续使用DDS数字合成，将符合的第二射频信号标注为低相噪频率源信号。通过使用DDS数字合成技术通过精确控制相位和频率，具有有效降低初始信号的相位噪声、对射频信号持续优化和评估信号质量的优点和有益效果。
技术研发人员：吴峰,曾耿华,邹小波,林海川
受保护的技术使用者：成都中微达信科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23