高精度时间间隔测量技术与方法.pdf

3 , 6
第
卷第期天文学进展 2 ∀
,
入工4 5

! ! ∀年# 月∃% &∋( % ) ∗∗+, −∗. % &〕, / 0 1
! ! ∀
7 一一一
文章编号! ! ! 8 #
9 &
! ! ∀∋&∋! ! ! :
高精度时间间隔测量技术与方法
, ,
张延‘
黄佩诚
3 3
, ,
& 中国科学院上海天文台上海
! ! ! # ! ;
中国科学院研究生院北京! ! ! # 9∋
。、
摘要 7 时间间隔测量技术, 尤其是高精度的时间间隔测量技术意义重大不论是电信通讯芯片设
、、
计等工程实践, 还是原子物理天文观测实验等理论研究, 以及激光测距卫星定位等航天军事技
3 3
术, 都离不开高精度的时间间隔测量技术经过几十年的研究, 目前已经有多种测量方法在阐明
、、、、
插值原理之后, 依次介绍了直接计数法扩展法时间幅度转换法游标法抽头延迟线法和差分延
。。
迟线法等主要方法然后对影响测量的几个因素, 包括非线性和不定态作了讨论针对这些不良影
, , 、
响还探讨了一些提高精度和稳定度的方法比如非线性校正∃< < &∃= 4> ? < 6≅Α< 6 Β∋和Χ< <
。, 。
&Χ?Δ 4Ε< 6 ≅Α< 6 6 Β∋技术最后对时间间隔测量技术的前景作了展望
关键词天文观测设备与技术; 时间间隔测量; 综述; . ΧΗ; 插值法; 扩展法; 游标法; 延迟
线法; 差分延迟线法
3
中图分类号 7 ∃ΔΔΔ 7 ∃
ΦΓΔ文献标识码 7 −
引言
。
时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大精确的时间间隔测量技术, 尤其是
。、、、
皮秒&+ ∃> Ι! 一‘“>∋量级的测量技术更为重要它不仅在原子物理天文实验激光测距
、, Θ
定位定时航天遥测遥控等方面还在+Η&+ϑΚ?Λ 54 Κ?ΜΗΝ 5 ≅ΟΝΚ∋设计中的抖动测量&ΠΝΚ?5 0 ?4
飞, + 、, ,
> ; 5 ? 、, ? , Κ∋自动检测设备&−ΟΚ 6 Ρ 4ΚΝ? .? > Κ) ΣΟΝΒϑΔ? ϑΚ−. ) ∋以及通信中角度调制信号解调
&Χ? Τ, Δ6 ΜΔΔΔ4 ΚΝ6 ϑ 6 Τ−ϑΛΔ? 0 6 ΜΟΔ4 Κ? Μ∗ΝΛϑ 4 Δ> ∋和数字示波器&ΧΝΛΝΚ 4 Δ/ > ? ΝΔΔ6 > ? 6 Β? ∋等领域有着广
。。
泛的应用此外, 它也在军事方面发挥着不可或缺的作用因此, 世界各强国都在大力发展这
。
一技术
、、,
美日欧等国家均对时间间隔测量技术作了大量研究他们利用在集成电路即Υ< ∗+
, ,
&诀ΔΕ’< 45 Λ? ∗≅ 4Δ? +ϑΚ?Λ 54 Κ? Μ∋领域的优势发展了大量成熟的精确测量时间间隔的技术用+Η
一一。
方式实现了. ΧΗ&. ΝΡ? Κ6 ΧΝΛΝΚ 4ΔΗ 6 ϑΥ? 5 Κ? 5 ∋美国Β. . + &Β 5 ? ? Ν> Ν6 ϑ. ΝΡ? 4 ϑΜ. ΝΡ? +ϑΚ? 5Υ 4 Δ∋
年会每年对该专题进行讨论, 美国国家科学院把它作为评估国家国防力量的重要标志之一,
。
并把它列为国家须大力发展的科学技术之一ςΔΩ法国Χ 4> > 4ΟΔΚ公司的事件计时器的精度已达
一一一一
收稿日期 7
! ! : ! : # ! ; 修回Ξ期 7
! ! : ! Φ! Φ
天文学进展
卷
。。
∋: 我国对时间间隔测量技术的研究还比较少
, , 、
, &Δ州ΛΝΔΚΔΝΨ& 5 及
‘’’。· ‘、, 5 ’〔·
Ζ+∋〔另外也有. Ν, , Δ? Δ工ΔΚ? 5 二+ Η&∋, 工ΔΚ 6 5 &. +Η∋或. ΝϑΔ6 Δ7 , Κ6 5 Υ4 Δ入+〔, Τ& 入工∋以及Δ, Δ
。。,
& ∋血 5 &. Η∋其中. ΧΗ的称法最为普遍在检索论文时上述这些词都可以作为关键词
基本概念
3
. ΧΗ
。
在. ΧΗ中, 常用到一些术语
、
& ∋量程&Ρ? 4 > Ο 5 ? Ρ? ϑΚ 5 4 ϑΛ? 或〔ΔΕ 7 Δ4 ΡΝ〔 5 4 工ΔΛ? ∋
。
单次测量的最大时间间隔受限于有限存储空间, 实际测量电路必定有一个最大测量时
。。
间间隔, 也就是量程但具体每个电路的量程又取决于其存储空间的大小
、
&
∋分辨率&量化步长∋&< ∗Ξ〔Δ、7 4 ϑΚΝΨ 4 , ! 7 > Κ叩或Τ 6 > 6 Δ、, ΚΝ&∋ϑ∋