高精度时间间隔测量方法.doc

芇高精度时间间隔测量方法综述螄孙杰潘继飞膁(解放军电子工程学院,安徽合肥,230037)蚆摘要:时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用,如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。在分析电子计数法测量原理与误差的基础上,重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法,这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量,并且取得了非常好的效果。文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的发展方向及应用前景。莆关键词:时间间隔;原理误差;内插;时间数字转换;时间幅度转换芃MethodsofHighPrecisionTime-IntervalMeasurement袁SUNJie,PANJi-fei螇(ElectronicEngineeringInstituteofPLA,HeFei230037,China)蒄Abstract:Technologyoftime-’sprincipleanderror,thispaperputsemphasisuponintroducinghighprecisiontime-’sprincipleerror,,theprogressdirectionandapplicationforegroundofhighprecisiontime-:timeinterval;principleerror;interpolating;time-to-digitalconversion;time-to-amplitudeconversion蚂0引言衿时间有两种含义,一种是指时间坐标系中的某一刻;另一种是指时间间隔,即在时间坐标系中两个时刻之间的持续时间,因此,时间间隔测量属于时间测量的范畴。袆时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域都有着非常重要的作用,因此,如何高精度测量出时间间隔是测量领域一直关注的问题。本文详细分析了目前国内外所采用的高精度时间间隔测量方法,指出其发展趋势,为研究新的测量方法指明了方向。,电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法,已经在许多领域获得了实际应用,其测量原理如图1所示:羅蒁……………………………………………膂时间间隔Tx蚈莇膅N蕿T1蝿T2蒅待测脉冲蚄量化时钟荿M薆图1电子计数法测量时间间隔基本原理薄量化时钟频率为,对应的周期,在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数,,为待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔,则待测脉冲时间间隔为:肄(1)聿然而,电子计数法得到的是计数脉冲个数,因此其测量的脉冲时间间隔为:薈(2)羆比较表达式(1)(2)可得电子计数法的测量误差为,其最大值为一个量化时钟周期,产生的原因是待测脉冲上升沿与量化时钟上升沿的不一致,该误差称为电子计数法的原理误差。蒃除了原理误差之外,电子计数法还存在时标误差,分析表达式(2)得到:袀(3)虿比较表达式(3)(2):肅(4)袂根据电子计数法原理,,,因此:薀(5)肃即为时标误差,其产生的原因是量化时钟的稳定度,可以看出待测脉冲间隔越大,量化时钟的稳定度导致的时标误差越大。羃根据以上分析得出电子计数法具有以下特点:袈[1]测量范围广,容易实现,且能够作到实时处理。袇[2]存在时标误差与原理误差,限制了其测量精度。肄电子计数法是一种成熟的时间间隔测量方法,参考文献[1][2][3]都有一定的说明,有兴趣的读者可以参阅。,比如铷原子频率标准;量化误差的克服有许多方法,也是国内外研究的热点,可以将其分为以下三类。蚇第一类:提高量化时钟的频率,这带来的问题是时钟频率越高对电路的要求越高,并且相应的芯片也很难选择。例如,当要求1ns的测量精度时,时钟频率需要提高到1GHz,此时一般的计数器芯片很难正常工作,同时也会带来电路板的布线、材料选择以及加工等诸多问题,因此,不是一个巧妙的方法。膆第二类:对量化误差T1和T2进行扩展,后进行二次量化,实践证明该解决途径是切实可行的,并且获得了长足的发展,取得了大量的研究成果,但是二次量化仍然存在原理误差。膀第三类:对量化误差T1和T2进行转换,通过测量其它物理量,比如幅度、相位而达到测量时间的目的,该类方法从根本上解决原理误差对测量精度的影响。