Цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Нсуе Мба Бийе Хасинто

• Нсуе Мба Бийе Хасинто
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Нсуе Мба Бийе Хасинто

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ ПОДХОДОВ К ИЗМЕРЕНИЮ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ

1.1. Основные методы измерения частоты и ее нестабильности

1.2. Основные термины и вводные замечания

1.3. Нестабильность частоты, ее виды и подходы к измерению

1.4. Математическое описание кратковременной нестабильности

частоты и особенности ее измерения

Выводы

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЬаЬУШ1^ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ И ФАЗОВОГО ШУМА

2.1. Математические модели кратковременной нестабильности частоты и фазового шума

2.2. Постановка задач виртуального и натурного эксперимента в LabVIEW при измерении КНЧ

2.3. Увеличение нестабильности частоты при возведении исходного колебания в степень п

2.4. Подтверждение в LabVIEW роста нестабильности частоты ьй гармоники при возведении исходного колебания в степень п

2.5. Влияние параметров реализации и ширины спектра мгновенной частоты на результаты измерения ее нестабильности

2.6. Связь между нестабильностью частоты и фазовым шумом

Выводы

3. ЦИФРОВОЙ УМНОЖИТЕЛЬНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ

3.1. Первая реализация алгоритма умножительно-преобразовательного метода измерения КНЧ

3.2. Сравнение эффективности различных способов нелинейного преобразования колебаний

3.3. Второй способ реализации умножительно-преобразовательного

алгоритма измерения КНЧ и его реализация в LabVIEW

Выводы

4. ИЗМЕРЕНИЕ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ РЕАЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В LabVIEW. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Мгновенная частота генератора SFG-2110

4.2. Оценка джиггера по реализации мгновенной частоты и ее спектральной плотности мощности

4.3. Оценка фазового шума по реализации и по спектральной плотности мощности флуктуаций фазы (СПМ)

4.4. Оценка СКО фазового шума по СПМ-колебания

4.5. Оценка КНЧ высокостабильных генераторов с использованием умножительно-преобразовательного метода

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Блок-диаграмма ВП1 для генерации колебания с заданной нестабильностью частоты и ее измерения до и после возведения колебания в 7-ю степень

Приложение Б. Блок-диаграмма ВПП1 «Реализация-частота»

Приложение В. Блок-диаграмма ВП2 для генерации колебания с заданной нестабильностью частоты и ее измерения по реализации А^) 141 Приложение Г. Блок-диаграмма ВП3 «Фазовый шум»

Приложение Д. Блок-диаграмма прибора для оценки эффективности нелинейного преобразования

Приложение Е. Блок-диаграмма ВП4 «УПМ для заданной Д^) и п» 144 Приложение Ж. Блок-диаграмма ВП для представления и обработки результатов измерения частоты колебания генератора SFG-

2110

Приложение З. Блок-диаграмма ВПП, реализующей УПМ

Приложение И. Блок-диаграмма прибора, использующего подпрограмму УПМ

Приложение Й. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019662424. 24 сентября 2019 г

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь ВП - виртуальный прибор ВЧ - высокие частоты

ИИС - информационно-измерительная система

КНЧ - кратковременная нестабильность частоты

КСЧ - квантовый стандарт частоты

МИЧ - мгновенное измерение частоты

НЧ - низкие частоты

ОСЧ - оптический стандарт частоты

СВЧ - сверхвысокие частоты

СКЗ - среднее квадратическое значение

СКО - среднее квадратическое отклонение

СПМ - спектральная плотность мощности

ПК - персональный компьютер

РЛС - радиолокационная станция

УПМ - умножительно-преобразовательный метод

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты

ФМ - фазовая модуляция

ЧМ - частотная модуляция

BER - Bit error rate (частота появления ошибочных битов) DVB - Digital Video Broadcasting (цифровое видеовещание) EVM - Error Vector Magnitude (амплитуда вектора ошибок) OFDM - Orthogonal frequency-division multiplexing (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)

QAM - Quadrature Amplitude Modulation (квадратурная амплитудная модуляция)

TIE - Time Interval Error (ошибки временного интервала)

WLAN - Wireless Local Area Network (беспроводная локальная сеть)

TJ - Total Jitter (полный джиттер)

RJ - Random Jitter (случайный джиттер)

DJ - Determined Jitter (детерминированный джиттер)

PJ - Periodical Jitter (периодический джиттер)

DDJ - Data Depending Jitter (джиттер, зависящий от данных)

ЭСЧ - Электронно-счётный частотомер

ЦПМ - Цифровая печатная машина

УНЧ - Усилитель низких частот

WPM - White Noise Phase Modulation (Модулированный фазовый белый шум)

FPM - Flicker-Noise Phase Modulation (Фазовый модулированный фликкер-шум)

WFM - White Noise Frequency Modulation (Частотный модулированный белый шум)

FFM - Flicker-Noise Frequency Modulation (Частотный модулированный фликкер-шум)

RWFM - Random White Noise Frequency Modulation (Случайный частотный модулированный белый шум) СФ - Сглаживающий фильтр УПМ - Умножительно-преобразовательный метод

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом»

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Для того чтобы сформулировать цель диссертационной работы и обосновать ее актуальность, проведем краткий обзор состояния вопроса в области разработки и эксплуатации высокостабильных генераторов и краткий сопоставительный анализ известных на данный момент методов измерения частоты и ее нестабильности.

В задачах современной радиолокации [1-4] приходится сталкиваться с постоянным увеличением плотности расположения каналов связи на частотной оси. Это приводит к росту требований, предъявляемых к стабильности частоты гетеродинов [5], и в свою очередь вызывает необходимость создания высокостабильных генераторов. В РЛС [1, 4, 6] стабильность частоты гетеродина влияет на обработку доплеровской информации, причем особую важность это влияние приобретает в системах обнаружения медленно движущихся объектов. Нестабильность частоты в современных радиолокационных системах и системах связи, как аналоговых, так и цифровых, является основным фактором, определяющим их рабочие характеристики [3].

Следовательно, требования к стабильности частоты современных генераторов непрерывно возрастают [7]. Очевидно, что разработка, испытания и эксплуатация таких высокостабильных генераторов приводят к необходимости увеличения точности не только измерения частоты, но и получения адекватной оценки её отклонений от номинального значения.

В аналоговых системах связи требования к обеспечению синхронизации мягкие по сравнению с требованиями для цифровых систем. Эти вторые более широкополосные, и, следовательно, у них высшие требования к синхронизации. Если речь идет о междугородних телефонных станциях, то синхронизация обеспечивается на пять лет. Соответственно для них требуется более высокая стабильность. Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ)

способна преодолевать долговременную нестабильности, но не способна устранить кратковременную нестабильность частоты (КНЧ). Можно только уменьшить её влияние за счет соответствующих триггеров и эластичной памяти [8]. Для этого нужно чтобы источники сигналов синхронизации были более стабильными по КНЧ относительно регистров и эластичной памяти, так как срыв синхронизации в цифровых системах связи влечет за собой потерь связи.

Если в каждом из колебаний тактовой частоты содержится кратковременная нестабильность, отличия в числе переданных и принятых битов поглощаются или добавляются в эластичной памяти. Таким образом, колебания тактовых частот, используемые для параллельного переноса, содержат информацию, необходимую для получения напряжения, управляющего ГУН, если эластичная память используется для удаления накопленных при передаче фазовых дрожаний. Накопленные в линии фазовые дрожания колебаний тактовой частоты в первую очередь имеют значение для стыка хронирующего сигнала аппаратуры группообразования высших порядков или коммутационной станции. В любом случае входной цифровой поток с помощью эластичной памяти синхронизируется с тактовой частотой местного генератора. На стыке каждой входящей цифровой линии обязательно содержится устройство эластичной памяти, предназначенное для удаления фазовых дрожаний хронирующего колебания, которые обусловлены линией передачи. Тогда эластичная память способна поглотить изменения задержки в передаче, равные времени передачи цикла [8].

Причины и источники возникновения нестабильности частоты имеют разную природу и приводят к различным последствиям. По типу проявления нестабильности во времени имеются два вида нестабильности частоты - систематические (детерминированные) и флуктуационные (стохастические) [4].

В литературных источниках описаны способы борьбы с частотным джиттером, который является синонимом кратковременной нестабильно-

сти частоты (КНЧ), и приведены методики измерения частотного джиттера [5, 9]. В источниках [6-11] рассмотрены принципы борьбы с нестабильностью частоты в аналоговых и цифровых системах связи. Одним из важнейших примеров, подчеркивающих необходимость разработки точных методов измерения нестабильности частоты, для СВЧ-колебаний [12] является задача измерения нестабильности генераторов синхросигналов для цифровых систем связи.

Итак, проведенный анализ технической литературы показал, что вопросу измерения КНЧ высокоточных [13-14] генераторов в последние годы уделяется большое внимание. Однако к методам измерения КНЧ высокостабильных генераторов предъявляются все более растущие и технически обоснованные требования [15-26], которым недостаточно полно отвечают методики, используемые на практике, и поэтому проблему измерения нестабильности частоты нельзя считать полностью решенной. Актуальной является также задача выявления и изучения причин нестабильности частоты, которой обладают высокостабильные источники колебаний, а также разработка и исследование алгоритмов, позволяющих повысить точность оценки нестабильности на основе использования типовых измерительных приборов и косвенных методов оценки результатов измерений.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью диссертации является повышение точности измерителя кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов гармонических колебаний на основе цифрового умножительно-преобразовательного алгоритма и косвенного метода оценки результатов измерения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать возможности увеличения нестабильности частоты высокостабильных генераторов в заданное число раз.

2. Разработать цифровой алгоритм измерения нестабильности частоты на основе умножительно-преобразовательного и косвенного методов измерения в пакете программ LabVIEW.

3. Разработать алгоритм имитации высокостабильного колебания с заданным уровнем частотной и фазовой нестабильности.

4. Разработать алгоритм измерения частотной и фазовой нестабильности временным и спектральным методом, используя функции мгновенной частоты и мгновенной фазы.

5. Разработать алгоритм измерения фазового шума по временной реализации колебания при наличии незначительных фазовых флуктуаций.

6. Выполнить компьютерное моделирование работы алгоритмов в LabVIEW.

7. Выполнить компьютерное моделирование работы алгоритмов для реальных сигналов.

8. Обеспечить возможность измерения предельно малой нестабильности частоты высокостабильных генераторов без применения высокоточных образцовых средств (эталонов) измерения частоты.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является цифровые алгоритмы измерения кратковременной нестабильности частоты и фазового шума высокостабильных генераторов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ основаны на использовании теории сигналов, теории вероятности и методов статистического анализа случайных процессов. Численные расчеты и компьютерное моделирование выполнено с использованием имитационного моделирования на языке графического программирования LabVIEW. Сбор экспериментальных данных проводился с использованием оборудования на основе National Instruments NIPXI-платформы в среде графического программирования LabVIEW.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе получен ряд новых результатов, которые сводятся к следующему:

1. Предложен цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты на основе умножительно-преобразовательного и косвенного методов измерений.

2. Разработан алгоритм имитации высокостабильных колебаний с заданным уровнем частотной и фазовой нестабильности.

3. Разработан цифровой алгоритм измерения частотной и фазовой нестабильности временным и спектральным методом.

4. Разработан алгоритм измерения фазового шума по временной реализации колебания при наличии в нем фазовых флуктуаций.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработанный цифровой алгоритм измерения предельно малой нестабильности частоты высокостабильных генераторов (относительная нестабильность частоты вплоть до 10-14) позволяет в заданное число раз (на несколько порядков) повысить нестабильность частоты и затем измерить ее уровень косвенным методом с использованием доступных измерительных приборов без применения высокоточных образцовых средств измерения частоты. Практическим результатом работы является также создание удобного в использовании пакета прикладных программ в LabVIEW, предназначенного для измерения кратковременной нестабильности частоты реальных высокостабильных генераторов, и набор рекомендаций, позволяющих эффективно применять данный пакет программ на практике. Фактически повышение нестабильности на одну умножительно-преобразовательную ячейку зависит от порядка степени п, в которую возводится одна половина исходного колебания, а вторая половина возводится в степень (п+1). Например, при п = 4 нестабильность повышается в 6,4 раза на одну ячейку, а при п = 15 нестабильность повышается в 21,9 раз.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Разработан цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты на основе умножительно-преобразовательного ме-

тода, позволяющий повысить нестабильность в заданное число раз, определяемое показателями степени, в которую возводится исходное колебание.

2. Разработан алгоритм имитации высокостабильных колебаний с заданным уровнем частотной и фазовой нестабильности в пакете программ LabVIEW.

3. Разработан цифровой алгоритм измерения частотной и фазовой нестабильности временным и спектральным методом.

4. Разработан алгоритм измерения фазового шума по временной реализации колебания при наличии в нем фазовых флуктуаций.

5. Проведено компьютерное моделирование работы алгоритмов в LabVIEW, показавшего работоспособность и эффективность разработанных алгоритмов.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Полученные в работе результаты используются в учебном процессе и научной работе на кафедре теоретических основ радиотехники Института радиотехнических систем и управления Южного федерального университета. Использование результатов работы подтверждено соответствующими актами: акт о внедрении результатов диссертационной работы Нсуе Мба Бийе Хасинто «Цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом», в работах «ООО ПРОТОН СЕРВИС», г. Таганрог.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- XV-й Международной научной конференции «Тенденции развития науки и образования», Самара, 2016 г.;

- XVIII-й Национальной молодежной научно-практической конференции «Фундаментальные исследования, теория, методы, и средства», Новочеркасск, 2018 г.;

- Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении Ком Тех-2019», Таганрог, 2019 г.;

- XVI-й Международной научно-технической конференции «Динамика технических систем - 2020», Ростов-на-Дону, 2020 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 9 статей (2 статьи в журналах из Перечня рецензируемых научных изданий, одна - в Scopus, шесть - в РИНЦ) и получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Диссертационная работа написана на русском языке, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 155 машинописных страницах, содержит 39 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 127 наименований и 10 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во введении приведены основные квалификационные характеристики работы: обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи исследования; представлены объект и методы исследования; указана научная новизна и практическая значимость; приведены результаты, выносимые на защиту; представлен перечень конференций, на которых была осуществлена апробация результатов; кратко рассмотрена структура диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены известные алгоритмы и устройства, направленные на решение поставленной в диссертации задачи, приведена обоснованная критика этих алгоритмов и устройств. Показано, что используемые подходы являются сложными, требующими использования высо-

коточных измерительных приборов, поскольку создание высокостабильного генератора само по себе является высоко затратной и сложной задачей, а измерять нестабильность частоты такого генератора - на два порядка более сложная задача, так как, чем выше стабильность генератора, тем меньшую погрешность должен иметь измеритель нестабильности его частоты. Например, если относительная КНЧ приблизительно равна 10-9, то относительная погрешность измерителя не должна превышать 10-11.

Изложены основные теоретические сведения, на базе которых решаются задачи настоящей диссертации. Подробно рассмотрены основные моменты и особенности методики измерений, используемой для измерения КНЧ реальных высокостабильных генераторов. Проанализированы возможные ограничения, накладываемые на измерительную аппаратуру и источники измеряемых колебаний.

Обоснована цель исследований и сформулированы задачи для ее достижения.

Во второй главе описаны модели частотной нестабильности к виртуальному моделированию колебаний с заданной КНЧ посредством разработки виртуальных приборов (ВП) в программной среде LabVIEW. Эти ВП позволяют всесторонне проиллюстрировать используемую в данной работе методику измерения КНЧ и те ограничения, которые возникают при моделировании и количественной оценке реально высокой стабильности колебаний.

Представлен ВП1, иллюстрирующий результат возведения исходного гармонического колебания со средней частотой ш0 и заданной нестабильностью частоты в степень п. Подтверждено теоретическое предположение о линейном росте нестабильности. Действительно, эксплуатация данного ВП при различных параметрах частотной нестабильности и в разных режимах измерения частоты и ее нестабильности полностью подтвердила факт роста абсолютной нестабильности частоты /-й гармоники в / раз.

Далее во второй главе рассмотрен вопрос о влиянии параметров реализации мгновенной частоты и ширины ее спектра на результаты измерения КНЧ. Для этого разработан ВП2 «Генератор с заданной /(1) и измерителем СКО /(/)» и с его помощью проведены исследования, позволившие установить влияние ограниченных вычислительных ресурсов компьютера на точность результатов моделирования в LabVIEW и на объемы времени, затрачиваемые на получение этих результатов. Здесь же проведено исследование о влиянии максимальной частоты в спектре флуктуационной составляющей мгновенной частоты на получаемые при моделировании результаты. Выполнено также исследование корректности получаемых при моделировании результатов и установлены пределы работоспособности прибора ВП2 в зависимости от заданного значения абсолютной нестабильности частоты.

Представлены результаты исследования взаимосвязи между нестабильностью частоты и фазовым шумом. С помощью разработанного виртуального прибора ВП3 «Фазовый шум» определяется СПМ фазовых шумов ГОСТ [17, п. 3.4.18] при заданной отстройке от несущей частоты.

В третьей главе рассмотрены основные положения цифрового алгоритма измерения КНЧ высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом. Приведены основные теоретические выкладки, положенные в основу предлагаемого умножительно-преобразовательного алгоритма. Представлены две разновидности реализации этого алгоритма, отличающиеся тем, что в первом случае в эксперименте участвуют два однотипных генератора с приблизительно одинаковым уровнем нестабильности, а во втором измеряется нестабильность только одного генератора. Второй алгоритм реализован в виде ВП4 «УПМ для заданной ДГ) и п», приведены его лицевая панель и блок-диаграмма. Рассмотрены результаты моделирования, полученные в процессе использования ВП4, и приведен анализ ограничений, накладываемых на диапазо-

ны значений входных параметров, используемых для решения задачи измерения КНЧ. Выполнено исследование точности моделирования частотной нестабильности.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, полученные при практическом использовании разработанных приборов в LabVIEW для измерения кратковременной нестабильности частоты реальных генераторов. Показано, что использование этих приборов полностью подтверждает работоспособность и эффективность УПМ для увеличения нестабильности колебания в заданное число раз, позволяющее использовать стандартные измерительные приборы для ее измерения косвенным методом.

В Заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы.

В Приложениях приведены документы, подтверждающие использование разработанного алгоритма и пакета прикладных программ в учебном процессе и научной работе кафедры теоретических основ радиотехники Института радиотехнических систем и управления Южного федерального университета.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ ПОДХОДОВ К ИЗМЕРЕНИЮ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ

1.1. Основные методы измерения частоты и ее нестабильности

Современные тенденции развития радиолокации предполагают постоянный рост рабочих частот РЛС. При этом увеличиваются [3] и необходимые для работы когерентных РЛС интервалы когерентности гетеродинов [5, 6]. Термин «когерентность малошумящих источников» в данном случае употребляется в желаемом, а не в реальном смысле, поскольку когерентными являются колебания, если разность их фаз не зависит от времени, т.е. их частоты одинаковы, и некогерентными, если разность их фаз зависит от времени, т.е. их частоты различны. Поскольку частотный джиттер [10, 28] в той или иной степени наблюдается в любом реальном случае, говорить о когерентности колебаний можно лишь с определенной осторожностью.

Рассмотрим основные методы измерения частоты и ее кратковременной нестабильности. Для оценки нестабильности частоты основной характеристикой, измеряемой во временной области, является дисперсия Аллана или модифицированная дисперсия Аллана [10, 12-15].

В [10] представлены методики и аппаратура для измерения стабильности частоты и джиггера колебаний тактовой частоты с помощью осциллографа. Сигналы тактовой частоты [10] во встраиваемых системах служат для синхронизации между собой компонентов, функциональных узлов и целых систем. Нарушения амплитудных или временных параметров сигнала тактовой частоты снижают надёжность цифровых схем. Шум и искажения фронтов или джиттер тактовых сигналов могут ухудшать характеристики всей системы. Это значит, что тщательное определение характеристик сигналов тактовой частоты является очень важным шагом на пути к обеспечению надёжности встраиваемых систем.

Одним из важнейших примеров, подчеркивающих необходимость разработки точных методов измерения нестабильности частоты, является задача измерения нестабильности генераторов синхросигналов для цифровых систем связи. Джиттером называют любые нежелательные отклонения фронтов сигнала от нужного положения [10]. Реально джиггер некоторого уровня присутствует в любой цифровой системе. Поэтому для обеспечения ее стабильного функционирования обязательной операцией является тщательное измерение показателей стабильности сигналов тактовой частоты. В [10] рассмотрены вопросы измерения амплитудных параметров и стабильности частоты тактового сигнала. Оборудование фирмы Tektronix позволяет наблюдать временные и спектральные диаграммы, строить гистограммы измеренных значений частоты и глазковые диаграммы. Поиск джиттера лучше всего начинать [10] с поиска ошибки временного интервала (TIE) и измерений фазового шума. TIE описывает временные отклонения сигнала тактовой частоты от идеального сигнала. Приложения для анализа джиттера позволяют выполнить быстрый анализ тактового сигнала частотой 40 МГц, включая анализ TIE и построение глазковой диаграммы. Результаты измерений показывают разложение временного джиттера на полный джиттер (TJ), случайный джиттер (RJ), детерминированный джит-тер (DJ), периодический джиттер (PJ), джиттер, зависящий от данных (DDJ) и искажения скважности (DCD).

Работа [16] посвящена классификации частотомеров и в ней представлены все ГОСТы [18-25], посвященные вопросам измерения частоты и частотомерам.

В статье [26] рассмотрены приемники для мгновенного измерения частоты (МИЧ). Эта работа является обзором аналоговых и цифровых приемников для МИЧ радиосигналов частотой от 0,5 до 40 ГГц. Современные приемники МИЧ обеспечивают разрешение по частоте 0,5...2

МГц и абсолютную ошибку измерения частоты 2...6 МГц при отношении сигнал/шум, равном единице или несколько больше. Понятно, что такие погрешности измерения частоты недопустимы при анализе КНЧ высокостабильных генераторов.

В [27] рассмотрены: метод с использованием цифрового измерителя частоты сигнала биений; метод с использованием измерителя СКЗ напряжения и аппроксимирующих, полосовых фильтров и метод с использованием анализатора спектра.

Учебник [28] посвящен принципам действия устройств генерирования колебаний и формирования радиосигналов. Приводятся схемы и параметры передатчиков различного назначения, методы построения и расчета узкополосных усилителей мощности.

Работа [29] является авторефератом кандидатской диссертации. Она посвящена высокоточным квантовым и оптическим стандартам частоты (КСЧ и ОСЧ), которые используются, в частности, в навигационных системах. Для реализации оптического стандарта частоты, обладающего наивысшей точностью и воспроизводимостью частоты, необходимы задающие генераторы с чрезвычайно узким спектром (доли Гц) и высокой КНЧ, равной 10-15 за 1 с. Поэтому развиваются новые типы задающих генераторов, что стало возможным благодаря появлению в 1999-2000 гг. фемптосекундных делителей оптической частоты. Они позволяют перенести стабильность метановых стандартов в радиодиапазон с помощью компактного оптоволоконного фемптосекундного делителя оптической частоты, что и сделано в диссертации.

Для измерения кратковременной нестабильности частоты [30] также разнообразно используют метод сравнения с образцовой частотой. Наиболее простым является электронно-счётный метод, однако он во многих случаях не удовлетворяет требованиям по разрешающей способности, ограниченной величиной 1/(г • А/), где А/ - абсолютная нестабильность частоты, г -

интервал времени усреднения, /0 - номинальная частота исследуемого сигнала.

Более совершенным [30-32] является комбинированный способ с применением гетеродина и электронно-счётного частотомера (ЭСЧ), измеряющим разностную частоту сигнала, который поступает на вход усилителя низких частот (УНЧ) в результате объединения с помощью смесителя сигналов, генерируемых, с одной стороны, опорным гетеродином (/ОГ), а с другой - исследуемым генератором (/0). Затем этот сигнал подвергается измерению электронно-счётным частотомером (рис. 1.1) [30].

Рисунок 1.1 - Способ измерения кратковременной нестабильности частоты при помощи гетеродина (образцового генератора) и электронно-счетного частотомера

В качестве гетеродина (образцового генератора) используется источник образцовой частоты с нестабильностью, которая должна быть на порядок (или, по крайней мере, в 3 раза) меньше нестабильности исследуемого генератора. Минимально необходимое время усреднения т равно периоду тр = 1/ ^ разностного сигнала на выходе смесителя [31-32], где = /0 - /ог -разностная частота, определяемая как разность частоты исследуемого генератора и частоты образцового генератора; /0 - частота исследуемого генератора, и наконец, ¡Ог - частота образцового генератора. Если в схеме, перед ЭСЧ включен делитель частоты с коэффициентом деления п, то т = п^р [31 -35]. Важно отметить, что если разность частот незначитель-

на, то время усреднения будет стремиться к бесконечности. Это препятствует определению КНЧ в случае высокостабильных генераторов, поскольку КНЧ должна быть определена за 1-2 секунды, и время определения одного значения частоты не должно превышать 100 миллисекунд. На рис. 1.2 [30] показаны зависимости разрешающей способности определения кратковременной нестабильности частоты (или относительной девиации Аллана) от интервала времени усреднения, при различных коэффициентах умножения п. Заметно, что при устремлении интервала времени усреднения к бесконечности относительная девиация Аллана становится ещё меньше и меньше. Этот факт говорит о том, что кратковременная нестабильность уместно определить при незначительных длительностях времени. Почти во всех литературных источниках рекомендуют использовать интервал времени, лежащий в пределах от одной до двух секунд.

Рисунок 1.2 - Зависимость разрешающей способности определения относительной девиации Аллана от интервала времени усреднения г, при различных коэффициентах умножения частоты п

Для повышения разрешающей способности измерителя нестабильности частоты высокостабильных генераторов рекомендуют представить прежний алгоритм немного иначе. На входы умножителей частоты одновременно поступают сигналы исследуемого / и образцового /ог генератора, эти сигналы, с увеличенным значением кратковременной нестабильности частоты, поступают на смеситель. Затем комбинационный сигнал поступает с выхода смесителя на усилитель низких частот (схема с умно-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нсуе Мба Бийе Хасинто, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Очков, Д. С. Методика оценки интервалов когерентности радиотрактов РЛС. [Текст] / Очков Д. С., Силаев Е. А., Формальнов И. С. -Москва: Радиотехника (Журнал в журнале), 2006, № 4. https://rastr-radio.ru/pdf/ coherence.pdf

2. Очков, Д. С. Влияние значения частоты опорного сигнала на величину паразитного набега фазы кварцованного гетеродина. [Текст] / Очков Д. С., Силаев Е. А., Формальнов И. С. - Москва: Радиолокация и связь, 2007, № 4. https://rastr-radio.ru/pdf/coherence_2.pdf

3. Бельчиков, С. Фазовый шум: как спуститься ниже - 120 дБн/Гц на отстройке 10 кГц в диапазоне частот до 14 ГГц, или Борьба за децибелы. Компоненты и технологии [Текст] / Бельчиков С., № 5, 2009, С. 139-146.

4. Молчанов, Е. Г. Вариация Аллана и её модификации при оценке кратковременной нестабильности частоты гетеродина когерентной РЛС. [Текст] / Молчанов Е. Г., Очков Д. С., Силаев Е. А., Формальнов И. С. -rastr-radio.ru>pdf/allan.pdf

5. Анализ стабильности частоты в частотной и временной областях/ Keysight Technologies, 2017. Published in USA, December 01, 2017. http://www.unitest.com/pdf/appnotes/5991 -4797RURU.pdf

6. Бартенев, В. Г. Когерентная обработка радиолокационных сигналов: история, состояние и перспективы. «Электросвязь: история и современность» [Текст] / Бартенев В. Г. / № 3, 2014 г. https://computer-museum.ru/ articles/spetsialnaya-tekhnika-svyazi-i-radiolokatsii/274/

7. ГОСТ 22866-77. Генераторы, кварцевые. Термины и определения. - Москва: Изд-во стандартов, 1977. - 11 с.

8. Давыдкин, П. Н. Тактовая сетевая синхронизация / Давыдкин П. Н., Колтунов М. Н., Рыжков А. В. / Под ред. М.Н. Колтунова. - Москва: Эко-Трендс, 2004. - 205 с.

9. Ya Liu, Xiao Hui Li and Wen Li Wang. High-Precision Frequency Measurement Using Digital Signal Processing - http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/24305.pdf

10. Программируемые кварцевые генераторы. Джиттер. -http: //www. bmgplus. ru/ images/pdf/dgitter.pdf

11. Скотт Дэвидсон (Tektronix). Измерение стабильности и джиттера тактовой частоты с помощью осциллографа. Опубликована 16.08.2019. https:// alfa-instr.ru/blog/stati/izmerenie_stabilnosti_i_dzhittera_taktovoy_chastot/

12. Сравнение 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM/ https: //ru.fmuser.net/content/?1604. html/

13. Кусайкин, Д. Просто о сложном: OFDM-модуляция Дата публикации: 08.09.2017 https://nag.ru/articles/article/32365/prosto-o-slojnom-ofdm-modulyatsiya.html

14. Конев, В. Ю. Фиксация фазы СВЧ-колебаний наносекундных генераторов Ганна трехсантиметрового диапазона фронтом модулирующего импульса. [Текст] / Конев В. Ю. / Диссертация на соискание степени кандидата физ.-мат. наук. - Томск, 2015, 122 с.

15. Allan D. W. Statistics of atomic frequency standards. - Proc. IEEE, 1966, v. 54.

16. Allan D. W. A modified "Allan variance" with increased oscillator characterization ability. - Proc. 35 th Ann. Freq. Contr. Symp., May 1981.

17. Частотомер. Назначение, применение, классификация (по материалам компании «Power Coup Electric») https://powercoup.by/stati-po-elektromontazhu/chastotomer

18. ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения.

19. ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам.

20. ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия.

21. ГОСТ 22335-85 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний.

22. ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия.

23. ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки.

24. ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки.

25. ГОСТ 11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры.

26. МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки.

27. Егоров, Н. Мгновенное измерение частоты: методы и средства. Радиотехнические системы. [Текст] / Егоров Н., Кочемасов В. / № 5, 2017 г. С.136-141 http://www.radiocomp.ru/joom/images/storage/docs/articles/07_2017.pdf

28. ГОСТ 25918-83. Лазеры непрерывного режима работы. Методы измерения нестабильности частоты излучения. Москва: Изд. стандартов, 1984. http://docs.cntd.ru/document/gost-25918-83

29. Формирование колебаний и сигналов: учебник для вузов / А. Р. Сафин [и др.]; под редакцией В. Н. Кулешова, Н. Н. Удалова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Издательство Юрайт, 2019. - 391 с. https:// stat-ic.my-shop.ru/product/pdf/380/3795225.pdf

30. Шелковников, А. С. Резонансы насыщенной дисперсии метана с

9 12

относительной шириной 10-9-10-12 для задач стандартов частоты и задающий радио генератор на их основе (Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук) / Москва, 2013 https://dlib.rsl.ru/viewer/01005059456#?page=4

31. Зайцев, С. Характеристики, время-частотных измерений. Современная электроника. [Текст] / Зайцев С. - 2009, № 9, С. 64-65.

32. Измерения в электронике. Под ред. Кузнецова В. А. - Москва: Энергоатомиздат, 1987.

33. Дворяшин, Б. В. Радиотехнические измерения: Уч. пособие для вузов. [Текст] / Дворяшин Б. В., Кузнецов Л. И. - Москва: Сов. Радио, 1978. - 360 с.

34. Никитин, В. А. Частотомер: Методические указания к лабораторному практикуму. [Текст] / Никитин В. А., Бондаренко Е. Г. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003 - 35 с. http://bookre.org/reader?file=816507&pg=1

35. ГОСТ Р 50779.60-2017 (ИСО 13528:2015) Статистические методы. Применение при проверке квалификации посредством межлабораторных испытаний http://docs.cntd.ru/document/1200146875

36. Диапазоны радиочастот (по материалам сайта Википедия). https://telcogroup.ru/files/materials-pdf/Ranges_radio_frequencies_Viki.pdf

37. Методы измерения фазового шума Краткие рекомендации по применению. https://radiorf.ru/wp-content/uploads/2014/11/0snovy-i-metody-izmereniya-fazovogo-shuma.pdf

38. ГОСТ Р 50779.60-2017 (ИСО 13528:2015) Статистические методы. Применение при проверке квалификации посредством межлабораторных испытаний http://docs.cntd.ru/document/1200146875

39. Меерсон, А. М.Измерение частоты. Обзор методов. http://zpostbox.ru/ metody_i_sredstva_izmereniya_chastoty.html

40. Брянский, Л. Н. Радиоизмерения. Методы, средства, погрешности. [Текст] / Л. Н. Брянский, М. М. Левин, В. Я. Розенберг. - Москва: Изд-во стандартов, 1970. - 335 с.

41. Каганов В. И. СВЧ полупроводниковые радиопередатчики. [Текст] / Каганов В. И. - М.: Радио и связь, 1981. - 400 с.

42. Хромой Б. П. Электрорадиоизмерения. [Текст] / Хромой Б. П. Моисеев Ю. Г. Учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1985. - 288 с.

43. Выдержка из книги «Справочник по радиоизмерительным приборам». Под ред. В. С. Насонова. Т 2. Измерение частоты, времени и мощности. Измерительные генераторы. Москва, Сов. Радио, 1977 - 274 с.

44. Алътшулле Г. Б. Экономичные миниатюрные кварцевые генераторы. [Текст] / Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г - Москва: Связь, 1979. - 159 с.

45. Левшина, Е. С. Электрические измерения физических величин. [Текст] / Левшина Е. С. - Издательство: Энергоатомиздат Год: 1983.

46. Кушнир, Ф. В. Электрорадиоизмерения: Уч. пособие для вузов. [Текст] / Кушнир Ф. В - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.

47. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах / под ред. Р. А. Валитова, Б. И. Макаренко. - Москва: Радио и связь, 1984. -295 с.

48. Rohde, U. Microwave and Wireless Synthesizers: Theory and Design. John Wiley & Sons, 1997

49. Allan D. W., Barnes, J. A. A modified "Allan variance" with increased oscillator characterization ability. - Proc. 35 th Ann. Freq. Contr. Symp., May 1981.

50. Browne, J. Frequency Synthesizers Tune Communications Systems. Microwaves & RF, 2006

51. Aubry J. P., Chauvin J. and Sthal F. "A new generation of very high stability of BVA oscillators" Proc. 21st EFTF-IEEE FCS, June 2007, in press.

52. Egan W. Frequency Synthesis by Phase Lock. John Wiley & Sons,

1999

53. Мирский Г. Я. Электронные измерения [Текст] / Мирский Г. Я. -Москва: Радио и связь, 1986. - 440 с.

54. Корнилов С. А. Устройство для измерения флуктуаций разности фаз в СВЧ приборах. / Корнилов С. А., Лосев В. Л., Лопато В. Г. / (а.с. СССР № 286071 от 21 августа 1970).

55. Корнилов С. А. Спектрально-корреляционный метод измерения флуктуационной нестабильности непрерывных СВЧ колебаний // Обзоры по электронной технике. Сер.1, Электроника СВЧ. [Текст] / Корнилов С. А. - Вып. 8 (471). - Москва: ЦНИИ Электроника. - 1977. - 57 с.

56. Корнилов С. А. Устройство для измерения флуктуаций разности фаз в СВЧ приборах / Корнилов С. А., Лосев В. Л., Лопато В. Г. / (а.с. СССР № 286071 от 21 августа 1970).

57. Ермоленко И. А. Оценка чувствительности корреляционного метода измерения флуктуаций радиосигналов. [Текст] / Ермоленко И. А., Морар В. В. - Письма в ЖТФ, 2006, Том 32, Вып. 15, С. 7-12.

58. Dawkins S. T. Considerations on the Measurement of the Stability of Oscillators with Frequency Counters. / Dawkins S. T., McFerran J. J., Luit-en A. N. - IEEE Trans. on UFFC, May 2007, v.54, № 5.

59. Allan D. W. Statistics of atomic frequency standards. - Proc. IEEE, 1966, v. 54.

60. Aohan Jin Siyuan Fu, Atsunori Sakurai, Liang Liu, Fredrik Edman, T~onu Pullerits, Viktor Owall, and Khadga Jung Karki. High Precision Measurements Using High Frequency Signals. -https: //www.researchgate.net/publication/262071303

61. Browne J. Frequency Synthesizers Tune Communications Systems. Microwaves & RF, 2006.

62. Browne J. Synthesizers Squeeze Into Smaller Spaces. Microwaves & RF, 2008.

63. Chenakin A. Building a Microwave Frequency Synthesizer//Summit Technical Media, LLC, High Frequency Electronics, May-September 2008.

64. Egan, W. Frequency Synthesis by Phase Lock. John Wiley & Sons, 1999.

65. Gardner F. Phaselock Technique's. John Wiley & Sons, 2005.

66. Galleani L. Tracking non-stationarities in clock noises using the dynamic Allan variance. / Galkani L., Tavella P. - Proc. 59 th Int. Frequency Control Symposium, August 2005.

67. Tan G. H. A highly stable, phase coherent, wideband microwave synthesizer for radio astronomy applications. - Proc. 53 th Int. Freq. Contr. Symp., May 1999.

68. Tolkachev A. A. Megawatt Power Millimeter Wave Phase-Array Radar. / Tolkachev A. A., Levitan B.A., Solovjev G.K. et al. - IEEE AES Systems Magazine, July 2000.

69. Zacca Cr. The clock model and its relationship with the Allan and related variances. / Zacca Cr., Tavella P. - IEEE Trans. on UFFC, February 2005, v. 52, no. 2.

70. Stein S. "Automated high-accuracy phase measurement system" / S. Stein, D. Glaze J. Levine, J. Gray, D. Hilliard, D. Howe and L. A. Erb - IEEE Trans. Instrum. Meas. vol. IM-32, pp. 227-231, (1983).

71. Аникин О А. Методика экспериментальной оценки девиации Аллана высокостабильных атомных стандартов с использованием цифрового осциллографа. / Аникин А. С., Артемов А. В., Корниенко В. Г., Лебедев В. Ю. - tusur.ru>filearchive/reports-magazine/2013.. .010.pdf

72. Аптэк Ю. Э. Предельные технические возможности измерения флуктуаций фазы (частоты) генераторов дискриминаторами СВЧ. [Текст] /

Аптэк Ю. Э., Лебедев А. В. - Изв. вузов. Сер. Радиофизика, 1966. - Т. 9. -№ 3. - С. 608.

73. Борисов Б. Д. Оптимизация измерений нестабильности стандартов частоты / machinelearning.ru>wiki/images/8/86/...

74. Высокоэффективный анализатор фазовых шумов и вариации Аллана c крайне низким уровнем шумов TSC 5120А. -http://tcmcom.ru/produktsiya/oborudovanie-taktovoj-setevoj-sinkhronizatsii/vysokoproizvoditelnyj-analizator-fazovogo-shuma-i-deviatsii-allana-symmetricom-5120a-detail

75. ГОСТ 8.314-78. Генераторы, низкочастотные, измерительные. Методы и средства поверки. - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 12 с.

76. Демъянченко А. Г. Кратковременная нестабильность частоты и методы ее измерения. Учебное пособие по курсу Радиопередающие устройства. [Текст] / Демьянченко А. Г., Кулешов В. Н - Москва: МЭИ, 1978. - 76 с.

77. Измерение временной нестабильности генераторов (вариация Аллана). Указание по применению. - 2009 - rohde-schwarz.ru>news/21/

78. Кукуш В. Д. Электрорадиоизмерения: Уч. пособие для вузов. [Текст] / Кукуш В. Д. - Москва: Радио и связь, 1985. - 368 с.

79. Лисон Джонсон. Кратковременная стабильность частоты допле-ровских радиолокационных станций: требования, измерения, методы / ТИИЭР. 1966, Т. 54, № 2.

80. Маевский С. М. Способ измерения частотных флуктуаций высокостабильных генераторов. [Текст] / Маевский С. М., Батуревич Е. К., Мильковский А. С. - Авт. свид. СССР № 1056070 - 3 с.

81. Молчанов Е. Г. Гетеродины СМ-диапазона с низким уровнем фазовых шумов. [Текст] / Молчанов Е. Г., Очков Д. С., Силаев Е. А., Фор-мальнов И. С., Чубаров Д. В. - Москва: Радиотехника (Журнал в журнале), 2006, № 10.

82. Об измерении фазового шума малошумящих генераторов/синтезаторов частоты при ограниченном бюджете. -ra3 apw. ruproekty/pn-measurement

83. Парфенов Г. А. Сличение и синхронизация частоты задающих генераторов в сетях многоканальной связи по эталонным сигналам частоты и времени. http://kbstabihron.ru/articles/master-clock-frequency-synchroni-zation.php

84. Программируемые кварцевые генераторы. Джиттер. -bmgplus.ru>images/ pdf/dgitter. pdf

85. Ри Бак Сон. Шумы в транспортных когерентных радиоэлектронных системах - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2005. - 236 с.

86. Сафаръян О. А. Метод статистической стабилизации частоты независимо работающих генераторов в инфокоммуникационных системах. [Текст] / Сафарьян О. А. (Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по спец. 05.12.04 - «Радиотехника, в т.ч. системы и устройства телевидения») Ростов-н-Д, ДГТУ, сент. 2014 -http: //hub. sfedu. ru/media/diss. pdf.

87. Царапкин Д. П. Предельные характеристики генераторов СВЧ с комбинированной стабилизацией // Труды 16-го Европейского форума по проблемам времени и частоты. [Текст] / Царапкин Д. П., Штин Н. А. -Март 2002, Санкт-Петербург. С.28-31.

88. Ченакин А. Фазовые шумы в СВЧ-генераторах: методы решения проблемы. [Текст] / Ченакин А. - Электроника: наука, технология, бизнес, 2011, № 4 С. 52-61.

89. Чернышев И. Н. Погрешность измерения нестабильности частоты методом трех генераторов / Чернышев И. Н., Беляев А. А., Шиша-гин К. Г. - vremya-ch.com>russian/materials /files/ corned_...

90. Галустов Г. Г. Выбор параметров сигналов при частотно-временных измерениях. Радиотехника. [Текст] / Галустов Г. Г., Рыжов В. П. - 2004. - № 4. - С. 4.

91. Кучерявенко С. В. Использование технологии National Instruments для моделирования случайных процессов и их преобразований // Материалы Международной научной конференции «Технологии National Instruments в науке, технике и образовании». [Текст] / Кучерявенко С. В., Рыжов В. П. -Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2006. - С. 1517.

92. Трэвис Д. "LabVIEW для всех (4 издание)". Издательство: Книга по Требованию ISBN 978-5-94074-674-4; 2011 г.

93. Жарков Ф. "Использование виртуальных инструментов LabVIEW". [Текст] / Жарков Ф., Каратаев В., Никифоров В., Панов В. -Издательство: Радио и связь, Горячая Линия - Телеком, СОЛОН - Р. ISBN 5-93455-023-3; 12/1/1999 г.

94. Федосов В. "Цифровая обработка сигналов в LabVIEW". [Текст] / Федосов В., Нестеренко А. - Издательство: ДМК Пресс. ISBN 5-94074342-0; 2007 г.

95. Блюм П. LabVIEW: стиль программирования. [Текст] / Блюм, П. - Издательство: ДМК Пресс. ISBN: 978-5-97060-288-1; 2013 г.

96. Федосов В. П. Цифровая обработка звуковых и вибросигналов в LabVIEW. Справочник функции системы NI Sound and vibration LABVIEW. Учебное пособие. [Текст] Федосов В. П. - M.: ДМК Пресс, 2010. - 1296 с.

97. Aubrey P., J. Chauvin and F. Sthal. "A new generation of very high stability of BVA oscillators", Proc. 21st EFTF-IEEE FCS, June 2007.

98. Allan D. W. and Daams H. "Picoseconds' time difference measurement system", Proc. 29th Ann. Symp. Frequency Contr., Atlantic City, USA, pp. 404-411, 1975.

99. Stein S. "Automated high-accuracy phase measurement system". / Stein S., D. Glaze, J. Levine, J. Gray, D. Hilliard, D. Howe and L.A. Erb / IEEE Trans. Instrum. Meas. vol. IM-32, pp. 227-231, (1983).

100. Stein, S. R. "Frequency and time - their measurement and characterization", in Precision Frequency Control, vol. II, E.A. Gerber and A. Ballato, Eds. New York: Academic Press, pp.229-231, (1985).

101. Sze-Ming, L. "Influence of noise of common oscillator in dual-mixer time-difference measurement system", IEEE Trans. on Instr. And Meas., vol. IM-35, pp. 648-651 (1986).

102. Barillet R. "Ultra-low noise phase comparator for future frequency standards (Comparateur de phase ultra faible bruit pour les futures étalons de frequence)", Proc 3th EFTF, pp. 249-254, March 1989.

103. Greenhall C. A. "Common-source phase error of a dual-mixer stability analyzer," TMO Progress Report 42-143, Jet Propulsion Laboratory, November 2000.

104. Brida G. "High resolution frequency stability measurement", Rev. Sci. Instrum., vol. 73, pp. 2171-2174, May 2002.

105. Sojdr L., Cermâk J. and Brida G. "Comparison of high-precision frequency-stability measurement systems", Proc. Joint IEEE FCS/EFTF Meeting, pp. 317-325, May 2003.

106. Sojdr L., Cermâk J and Barillet R. "Optimization of dual-mixer time-difference multiplier", Proc. 18th EFTF, CD: Session 6B/130.pdf, April 2004.

107. Allan D. W. "The statistics of atomic frequency standards," Proc. IEEE, vol. 54, No. 2, pp. 221-230, February 1966.

108. Barnes J. A. et al. "Characterization of frequency stability", IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. IM-20, No. 2, pp. 105-120, May 1971.

109. Galleani L. and Tavella P. "Tracking non-stationarities in clock noises using the dynamic Allan variance", Proc. Joint IEEE FCS/PTTI Meeting, (2005).

110. BARNES J. y Otros. Characterization of Frequency Stability. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements, Vol. IM-20, No. 2, Mayo 1971. p. 105-119.

111. VANIER J. y AUDOIN C. The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards. Vol. 1, Adam Hilger ed., Bristol, Gran Bretaña, 1989.

112. NIST. Characterization of Clocks and Oscillators. NIST Technical Note 1737. Compilación de artículos editada por Sullivan, Allan, Howe y Walls. USA, 1990.

113. NIST. An Introduction to Frequency Calibrations. Ed por Michael Lombardi. 1999

114. Нсуе М. Б. Х. Цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом. Тенденции развития науки и образования: сб. науч. трудов, по материалам XV междунар. науч. конф. 25 июня 2016 г. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П.- Изд-во НИЦ «Л-Журнал», 2016. - Ч. 3. С. 16-18.

115. HEWLETT PACKARD. Fundamentals of Time Interval Measurements. Application Note 200-3. USA, 1980.

116. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. [Текст] / Го-норовский И. С. Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Москва, «Сов. Радио», - 1977, - 608 с.

117. Прокис Дж. «Цифровая связь» https://booksee.org/book/438352

118. Федосов В. П. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебное пособие. [Текст] / Федосов В. П. - Ростов-на-Дану - Таганрог. Издательство Южного федерального университета, 2017 г.

119. Нсуе М. Б. Х. Измерение нестабильности частоты высокостабильных генераторов с помощью показателей во временной области // Ростовский научный журнал: сетевой журнал. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П., Терешков В. В. - 2016. - Т. 4, Вып. 7, С. 63-70.

120. Нсуе М. Б. Х. Оценка нестабильности частоты с помощью показателей во временной области // Ростовский научный журнал: сетевой журнал. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П., Терешков В. В. - 2016. - Т. 4, Вып. 6, С. 5-15.

121. Нсуе М. Б. Х. Экспериментальное измерение относительной нестабильности частоты колебаний цифровым умножительно-преобразовательным методом. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П., Ку-черявенко С. В. - Известия ЮФУ. Технические науки - 2019. - № 5 (2017). - С. 69-70.

122. Нсуе М. Б. Х. Измерение кратковременной нестабильности частоты сверхстабильных квазигармонических сигналов. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П., Кучерявенко С. В. - Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», -2018. - № 1. - С. 24-28.

123. Нсуе М. Б. Х. Моделирование цифрового алгоритма измерения кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом. Фундаментальные исследования, теория, методы, и средства. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Терешков В. В., Федосов В. П., Лабынцев А. В. - Материалы ХУШ-й Национальной молодежной научно-практической конференции. - 2018. - С. 10-11.

124. Нсуе Х.М.Б. Обнаружение и измерение кратковременной нестабильности частоты высокостабильных гармонических сигналов. В сборнике. Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении «КомТех-2019» [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П., Куче-рявенко С. В. - Сборник материалов Всероссийской научно-технической

конференции с международным участием. - Южный федеральный университет. - 2019. - С. 80-86.

125. Федосов В. П., Нсуе, Х.М.Б. Генератор гармонического колебания с заданным уровнем нестабильности частоты. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019662424. 24 сентября 2019 г.

126. Нсуе Х.М.Б. Цифровой умножительно-преобразовательный метод измерения кратковременной нестабильности частоты колебаний с применением среды программирования LabVIEW. [Текст] / Нсуе М. Б. Х., Федосов В. П., Кучерявенко С. - Известия ЮФУ. Технические науки. - 2020. -№ 3 (213). - С. 55-68.

127. Fedosov V.P., Nsue B. M. J. andA.V. Labyntsev. Digital meter of frequency instability and phase noise of high stable oscillator. «IOP Conference Series: Materials Science and Engineering » https://iopscience.iop.org/article/10.10 88/1757-899X/1029/1/012089/pdf.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

БЛОК-ДИАГРАММА ВП1 ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ КОЛЕБАНИЯ С ЗАДАННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТЬЮ ЧАСТОТЫ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ ДО И ПОСЛЕ ВОЗВЕДЕНИЯ КОЛЕБАНИЯ В 7-Ю СТЕПЕНЬ

Программа реализует генерацию сигнала с заданной частотной нестабильностью, возведение этого сигнала в седьмую степень и получение спектра этого сигнала, выделение из полученного сигнала гармоники нужной частоты путем соответствующей фильтрации, измерение среднего значения частоты старшей гармоники и СКО частоты.

БЛОК-ДИАГРАММА ВПП1 «РЕАЛИЗАЦИЯ - ЧАСТОТА»

Программа формирует массив, содержащий значения мгновенной частоты f(t) из полученного гармонического колебания з(€) путем применения к нему преобразования Гильберта, выделения полной мгновенной фазы 'ф(Х) из полученного комплексного сигнала и получения мгновенной частоты f(t) путем дифференцирования ~ф(£).

БЛОК-ДИАГРАММА ВП2 ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ КОЛЕБАНИЯ С ЗАДАННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТЬЮ ЧАСТОТЫ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПО РЕАЛИЗАЦИИ /(г)

Программа позволяет: сгенерировать реализацию мгновенной частоты f(t) = /о + с детерминированным уровнем несущей частоты /0 и

флуктуационной добавкой А/(0, имеющей нормальный закон распределения и заданный уровень СКО нестабильности оу; определить полную мгновенную фазу ^(0, путем интегрирования круговой мгновенной частоты, рассчитать спектр полной мгновенной фазы определить колебание 5в(0 с заданной нестабильностью частоты, рассчитать спектр этого колебания; измерить уровень абсолютной нестабильности мгновенной частоты колебания оу.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

БЛОК-ДИАГРАММА ВП3 «ФАЗОВЫЙ ШУМ»

Программа позволяет: сгенерировать реализацию мгновенной фазы ^(0, имеющую нормальный закон распределения и заданный уровень СКО фазовой нестабильности ; выполнить измерение СКО по каждой временной реализации ^(0; выполнить преобразование Фурье функции и в результате получить спектральную плотность мощности (СПМ) флуктуаций фазы ; сформировать квазигармоническое колебание с флуктуирующей фазой 5шум(0 = Лсоя^тс/^ + ^(0] и колебание без шума 5б.ш(0 = определить СПМ сигнала 5шум(0 и исследовать составляющие в спектре сигнала, отвечающие за наличие фазового шума; оценить фазовую нестабильность по шумовым составляющим в спектре колебания 5шум(0.

БЛОК-ДИАГРАММА ПРИБОРА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕЛИНЕЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Программа позволяет выполнить сравнительный анализ эффективности двух способов нелинейного преобразования: устройства возведения исходного колебания в четвертую степень и преобразования с помощью одностороннего ограничителя, проходная характеристика которого аппроксимируется кусочно-линейной функцией. Позволяет выполнить сопоставление спектров колебаний на выходе двух нелинейных преобразователей и сравнение амплитуд четвертых гармоник при оптимальном угле отсечки и одинаковых амплитудах входного колебания на входе преобразователей.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

БЛОК-ДИАГРАММА ВП4 «УПМ ДЛЯ ЗАДАННОЙ/(0 И п»

Программа позволяет сформировать случайную функцию времени, имеющую физический смысл флуктуационных изменений частоты Д/(£). Она обладает заданным значением СКО оу и максимальной частотой . Затем получается реализация мгновенной частоты /(¿) = /0 + Д/(£). Далее осуществляется переход к круговой частоте ^(£) = 2я/(£), затем путем ее интегрирования получается полная мгновенная фаза ^(£). Формируется колебание я(£) = соя^(£) = со5[2тс/0£ + ^(£)], обладающее заданной частотной нестабильностью оу. Для реализации умножительно-преобразовательного метода необходимо иметь две совокупности отсчетов колебания я(£) с одинаковыми частотами /0 и с одинаковой нестабильностью частоты оу-, которую следует определить в результате эксперимента. Для получения таких совокупностей сформированный на предыдущем этапе массив значений колебания я(£) делится на две равные части, в результате чего получаются два некоррелированных колебания, первое из которых возводится в степень п, а второе - в степень п + 1.

Абсолютная нестабильность частоты старших гармоник с частотами п/0 и (п + 1)/0 увеличивается соответственно в п и п + 1 раз. Эти старшие гармоники выделяются из колебаний с помощью соответствующих полосовых фильтров. Далее к колебаниям применяется преобразование Гильберта, выделяется полная мгновенная фаза колебаний, она подвергается численному дифференцированию, и определяются математическое ожидание и СКО мгновенной частоты обоих колебаний с несущими частотами п/0 и (п + 1)/0. Таким образом, контролируется нестабильность частоты этих колебаний.

На следующем этапе гармоники с частотами п/0 и (п + 1)/0 перемножаются, и на выходе перемножителя образуются гармоники разностной /0

и суммарной (2 п + 1)/0 частот. С помощью полосового фильтра выделяется гармоника разностной частоты, частота которой равна частоте исходного колебания. Нестабильность частоты этой гармоники будет больше в

^п2 + (п + 1)2 раз, чем нестабильность исходного колебания ау-.

БЛОК-ДИАГРАММА ВП ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЯ ГЕНЕРАТОРА

8ГО-2110

Программа позволяет наблюдать на интервале наблюдения длительностью 45 секунд 450 значений мгновенной частоты, полученных на выходе генератора SFG-2110 и измеренных с помощью частотомера Ч3-85. Из реализации мгновенной частоты выделяется систематическая составляющая (вандер), и для полученной центрированной зависимости флуктуаци-онных составляющих частоты рассчитывается отклонение Аллана и строится гистограмма распределения.

ПРИЛОЖЕНИЕ З

БЛОК-ДИАГРАММА ВПП, РЕАЛИЗУЮЩЕЙ УПМ

Подпрограмма позволяет реализовать УПМ в виде отдельной подпрограммы-ячейки для исследования колебания с малым уровнем частотной нестабильности и повышения нестабильности частоты гармонического колебания. Входным массивом для данной подпрограммы является массив значений колебания $(£), обладающий малой частотной нестабильностью, которую надо повысить в определенное число раз. Этот массив делится на две равные части, в результате чего получаются два некоррелированных колебания, первое из которых возводится в степень п, а второе - в степень п + 1.

Абсолютная нестабильность частоты старших гармоник с частотами п/0 и (п + 1)/0 увеличивается соответственно в п и п + 1 раз. Эти старшие гармоники выделяются из колебаний с помощью соответствующих полосовых фильтров. Гармоники с частотами п/0 и (п + 1)/0 перемножаются, и на выходе перемножителя образуются гармоники разностной /0 и суммарной (2п + 1)/0 частот. С помощью полосового фильтра выделяется гармоника разностной частоты, частота которой равна частоте исходного колебания. Нестабильность частоты этой гармоники будет больше в

+ (п + 1)2 раз, чем нестабильность исходного колебания ау-.

БЛОК-ДИАГРАММА ПРИБОРА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ПОДПРОГРАММУ УПМ

ВП генерирует реализации мгновенной фазы Д^(£), имеющие нормальный закон распределения и заданный уровень СКО нестабильности , и путем дифференцирования Д^(£) получается функция частотной нестабильности Д/(£). Осуществляется измерение СКО по каждой временной реализации Д^(£), и измерение СКО Д/(£) по каждой временной реализации для оценки и контроля уровня фазовой и частотной нестабильности. Формируется квазигармоническое колебание с флуктуирующей фазой я(£) = Лсо5[2тс/0£ + Д^(£)]. Определяется СПМ сигнала я(£) в виде нормированного спектра мощности Рп. Определяется мощность несущей гармоники Р0 в СПМ сигнала с шумом, и определяется линейный нормированный спектр Рп/Р0, он выводится на лицевую панель. Чтобы оценить фазовую нестабильность по шумовым составляющим в спектре колебания $(£), из СПМ сигнала исключается гармоника на несущей частоте Р0, все остальные гармоники Рп суммируются, сумма умножается на два, из результата извлекается квадратный корень и результат делится на амплитуду колебания А

На следующем этапе функционирования ВП это колебание я(£) поступает на блок обработки в соответствии с алгоритмом УПМ, представленным на рис. 3.2 и реализованным в подпрограмме «ВПП УПМ». В результате работы подпрограммы определяются нестабильности старших гармоник, выделенных из колебаний после возведения их в степень п и п+1, и нестабильность гармоники исходной частоты, полученной после применения УПМ. Определяется коэффициент увеличения нестабильности частоты, значения которого соответствуют значениям, приведенным в таблице на лицевой панели прибора. Определение коэффициента увеличения нестабильности про-

водится путем многократного итерационного процесса и усреднения значения коэффициента увеличения нестабильности по всем предыдущим итерациям.

Сходимость коэффициента роста нестабильности частоты

СВИДЕТЕЛЬСТВО О ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ № 2019662424. 24 СЕНТЯБРЯ 2019 г.

«Утверждаю» Генеральный директор ООО «ПРОТОН СЕРВИС», г. Таганрог

АКТ

ельчев

2021г.

об использовании результатов диссертацис...^^^^ Хасинто Heye Мба Бийе «Цифровой алгоритм измерений7 кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом», в работах ООО «ПРОТОН СЕРВИС»,

г. Таганрог

Комиссия в составе заместителя генерального директора В.В. Сидерова, инженера по наладке и испытаниям 3 категории И.Ю. Жукляева, инженера по наладке и испытаниям 2 категории A.C. Онбыш, рассмотрела научные и практические результаты диссертационной работы Хасинто Heye Мба Бийе.

Настоящим актом комиссия подтверждает, что в работах ООО «ПРОТОН СЕРВИС», г.Таганрог используются следующие научные результаты:

- измерение и компенсация нестабильности частоты и фазового шума

реальных генераторов;

- разработан цифровой умножительно-преобразовательный метод измерения нестабильности частоты тактовых генераторов систем связи;

- выявленная взаимосвязь между нестабильностью частоты и фазовым шумом.

Результаты, полученные Хасинто Heye Мба Бийе, позволяют измерить уровень нестабильности частоты генераторов сигналов синхронизации городских автоматических телефонных станций.

Председатель комиссии Заместитель генерального директора

Члены комиссии:

B.B. Сидеров

инженер по наладке и испытаниям 3 категории

И.Ю. Жукляев

инженер по наладке и испытаниям 2 категории

A.C. Онбыш

УТВЕРЖДАЮ

Директор Института

^йЩЩ^ШШё^ A.c. Болдырев - :. 22 февраля 2021 г.

ай^^^йадеских систем и управления / ^Жжн^г^Жадерального университета

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Хасинто Heye Мба Бийе «Цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты

высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом», в госбюджетной работе № 8.5591.2017/БЧ (№ ВнГр-07/2017-25)

Комиссия в составе председателя - профессора Федосова В.П.(научный руководитель НИР), и членов комиссии к.т.н., доцента Кучерявенко C.B. и к.т.н., доцента Пилипенко A.M. рассмотрела научные и практические результаты диссертационной работы Хасинто Heye Мба Бийе.

Настоящим актом комиссия подтверждает, что в госбюджетной работе № 8.5591.2017/БЧ (№ ВнГр-07/2017-25) используются следующие результаты, полученные в диссертации Хасинто Heye Мба Бийе:

- измерение и компенсация нестабильности частоты и фазового шума реальных генераторов;

-разработан цифровой умножительно-преобразовагельный метод измерения нестабильности частоты тактовых генераторов систем связи;

- выявленная взаимосвязь между нестабильностью частоты и фазовым шумом.

Результаты, полученные Хасинто Heye Мба Бийе, позволяют измерить уровень нестабильности частоты генераторов сигналов синхронизации в системах беспроводной связи, что является практическим применением для исследований в г/б НИР.

Научный руководитель г/6 НИР

№ 8.5591.2017/БЧ (№ ВнГр-

д.т.н., профессор

Члены комиссии: к.т.н., доцент

В.П. Федосов

к.т.н., доцент

C.B. Кучерявенко

УТВЕРЖДАЮ

о внедрении в

работы Хасинто Heye Мба Бийе «Цифровой алгоритм измерения кратковременной нестабильности частоты высокостабильных генераторов умножительно-преобразовательным методом»

Комиссия в составе председателя кандидата технических наук, доцента Цветкова Ф.А. и членов комиссии кандидата технических наук, доцента Рыжова Ю.В. и кандидата технических наук, доцента Марьева A.A. установила, что результаты, полученные в представленной диссертации, используются в учебном процессе на кафедре теоретических основ радиотехники «Южного федерального университета», для дисциплин по направлениям подготовки «Синхронизация в телекоммуникационных системах», «Системы и устройства передачи, приема и обработки сигналов», «Современные методы обработки сигналов» по направлению «Радиотехника»,и «Инфокоммуникационные - технологии и системы связи», '«Синхронизация в телекоммуникационных системах» для аспирантов и магистров.

Предметом внедрения являются:

- модель нестабильности частоты гармонических колебаний.

- алгоритмы измерения кратковременной нестабильности частоты

- пакет программ для измерения нестабильности частоты высокостабильных генераторов

Результаты, полученные Хасинто Heye Мба Бийе используются при усвоении магистрантами знаний и навыков теории и практики разработки современных алгоритмов обработки сигналов, методов измерения параметров колебаний посредством моделирования на Lab VIEW.

Члены комиссии

Доцент каф. ТОР, к.т.н., доцент

Доцент каф. ТОР, к.т.н., доцент

Доцент каф. ТОР, к.т.н., доцент

/ Л

J A.A. Марьев