基于卫星导航信号的频率信号测量方法及装置与流程

1.本发明属于时频测试技术领域，特别是涉及基于卫星导航信号的频率信号测量方法及装置。背景技术：2.现有技术中，对频率信号进行高精度的测量，就需要参考源信号本身具有很高的精度，例如采用铯、铷等原子钟进行测量，但是采用这样的参考时钟源往往需要很高的成本。3.当采用卫星授时模块接收卫星导航信号来用于频率信号测量时，通常是使用独立的卫星授时模块，其虽然可以输出较高精度的秒脉冲，但是该卫星授时模块所使用的参考源信号本身精度较低，并且不能实时输出其频率或源差精度，也没有用作测量频率信号的参考源。技术实现要素：4.本发明主要解决的技术问题是提供基于卫星导航信号的频率信号测量方法及装置，解决现有技术中测量频率信号本地参考源受成本和精度相互矛盾的制约，难以提供在较低成本下实现高精度的频率信号测量方法手段。5.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种基于卫星导航信号的频率信号测量方法，包括步骤：接收卫星导航信号，利用所述卫星导航信号对本地参考信号进行源差测量，得到本地参考信号的源差值；对输入的被测频率信号，以所述本地参考信号为主时钟，通过锁相环路测量得到与被测频率信号相关的视在源差值；利用所述本地参考信号的源差值，对所述视在源差值进行修正，得到所述被测频率信号的源差值。6.优选的，利用所述卫星导航信号对所述本地参考信号进行源差测量的步骤包括：7.对所述本地参考信号进行倍频得到本地载波信号，8.利用所述本地载波信号对所述卫星导航信号进行接收解调，实时得到本地载波信号与卫星导航信号的实际频差，9.利用所述卫星导航信号的实际频率和所述实际频差，计算得到所述本地载波信号的实际频率和所述本地参考信号的实际频率，10.利用所述本地参考信号的实际频率和标称频率，计算得到所述本地参考信号的源差值。11.优选的，通过锁相环路测量得到与被测频率信号相关的视在源差值的步骤包括：12.所述被测频率信号经过第一倍频后得到第一倍频信号，所述本地参考信号经过第二倍频后得到第二倍频信号，然后所述第一倍频信号与所述第二倍频信号经过混频后，得到差频信号，然后输入到锁相环路中，由所述锁相环路对所述差频信号进行相位锁定；13.所述锁相环路基于所述本地参考信号提供主时钟，所述锁相环路在相位锁定后，得到视在频差值，以第一倍频信号为参考，再经过计算得到对应的视在源差值。14.优选的，所述差频信号对应的标称频率值为f1-f2，f1为所述第一倍频信号的标称频率值，f2为所述第二倍频信号的标称频率值，所述锁相环路锁定后的读取值为所述视在频差值为：计算所述视在源差值为：[0015][0016]优选的，对所述视在源差值进行修正的方法是，所述本地参考信号的源差值，加上所述视在源差值，得到所述被测频率信号的源差值。[0017]基于同一构思，本发明还提供一种基于卫星导航信号的频率信号测量装置，包括本地参考源、信号接收与源差测量模块、锁相倍频源差测量模块、源差修正模块，所述本地参考源输出本地参考信号，对所述本地参考信号进行倍频得到本地载波信号，输入本地载波信号至所述信号接收与源差测量模块，所述信号接收与源差测量模块接收卫星导航信号，对所述本地参考信号进行源差测量，得到本地参考信号的源差值，再输出至所述源差修正模块；所述本地参考信号和被测频率信号分别输入到所述锁相倍频源差测量模块，测量得到与所述被测频率信号相关的的视在源差值，也输出至所述源差修正模块；所述源差修正模块利用所述本地参考信号的源差值，对所述视在源差值进行修正，产生输出所述被测频率信号的源差值。[0018]优选的，所述信号接收与测量模块包括变频子模块、解调子模块和源差计算模块，所述变频子模块基于所述本地参考信号的实际频率值f0'进行倍频后的本地载波信号的实际频率值fc'＝mf0'，其中m表示倍频值，对输入的卫星导航信号fsz进行下变频处理，得到低中频信号输入到解调子模块，并且所述变频子模块还输出载波频差δfc'，所述解调子模块利用所述本地载波信号进行载波环路跟踪解调获得解调信息，并且所述解调子模块还输出跟踪频差δfc”，所述载波频差和跟踪频差相加δfc'+δfc”＝fc'-fsz，再由源差计算模块计算得到本地参考信号的源差值其中，f0表示本地参考源输出的本地参考信号的标称频率，f0'＝fc'/m＝(δfc'+δfc”+fsz)/m。[0019]优选的，所述锁相倍频源差测量模块包括第一倍频器、第二倍频器、第三倍频器、混频器、锁相环路和数据处理单元，所述第一倍频器输入被测频率信号，经过第一倍频后输出第一倍频信号至所述混频器，所述第二倍频器输入本地参考信号，经过第二倍频后输出第二倍频信号至所述混频器，所述混频器输出所述第一倍频信号和第二倍频信号相减之后的差频信号，所述第三倍频器输入所述本地参考信号，经过第三倍频后得到第三倍频信号，作为主时钟输入到所述锁相环路，所述差频信号输入到所述锁相环路，在相位锁定后，得到视在频差值，输入至所述数据处理单元，进一步计算得到对应视在源差值。[0020]优选的，所述差频信号对应的标称值为f1-f2，f1为所述第一倍频信号的标称频率值；f2为所述第二倍频信号的标称频率值，所述锁相环路锁定后的读取值为所述视在频差值为：计算所述视在源差值为：[0021][0022]进一步得到：[0023]优选的，所述锁相环路在相位锁定后，所述第一倍频信号的标称频率值f1与所述第二倍频信号的标称频率值f2满足关系式：[0024][0025]式中：为被测频率信号的源差值，为本地参考信号的源差值；[0026]根据得到：[0027][0028]进一步由所述源差修正模块计算可得所述被测频率信号的源差值[0029][0030]本发明的有益效果是：本发明公开了一种基于卫星导航信号的频率信号测量方法和装置，该测量方法包括：接收卫星导航信号，利用卫星导航信号对本地参考信号进行源差测量，得到本地参考信号的源差值；对输入的被测频率信号，以本地参考信号为主时钟，通过锁相环路测量得到与被测频率信号相关的视在源差值；再利用本地参考信号的源差值，对所述视在源差值进行修正，得到被测频率信号的源差值和被测频率信号实际频率值。通过该方法和装置能够以较低的成本获得较高精度的频率测量优势。附图说明[0031]图1是本发明基于卫星导航信号的频率信号测量方法一实施例的流程示意图；[0032]图2是本发明基于卫星导航信号的频率信号测量装置一实施例的组成示意图；[0033]图3是本发明基于卫星导航信号的频率信号测量装置一实施例中信号接收与测量模块的组成示意图；[0034]图4是本发明基于卫星导航信号的频率信号测量装置一实施例中锁相倍频源差测量模块的组成示意图。具体实施方式[0035]为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。[0036]需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。[0037]下面结合附图，对各实施例进行详细说明。[0038]图1是基于卫星导航信号的频率信号测量方法，由图1可以看出，该基于卫星导航信号的频率信号测量方法包括：[0039]步骤s1，接收卫星导航信号，利用所述卫星导航信号对本地参考信号进行源差测量，得到本地参考信号的源差值。[0040]步骤s2，对输入的被测频率信号，以所述本地参考信号为主时钟，通过锁相环路测量得到对应的视在源差值。[0041]步骤s3，利用所述本地参考信号的源差值，以及对所述视在源差值进行修正，得到所述被测频率信号的源差值。[0042]可以看出，通过上述步骤s1，基于卫星导航信号具有很高的精度，因此以卫星导航信号为参考对本地参考信号进行源差测量，可以保证获得的实时源差值具有很高的精度。另外，由于本地参考时钟本身的稳定度有限，通过实时进行源差测量，可以实现动态的实时对源差进行测量，保证了在不同时刻获得的实时源差值都是准确的。[0043]对于步骤s2，其中采用了锁相环路，该锁相环路的工作时钟也是以本地参考信号为主时钟，那么锁相环路在锁定信号后，其读取的锁定频率值的精准度，也是基于本地参考信号决定的。因此，当通过前述的步骤s1能够获得精准度很高的本地参考信号的源差值，就可以对应得到本地参考信号的高精度的的实时频率值，由此用锁相环路来测量被测频率信号，就可以具有很高精准度的参考信号源来测量被测频率信号，由此可以保证被测频率信号的测量精度大大提高。而对于接收卫星导航信号而言，随着gps、北斗等卫星导航定位模块和芯片的普及使用，具有较低的市场价格，同时对产生本地参考信号的本地参考源的精度要求也不高，只需要是恒温晶振即可，而不需要价格较高的原子钟，由此也可以降低价格。[0044]优选的，这里的视在源差值，是指锁相环路锁定后读取的锁定频率值，减去输入到锁相环路中被锁定频率的标称值后得到的差值。这里，被锁定频率包括：本地参考信号与被测频率信号直接混频相减得到，本地参考信号经过倍频或分频后与被测频率信号直接混频相减得到，被测频率信号经过倍频或分频后与本地参考信号直接混频相减得到，本地参考信号经过倍频或分频后与被测频率信号经过倍频或分频后，再进行混频相减得到。[0045]以上的分频和倍频处理，主要是为了满足各种应用场景的需要，例如混频对输入的两个需要混频的信号有具体频率范围要求时，但是被测频率信号和本地参考信号不一定就满足该频率范围要求，因此就需要对被测频率信号和本地参考信号进行倍频或分频处理，使得经过处理后的信号能够满足混频的输入信号的频率范围。同样，锁相环路以数字电路实现，也是需要时钟加以驱动，既可以直接以本地参考信号作为主时钟输入，也可以将本地参考信号进行倍频或分频后作为主时钟输入到锁相电路中。[0046]由于被锁定频率中受本地参考信号影响，而锁相环路是以本地参考信号为主时钟，锁相环路锁定后读取的锁定频率值也是受本地参考信号影响，因此视在源差值经过相减后，可以抵消其中本地参考信号影响，而只受到被测频率信号的影响，由此可以进一步由视在频差值确定对应的视在源差值时，仅受到被锁定频率的影响。[0047]优选的，由于被测频率信号的幅度会有不同的范围，因此在进入混频之前，还可以先对被测频率信号进行限幅或放大处理，以及还可以进行滤波整形处理，消除其中的干扰成分，保持被测频率信号的幅度被控制在稳定的区间范围内。[0048]优选的，利用所述卫星导航信号对所述本地参考信号进行源差测量的步骤包括：对所述本地参考信号进行倍频得到本地载波信号，利用所述本地载波信号对所述卫星导航信号进行接收解调，实时得到本地载波信号与卫星导航信号的实际频差，利用所述卫星导航信号的实际频率和所述实际频差，计算得到所述本地载波信号的实际频率和所述本地参考信号的实际频率，利用所述本地参考信号的实际频率和标称频率，计算得到所述本地参考信号的源差值。具体可以参考后文对图3实施例的说明，这里不再赘述。[0049]优选的，通过锁相环路测量得到被测频率信号的视在源差值的步骤包括：所述被测频率信号经过第一倍频后得到第一倍频信号，所述本地参考信号经过第二倍频后得到第二倍频信号，然后所述第一倍频信号与所述第二倍频信号经过混频后，得到差频信号，然后输入到锁相环路中，由所述锁相环路对所述差频信号进行相位锁定；所述锁相环路基于所述本地参考信号提供主时钟，所述锁相环路在相位锁定后，得到视在频差值，再经过计算得到对应的所述被测频率信号的视在源差值。具体可以参考后文对图4实施例的说明，这里不再赘述。[0050]优选的，所述差频信号对应的标称值为f1-f2，f1为所述第一倍频信号的标称值，f2为所述第二倍频信号的标称值，所述锁相环路锁定后的读取值为所述视在频差值为：计算所述视在源差值为：[0051][0052]优选的，对所述被测频率信号的视在源差值进行修正的方法是，所述本地参考信号的源差值，加上所述视在源差值，得到所述被测频率信号的源差值。[0053]基于同样的发明构思，本发明还提供一种基于卫星导航信号的频率信号测量装置，如图2所示，包括本地参考源10、信号接收与源差测量模块20、锁相倍频源差测量模块30、源差修正模块40，所述本地参考源10输出本地参考信号，输入本地载波信号至所述信号接收与源差测量模块20，所述信号接收与源差测量模块20接收卫星导航信号，对所述本地参考信号进行源差测量，得到本地参考信号的源差值，再输出至所述源差修正模块40；所述本地参考信号和被测频率信号分别输入到所述锁相倍频源差测量模块30，测量得到与所述被测频率信号相关的视在源差值，也输出至所述源差修正模块40；所述源差修正模块40利用所述本地参考信号的源差值，对所述视在源差值进行修正，产生输出所述被测频率信号的源差值。[0054]优选的，在实际应用中，信号接收与源差测量模块20可以包括倍频器，可以在信号接收与源差测量模块20内部实现对本地参考源10输入的本地参考信号进行倍频，以及基于本地参考信号进行频率合成，产生需要的多种频率成分。但是，这些频率成分都是以本地参考信号为时钟，因此具有同源的特性，具有相同的同源频率精度。[0055]对于本发明而言，本地参考源10包括石英晶体、恒温晶振、温补晶振等低成本的常用参考源，这些参考源会存在老化和漂移的问题，也就是说存在一个随时间推移出现频率改变的问题，或者说是一个频率稳定度的问题，例如石英晶体的频率稳定度可达10-9/日，甚至10-11/日，对于10mhz的石英晶体，频率在一日之内的变化一般不大于0.1hz。石英晶体的频率稳定度要比恒温晶振的频率稳定度低，表现在石英晶体的频率要比恒温晶振的频率随时间推移的变化更大或更快，那么对于参考源存在的频率动态变化问题，就需要能够准确的测量出其实际的频率值，并且还能够保持这种测量的动态性和实时性。[0056]本发明利用接收卫星导航信号载波解调和电文星历获得准确的卫星导航信号的载波频率，其准确度在10-13至10-14的量级，利用该高精度等级的测量信号，可以获得的本地参考信号的源差值的精度可以达到10-11至10-12的量级。尽管本地参考源存在频率稳定度较低的问题，这些参考源的频率会随着时间推移发生漂移，但是通过本发明的方法可以对其实际的频率进行高精度的测量，从而获得精准度非常高的实际频率测量值，并且这种测量具有实时性。[0057]优选的，参考图3，所述信号接收与测量模块包括变频子模121和解调子模块122，所述变频子模块121利用基于所述本地参考信号进行倍频后的本地载波信号，对输入的卫星导航信号进行下变频处理，得到低中频的基带信号输入到解调子模块122，并且所述变频子模块121还输出载波频差，所述解调子模块122利用所述本地载波信号进行载波环路跟踪解调获得解调信息，并且所述解调子模块122还输出跟踪频差，所述载波频差和跟踪频差经过加法器123相加后，再由源差计算模块124计算得到所述源差值。[0058]优选的，对于卫星导航信号而言载波通常在l波段，变频子模块121接收来自本地参考源11的本地参考信号f0'(实际频率值)后进行倍频，得到本地载波信号fc'(实际频率值)，则有fc'＝mf0'，其中m表示倍频值，然后与卫星导航信号的载波fsz进行混频(注意这里卫星导航信号的载波fsz是实际值，由于卫星导航信号具有非常高的精准度，该频率值是高精准度的频率值,可以通过解调信息中的星历和链路计算准确获得，代表了卫星导航信号载波频率的真实值)。得到低中频的基带信号输出给解调子模块122，同时变频子模块121输出相对于标称的卫星导航信号的载波fsz的载波频差δfc'，相当于粗频差，解调子模块122对输入的低中频基带信号进行解调环路跟踪处理，进一步实时获得本地载波信号与卫星导航信号载波的跟踪频差δfc”，相当于细频差，然后再通过加法器123将载波频差与跟踪频差相加δfc'+δfc”，相当于粗频差与细频差相加，由此就可以获得本地载波信号相对于卫星导航信号载波频率的实际频差δfc＝fc'-fsz＝δfc'+δfc”。这里的δfc'和δfc”均可以是正值也可以是负值，具体是由实际偏差情况决定。[0059]进一步的，对于本地参考源而言，其实际输出的本地参考信号的频率应该是f0'＝fc'/m＝(δfc'+δfc”+fsz)/m，则本地参考信号的源差值即为其中，f0表示本地参考源输出的本地参考信号的标称频率。图3中，该本地参考信号的源差值是由源差计算模块124根据加法器123输出的实际频差计算得到并输出。[0060]优选的，如图4所示，所述锁相倍频源差测量模块30包括第一倍频器301、第二倍频器302、第三倍频器303、混频器304、锁相环路305和数据处理单元306，所述第一倍频器301输入被测频率信号，经过第一倍频后输出第一倍频信号至所述混频器304，所述第二倍频器302输入本地参考信号，经过第二倍频后输出第二倍频信号至所述混频器304，所述混频器304输出所述第一倍频信号和第二倍频信号相减之后的差频信号，所述第三倍频器303输入所述本地参考信号，经过第三倍频后得到第三倍频信号，作为主时钟输入到所述锁相环路305，所述差频信号输入到所述锁相环路305，在相位锁定后，得到视在频差值，输入至所述数据处理单元306，进一步计算得到对应的所述被测频率信号的视在源差值。[0061]优选的，混频器输出的差频信号对应的标称值为f1-f2，f1为所述第一倍频信号的标称频率值；f2为所述第二倍频信号的标称频率值，所述锁相环路305锁定后的读取值为则视在频差值为：计算所述视在源差值为：[0062][0063]进一步得到：[0064]由此可见，锁相环路的主时钟也是来源于参考信号，因此锁相环路的源差也受到主时钟的源差影响。优选的，当被测频率信号和本地参考信号均经过倍频处理后再进行混频，所述差频信号对应的标称值为f1-f2，f1为第一倍频信号的标称频率值；f2为第二倍频信号的标称频率值，所述锁相环路305锁定后的读取值为则视在频差值为：计算所述视在源差值为：[0065][0066]注意锁相环路锁定后的读取值为也是受到本地参考信号的源差的影响，通过锁相环路单位时间相位增量得到，其代表了锁相环路对输入的差频信号进行锁定后，锁相环路对应的锁定频率，显然由于源差的存在，该锁定频率与差频信号对应的标称值为f1-f2并不相等，对应可以计算得到视在频差值为：因此锁相环路可以基于读取的和已知标称值为f1-f2，计算输出视在频差值[0067]举例说明，本地参考信号的标称频率f0为10mhz，经过倍频后的第二倍频信号的标称值f2为1800mhz，常用的被测频率信号fu和第一倍频获得的第一倍频信号的标称值f1如表1所示。[0068]表1常用的被测频率信号，第一倍频以及第一倍频信号的标称值f1[0069][0070][0071]优选的，由所述视在频差值计算输出所述视在源差值所述视在源差值的计算式为：[0072][0073]优选的，当锁相环路锁定时，混频器产生的差频信号的实际值是f1'-f2'，f1'为第一倍频信号的实际值，f2'为第二倍频信号的实际值，而锁相环路锁定的频率实际值是显然锁定后这两个实际频率相等，即：因此有所述第一倍频信号的标称值与所述第二倍频信号的标称值满足关系式：[0074][0075]式中：为被测频率信号的源差值，为本地参考信号的源差值；[0076]由视在源差值变形得出：[0077][0078]进一步对所述第一倍频信号的标称值与所述第二倍频信号的标称值的关系式进行变换得出：[0079][0080]由于和均为小于e-6量级的数，故他们之间的相乘量为高阶量可以忽略，忽略式中的相乘量由所述源差修正模块40可得：[0081][0082]因此，当本地参考信号的源差值通过前述图3实施例获得，视在源差值可以通过本技术的方法计算得到后，那么被测频率信号的源差就可以计算得到，再由被测频率信号的标称频率值fu，可以计算得到被测频率信号的实际频率值[0083]本发明公开了一种基于卫星导航信号的频率信号测量方法和装置，该测量方法包括：接收卫星导航信号，利用卫星导航信号对本地参考信号进行源差测量，得到本地参考信号的源差值；对输入的被测频率信号，以本地参考信号为主时钟，通过锁相环路测量得到与被测频率信号相关的视在源差值；再利用本地参考信号的源差值，对所述视在源差值进行修正，得到被测频率信号的源差值和被测频率信号实际频率值。通过该方法和装置能够以较低的成本获得较高精度的频率测量优势。[0084]以上该仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。