CN109471354A - 一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置及方法 - Google Patents

一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置及方法,包括:脉冲分配模块用于将接收的被测开门信号和被测关门信号分为两组开门信号和关门信号后输出;其中一组开门信号和关门信号的输出端直接与第一精密时间间隔测量模块的输入端相连接;另一组中,开门信号的输出端直接与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接,关门信号的输出端经固定延时后与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接;死区判断及输出数据选择模块的输出端用于输出测量结果。本发明采用两个相同的精密时间间隔测量模块,通过使两个精密时间间隔测量模块的测量死区错开,可保证任意被测时间间隔量的测量精度。

Description

一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置及方法
技术领域
本发明属于精密时间间隔测量技术领域,具体涉及一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置及方法。
背景技术
在卫星授时、航空航天、雷达同步、尖端武器操控、高速通信以及深空探测等领域,都对精密时间间隔测量提出了很高的要求。目前,在精密时间间隔测量中,当被测时间间隔比较小时,容易进入精密时间间隔测量仪器的测量死区,这个测量死区的范围往往达到百皮秒量级。当被测时间间隔量进入精密时间间隔测量仪器的测量死区时,精密时间间隔测量仪器无法准确测量被测时间间隔的值,出现较大测量误差。这个测量死区是绝大部分精密时间间隔测量仪器都存在的,亟需一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置及方法,以解决上述存在的技术问题。本发明采用两个相同的精密时间间隔测量模块,通过使两个精密时间间隔测量模块的测量死区错开,可保证任意被测时间间隔量的测量精度。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置,包括:脉冲分配模块、第一精密时间间隔测量模块、第二精密时间间隔测量模块和死区判断及输出数据选择模块;脉冲分配模块的输入端用于接收被测开门信号和被测关门信号;脉冲分配模块用于将接收的被测开门信号和被测关门信号分为两组开门信号和关门信号后输出;其中一组开门信号和关门信号的输出端直接与第一精密时间间隔测量模块的输入端相连接;另一组中,开门信号的输出端直接与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接,关门信号的输出端经固定延时后与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接;第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的输出端分别与死区判断及输出数据选择模块的输入端相连接;死区判断及输出数据选择模块的输出端用于输出测量结果。
进一步的,基于上述的死区补偿装置,包括以下步骤:
步骤1,测取计算并获得第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块测量数据的差值;
步骤2,将被测时间间隔信号输入脉冲分配模块并分配为两组,其中一组输入第一精密时间间隔测量模块,另一组输入第二精密时间间隔测量模块;通过死区判断及输出数据选择模块判断第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块是否进入测量死区;根据判断结果,通过步骤1获得的差值补偿后,输出精密时间间隔测量结果。
进一步的,步骤1具体包括:
步骤1.1、输入测试时间间隔信号,用脉冲分配器将测试时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号;
步骤1.2、步骤1.1获得的两组时间间隔信号中:其中一组直接输出到第一精密时间间隔测量模块,得到测量数据T1;另一组中,开门信号直接输出到第二精密时间间隔测量模块,关门信号经过一个固定延时输出到第二精密时间间隔测量模块,得到测量数据T2;
步骤1.3、用死区判断及输出数据选择模块,对步骤1.2的第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态进行判断;第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态都未进入测量死区,则跳转至步骤1.4;否则,跳转至步骤1.1;
步骤1.4、根据步骤1.2得到测量数据T1和T2,计算第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量数据差值ΔT。
进一步的,还包括步骤1.5;步骤1.5、重复步骤1.1至1.4的测量N次,对第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量数据差值ΔT进行N次平均,得到测量数据平均差值ΔTN
进一步的,N的取值大于等于100。
进一步的,步骤1.3中的判断方法具体为:当开门信号和关门信号都到来后,如果精密时间间隔测量模块可以完成测量并输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块未进入测量死区;如果当开门信号和关门信号都到来后,精密时间间隔测量模块无法完成测量且无法输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块进入测量死区;所述精密时间间隔测量模块包括:第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块。
进一步的,步骤2具体包括:
步骤2.1、输入被测时间间隔信号,用脉冲分配模块将被测时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号;
步骤2.2、步骤2.1获得的两组时间间隔信号中:其中一组直接输出到第一精密时间间隔测量模块,得到测量数据T1;另一组中,开门信号直接输出到第二精密时间间隔测量模块,关门信号经过一个固定延时输出到第二精密时间间隔测量模块,得到测量数据T2;
步骤2.3、用死区判断及输出数据选择模块,对步骤2.2的第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态进行判断;若第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态都未进入测量死区,则跳转至步骤2.4;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区,则跳转至步骤2.5;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区,则跳转至步骤2.6;
步骤2.4、输出时间间隔测量结果T,计算公式为:T=(T1+T2-ΔT)/2;
步骤2.5、则输出量结果T,计算公式为:T=T2-ΔT;
步骤2.6、输出量结果T,计算公式为:T=T1。
进一步的,步骤2具体包括:
步骤2.1、输入被测时间间隔信号,用脉冲分配模块将被测时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号;
步骤2.2、步骤2.1获得的两组时间间隔信号中:其中一组直接输出到第一精密时间间隔测量模块,得到测量数据T1;另一组中,开门信号直接输出到第二精密时间间隔测量模块,关门信号经过一个固定延时输出到第二精密时间间隔测量模块,得到测量数据T2;
步骤2.3、用死区判断及输出数据选择模块,对步骤2.2的第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态进行判断;若第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态都未进入测量死区,则跳转至步骤2.4;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区,则跳转至步骤2.5;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区,则跳转至步骤2.6;
步骤2.4、输出时间间隔测量结果T,计算公式为:T=(T1+T2-ΔTN)/2;
步骤2.5、则输出量结果T,计算公式为:T=T2-ΔTN
步骤2.6、输出量结果T,计算公式为:T=T1。
进一步的,步骤2.3中的判断方法具体为:当开门信号和关门信号都到来后,如果精密时间间隔测量模块可以完成测量并输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块未进入测量死区;如果当开门信号和关门信号都到来后,精密时间间隔测量模块无法完成测量且无法输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块进入测量死区;所述精密时间间隔测量模块包括:第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块。
进一步的,固定时延的值大于第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块死区的宽度值。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明采用两个相同的精密时间间隔测量模块,在其中一个精密时间间隔测量模块前加入固定延时,使两个精密时间间隔测量模块的测量死区错开,并通过判断所述两个精密时间间隔测量模块是否进入测量死区,选择未进入测量死区的精密时间间隔测量模块的测量数据作为最终的测量结果,可补偿精密时间间隔测量的测量死区,可保证任意被测时间间隔量的测量精度。两个精密时间间隔测量模块的测量状态均未进入死区时,取二者的平均值作为测量结果,提高了测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置的结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1,本发明的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置,包括:脉冲分配模块、第一精密时间间隔测量模块、第二精密时间间隔测量模块和死区判断及输出数据选择模块;脉冲分配模块的输入端用于接收被测开门信号和被测关门信号;脉冲分配模块用于将接收的被测开门信号和被测关门信号分为两组开门信号和关门信号后输出;其中一组开门信号和关门信号的输出端直接与第一精密时间间隔测量模块的输入端相连接;另一组中,开门信号的输出端直接与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接,关门信号的输出端经固定延时后与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接;第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的输出端分别与死区判断及输出数据选择模块的输入端相连接;死区判断及输出数据选择模块的输出端用于输出测量结果。
请参阅图1,本发明的一种精密时间间隔测量中的死区补偿方法,包括以下步骤:
1)计算两个精密时间间隔测量模块测量数据的固定差值;
2)对被测时间间隔信号进行测量;
上述两个步骤可同时进行。
步骤1)中,计算两个精密时间间隔测量模块测量数据的固定差值过程,具体包括以下步骤:
1.1)用脉冲分配器将被测时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号。
1.2)步骤1.1)所述两组时间间隔信号,其中一组输出到精密时间间隔测量模块1得到测量数据T1,另一组中的关门信号经过一个固定延时而开门信号不经过延时输出到精密时间间隔测量模块2得到测量数据T2。
1.3)用死区判断及输出数据选择模块,对步骤1.2)的精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2的测量状态进行判断;当开门和关门信号都到来后,如果第一精密时间间隔测量模块可以完成测量并输出时间间隔测量结果则认为第一精密时间间隔测量模块未进入测量死区;反之,如果当开门和关门信号都到来后,如果第一精密时间间隔测量模块无法完成测量且无法输出时间间隔测量结果,则认为第一精密时间间隔测量模块进入测量死区。用相同的方法可以判断第二精密时间间隔测量模块是否进入测量死区。
1.4)如果步骤1.3)的死区判断及输出数据选择模块,判断出对步骤1.2)的精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2的测量状态都未进入测量死区,则计算精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2的测量数据差值ΔT;否则不进行任何处理,直接进入步骤1.5)。
1.5)重复步骤1.1)至1.4)的测量N次,对精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2的测量数据差值ΔT进行N次平均,得到ΔTN;此处N取100。
2)对被测时间间隔信号进行测量过程,包括以下步骤:
2.1)用脉冲分配器将被测时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号。
2.2)步骤2.1)两组时间间隔信号,其中一组输出到精密时间间隔测量模块1得到测量数据T1,另一组中的关门信号经过一个固定延时而开门信号不经过延时输出到精密时间间隔测量模块2得到测量数据T2。
加入固定时延是为了错开两个精密时间间隔测量模块的死区,加入固定时延的值需要大于死区的宽度,死区的宽度由精密时间间隔测量模块自身的参数决定。例如死区的宽度为1ns,可以将固定时延取为2ns。
2.3)用死区判断及输出数据选择模块,对步骤2.2)的精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2的测量状态进行判断。
当开门和关门信号都到来后,如果第一精密时间间隔测量模块可以完成测量并输出时间间隔测量结果则认为第一精密时间间隔测量模块未进入测量死区;反之,如果当开门和关门信号都到来后,如果第一精密时间间隔测量模块无法完成测量且无法输出时间间隔测量结果,则认为第一精密时间间隔测量模块进入测量死区。用相同的方法可以判断第二精密时间间隔测量模块是否进入测量死区。
2.4)如果步骤2.3)的死区判断及输出数据选择模块,判断出对步骤2.2)的精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2的测量状态都未进入测量死区,则输出时间间隔测量结果T,
T=(T1+T2-ΔTN)/2
此处ΔTN由过程1)中的步骤1.5)得到。
2.5)如果步骤2.3)的死区判断及输出数据选择模块,判断出对步骤2.2)的精密时间间隔测量模块1的状态进入测量死区而精密时间间隔测量模块2的测量状态未进入测量死区,则输出量结果T,
T=T2-ΔTN
2.6)如果步骤2.3)的死区判断及输出数据选择模块,判断出对步骤2.2)的精密时间间隔测量模块2的状态进入测量死区而精密时间间隔测量模块1的测量状态未进入测量死区,则输出量结果T,
T=T1。
工作原理:
本发明提供的精密时间间隔测量中的死区补偿方法,采用两个相同的精密时间间隔测量模块,在其中一个精密时间间隔测量模块前加入固定延时,使两个精密时间间隔测量模块的测量死区错开,从而保证了对于任意的被测时间间隔量,这两个精密时间间隔测量模块不会同时进入测量死区。在每次实际测量中,通过判断所述两个精密时间间隔测量模块是否进入测量死区,选择未进入测量死区的精密时间间隔测量模块的测量数据作为最终的测量结果,这样就实现了对精密时间间隔测量模块测量死区的补偿。
综上,本发明采用两个相同的精密时间间隔测量模块,在其中一个精密时间间隔测量模块前加入固定延时,使两个精密时间间隔测量模块的测量死区错开,并通过判断所述两个精密时间间隔测量模块是否进入测量死区,选择未进入测量死区的精密时间间隔测量模块的测量数据作为最终的测量结果,补偿了精密时间间隔测量的测量死区。两个精密时间间隔测量模块的测量状态有一个进入测量死区是,可有效地补偿精密时间间隔测量的测量死区;当两个精密时间间隔测量模块的测量状态均未进入死区时,取二者的平均值作为测量结果,可提高测量精度。采用本发明的方法,对设备样机进行了测试,测试结果表明最终测量精度达到2ps。

Claims (10)

1.一种用于精密时间间隔测量的死区补偿装置,其特征在于,包括:脉冲分配模块、第一精密时间间隔测量模块、第二精密时间间隔测量模块和死区判断及输出数据选择模块;
脉冲分配模块的输入端用于接收被测开门信号和被测关门信号;脉冲分配模块用于将接收的被测开门信号和被测关门信号分为两组开门信号和关门信号后输出;其中一组开门信号和关门信号的输出端直接与第一精密时间间隔测量模块的输入端相连接;另一组中,开门信号的输出端直接与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接,关门信号的输出端经固定延时后与第二精密时间间隔测量模块的输入端相连接;
第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的输出端分别与死区判断及输出数据选择模块的输入端相连接;死区判断及输出数据选择模块的输出端用于输出测量结果。
2.一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,基于权利要求1所述的死区补偿装置,包括以下步骤:
步骤1,测取计算并获得第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块测量数据的差值;
步骤2,将被测时间间隔信号输入脉冲分配模块并分配为两组,其中一组输入第一精密时间间隔测量模块,另一组输入第二精密时间间隔测量模块;通过死区判断及输出数据选择模块判断第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块是否进入测量死区;根据判断结果,通过步骤1获得的差值补偿后,输出精密时间间隔测量结果。
3.根据权利要求2所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,步骤1具体包括:
步骤1.1、输入测试时间间隔信号,用脉冲分配器将测试时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号;
步骤1.2、步骤1.1获得的两组时间间隔信号中:其中一组直接输出到第一精密时间间隔测量模块,得到测量数据T1;另一组中,开门信号直接输出到第二精密时间间隔测量模块,关门信号经过一个固定延时输出到第二精密时间间隔测量模块,得到测量数据T2;
步骤1.3、用死区判断及输出数据选择模块,对步骤1.2的第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态进行判断;第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态都未进入测量死区,则跳转至步骤1.4;否则,跳转至步骤1.1;
步骤1.4、根据步骤1.2得到测量数据T1和T2,计算第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量数据差值ΔT。
4.根据权利要求3所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,还包括步骤1.5;
步骤1.5、重复步骤1.1至1.4的测量N次,对第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量数据差值ΔT进行N次平均,得到测量数据平均差值ΔTN
5.根据权利要求4所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,N的取值大于等于100。
6.根据权利要求3所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,步骤1.3中的判断方法具体为:当开门信号和关门信号都到来后,如果精密时间间隔测量模块可以完成测量并输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块未进入测量死区;如果当开门信号和关门信号都到来后,精密时间间隔测量模块无法完成测量且无法输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块进入测量死区;
所述精密时间间隔测量模块包括:第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块。
7.根据权利要求3所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,步骤2具体包括:
步骤2.1、输入被测时间间隔信号,用脉冲分配模块将被测时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号;
步骤2.2、步骤2.1获得的两组时间间隔信号中:其中一组直接输出到第一精密时间间隔测量模块,得到测量数据T1;另一组中,开门信号直接输出到第二精密时间间隔测量模块,关门信号经过一个固定延时输出到第二精密时间间隔测量模块,得到测量数据T2;
步骤2.3、用死区判断及输出数据选择模块,对步骤2.2的第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态进行判断;若第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态都未进入测量死区,则跳转至步骤2.4;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区,则跳转至步骤2.5;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区,则跳转至步骤2.6;
步骤2.4、输出时间间隔测量结果T,计算公式为:T=(T1+T2-ΔT)/2;
步骤2.5、则输出量结果T,计算公式为:T=T2-ΔT;
步骤2.6、输出量结果T,计算公式为:T=T1。
8.根据权利要求4所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,步骤2具体包括:
步骤2.1、输入被测时间间隔信号,用脉冲分配模块将被测时间间隔信号分成两组,每组包括一路开门信号和一路关门信号;
步骤2.2、步骤2.1获得的两组时间间隔信号中:其中一组直接输出到第一精密时间间隔测量模块,得到测量数据T1;另一组中,开门信号直接输出到第二精密时间间隔测量模块,关门信号经过一个固定延时输出到第二精密时间间隔测量模块,得到测量数据T2;
步骤2.3、用死区判断及输出数据选择模块,对步骤2.2的第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态进行判断;若第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块的测量状态都未进入测量死区,则跳转至步骤2.4;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区,则跳转至步骤2.5;若第一精密时间间隔测量模块的测量状态未进入测量死区而第二精密时间间隔测量模块的测量状态进入测量死区,则跳转至步骤2.6;
步骤2.4、输出时间间隔测量结果T,计算公式为:T=(T1+T2-ΔTN)/2;
步骤2.5、则输出量结果T,计算公式为:T=T2-ΔTN
步骤2.6、输出量结果T,计算公式为:T=T1。
9.根据权利要求7或8所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,步骤2.3中的判断方法具体为:
当开门信号和关门信号都到来后,如果精密时间间隔测量模块可以完成测量并输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块未进入测量死区;如果当开门信号和关门信号都到来后,精密时间间隔测量模块无法完成测量且无法输出时间间隔测量结果,则认为精密时间间隔测量模块进入测量死区;
所述精密时间间隔测量模块包括:第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块。
10.根据权利要求1所述的一种用于精密时间间隔测量的死区补偿方法,其特征在于,固定时延的值大于第一精密时间间隔测量模块和第二精密时间间隔测量模块死区的宽度值。
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