皮秒级时频处理原理及电领域传输速度异常现象研究

摘要

随着科学技术的发展，高精度时间和频率的标准及其测量在国民经济发展中的地位日益重要。为了使用、测量、比对、输送和应用标准的时间和频率，必须经过一个很重要的环节，这就是标准信号的传递。近年来，随着国防和空间技术的发展，对高精度时间和频率信号的测量与传递提出了更高的要求。 本文对时间和频率信号在传递过程中的关键特性进行了揭示，并在测量过程中挖掘其稳定传输的潜在作用为研制新一代的高精度测量仪器服务。信号在无线或有线环境中稳定的传输是本领域发展的关键和基础，在传输过程中的任何异常对时间与频率精确测量的影响是至关重要的，所以在信号传输过程中，对传输速度异常现象的研究是很有价值的。这里，对国际上很关注的超光速的实验问题在电领域进行了大量和深入的实验研究。这些工作有的是目前本领域的研究热点，有的则对本领域的长远发展是很重要的。从时频技术的发展来看，对这些相互密切相关的主题的全面探讨是很必要的。 在传统的GPS共视法数据处理基础上，提出用基于正交小波的多尺度卡尔曼(Kalman)滤波器来处理被噪声淹没的钟差数据。通过进一步研究GPS共视观测数据特性，运用基于小波系数相关性的多尺度卡尔曼滤波算法来处理GPS共视观测数据。通过引用相关性，使得尺度内和尺度间的依赖性信息可以更好地被用来提高信号处理的能力，这种优越性更多地体现在对多通道数据处理的过程中，此种算法可应用于任何具有1/f分形特性的时间序列的数据估计和信号处理中。从而为时间序列的数据估计提供了一种新的思路和方法。 提出基于时间与空间的关系(即延时线长度与电磁波信号在其中传播所需经历的时间之间的稳定性关系)进行短时间间隔与频率的新的测量原理和方法，纳秒到10皮秒的测量分辨率很容易实现；同时由于基于时空关系的时间间隔测量原理的结构简单，其分辨率受传输线长度所能达到最小的尺度限制，及当分段很精细时，由于电路本身的原因，更高的测量精度很难进一步达到，所以进一步提出用长度游标法与时空关系相结合的新的时间间隔与频率测量原理。 对传输线在特定结构下会产生群速超光速传播的特点给予了深入研究，以大量的实验数据说明延迟线在特定结构下会产生不稳定性传输，传输速度具有非线性的特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1时间、空间、频率与测量概述

1.2 GPS共视法技术的现状与动态

1.3超光速研究的发展与现状

1.4论文的主要研究成果及内容安排

1.4.1论文的主要研究成果及创新

1.4.2论文的组织安排

本章参考文献

第二章GPS共视观测数据算法研究

2.1共视时间传递原理

2.2基于小波变换的多尺度卡尔曼滤波器的共视观测数据算法研究

2.2.1概述

2.2.2多尺度卡尔曼滤波算法

2.2.3数据处理

2.2.4结论

2.3基于系数相关性的多尺度卡尔曼滤波器组GPS共视观测数据算法

2.3.1前言

2.3.2分数布朗运动及离散分数高斯噪声

2.3.3离散分数高斯噪声及其小波变换

2.3.4钟差数据的H参数估计

2.3.5相关性分析

2.3.6基于小波系数列相关性的卡尔曼滤波器组

2.3.7数据处理

2.3.8结论

2.4 GPS共视时间传递技术发展与GPS全视法

2.5本章小结

本章参考文献

第三章基于时－空关系的时间间隔与频率测量方法的研究

3.1时间间隔与频率测量方法概述

3.1.1皮秒级高精度时间数字变换器(TDC)研究概述

3.1.2小结

3.2传输线方程

3.3基于时－空关系的时间间隔与频率测量原理

3.3.1基于时空关系的时间间隔测量原理

3.3.2实验验证与性能分析

3.3.3基于时空关系的短时间间隔测量仪器原型设计

3.4本章小结

本章参考文献

第四章长度游标法与时空关系相结合的时间与频率测量

4.1时间游标法原理概述

4.2长度游标法与时空关系处理相结合的时间与频率测量原理

4.2.1测量原理综述

4.2.2实验验证与性能分析

4.2.3长度游标与时空关系相结合的短时间间隔测量仪器原型设计

4.2.4进一步的技术改进

4.3本章小结

本章参考文献

第五章电领域内群速超光速实验研究

5.1群速超光速理论基础研究概述

5.1.1引言

5.1.2关于群速的几种情况

5.1.3光子晶体结构色散理论分析

5.1.4小结

5.2群速超光速实验研究背景概述

5.3电磁波群速超光速传播实验

5.3.1调幅信号的群速超光速实验

5.3.2窄脉冲在光子晶体中的传播实验

5.4负群速及加载信息的群速超光速实验

5.4.1改变调制信号幅度的负群速实验

5.4.2加载有用信息的群速超光速实验

5.4.3改变失配线长度的群速超光速实验

5.4.4温度变化的群速超光速实验

5.5结论及讨论

5.6本章小结

本章参考文献

结论

致谢

在读期间的研究成果

附录