课题来源背景：课题组在2006年底，通过研究双混时差测量方法，发现该方法精度提高的局限性，开始考虑采用新的方法提高测量精度，并于2007年初初步形成了数字化频率测量的思路；2009年底国际时频专业制造巨头Symmetricom公司宣称"限于双混时差法的技术瓶颈，停止基于该技术的产品的研发"，这与课题组早些时候的判断不谋而合.如何在目前的条件下，进一步提高基准频率测量精度，是一个世界难题.影响频率测量精度的主要原因是电路噪声，这取决于电路工艺水平，经过几十年的发展，模电水平已经日臻成熟，改进的空间很小，短期内很难有较大提高，同时，国内的测量电路工艺水平与国外先进水平相比有一定差距，使用同样的方法，很难达到国外同等测量水平.2008年1月项目组承担中国科学院知识创新工程重要方向项目"高精度时间频率传递与测量研究"下属课题"高精度时间频率测量方法与技术研究"，正式开展基于差拍数字化思想的频率精密测量方法研究.项目编号"KJCX2-YW-T12"；同年课题组还获得了"西部之光"人才培养计划"数字精密测频技术研究"项目的支持，先期开展了正弦差拍器、频率偏差产生器的可行性分析及初步研制工作.项目编号"2007YB03".技术的创造性与先进性：在现有条件下，立足于在现有工艺水平下提高精密频率测量精度，通过研究数字采样和精密频率测量的特点，提出差拍数字化测量方法.以多采样点平均代替传统的过零单点监测，在同样电路噪声环境下，比传统方法的测量精度提高提高近50倍；提出了系统误差随动校准方法.通过多通道同步采样，实现多通道的同步测量、分析，使各通道工作在相同的测量环境，校准系统误差，使测量精度提高一个数量级.技术原理及性能指标：主要工作原理是结合差拍法和数字化频率估计算法，将待测信号通过差拍降低信号频率，然后将信号经模数转换器数字化后，采用高精度的频率估计算法实现对待测信号的频率测量、稳定度分析等处理，为了进一步抑制测量噪声，降低系统测量误差的影响，还设计了多通道同步采样、并行测量的系统结构，实时校准测量通道的测量系统误差.主要解决的关键科学技术有：频率高精度数字估计技术，采用数字相关分析及拟合技术，提高测量系统抗噪声污染能力；多通道差拍信号产生技术，区别于传统的差拍器输出方波信号，研制输出为正弦差拍信号的器件，对信号的幅频特性提出了较高要求；系统误差的随动校准技术，能够抵消频率偏差源噪声、通道不完全对称以及量化噪声的对系统测量精度的影响；稳定度实时在线分析技术和数据采集完整性技术，解决数据处理量大，时延过长无法与其它软件模块协调等难题，实现稳定度的实时在线分析.另外需要解决数据采集过程中丢点、数据溢出等问题导致的测量误差和测量间断；系统电磁环境优化，以及容错与自复原设计，优化系统硬件的电磁干扰、电磁兼容等，加强系统的容错与复原能力.基于以上研究，研制的设备测量10MHz信号的本底噪声Allan方差表征的稳定度(Tau=1s)优于4e-14，相位分辨率40飞秒，当Tau=1000s时，Allan方差达到了1.04e-15，达到了国际先进水平.技术的成熟程度，适用范围和安全性：基于多通道数字化频率测量方法研制的设备在现有电子技术、数字信号处理技术的水平基础上，开拓性思维，设计算法融合两种成熟技术，即研制实现本设备所需的各项技术已经发展成熟，技术的成熟度高，且实现设备的性价比优于国外同类产品，还不到其四分之一，有着极好的经济效益.同时，解决了精密时频测量设备依赖进口的问题，实现钟房监控设备国产化，便于钟差监测数据的实时显示，及时发现原子钟故障，为需要精密频率测量的科学试验提供支撑.应用情况及存在的问题：该设备使用方便，应用范围非常广泛.在数字化测量系统的整体发展趋势下，需要数字测量的地方越来越多，需求日益显著.该设备配备功能软件即可进行多通道频率/相位测量与分析，提高了设备的通用化程度，易于推广使用.其对社会发展和科学进步亦有深远影响：弥补国内工艺水平的差距，填补了中国在精密频率测量方面的垄断，打破国外垄断.突破工艺水平限制，研制出具有国际水平的测量设备；使得精密频率测量不局限于传统的差拍器与计数器组合的方法；共享共用措施，促进电子测量其他领域的发展.在高精度的频率测量方法和设备方面，国外的技术和设备都具有明显的优势，这些精密时频测量设备主要被用于军事、航空航天和国家的基础时频系统方面，国内没有自主研发的优秀产品去制约由国外厂商主导的市场，这也很不利于国家安全的保障.所以，研制此设备是很必要的，在各个方面的应用也是必需的.基于该方法研制的设备已经应用到：国家授时中心守时钟房，用于在线监测原子钟组性能；中国科学院上海微小卫星工程中心的地检测试项目中，用于星上载荷在服前的频率稳定度指标分析；中国电子工业集团第29研究所为某重大专项研制的时频产生保持模块，用于主备两路频率信号的高精度比对.历年获奖情况：课题组的创新性研究工作取得了显著成绩，研制的设备获得验收专家组的一致好评，认为"该项目取得了国际先进水平的研究成果，基于多通道数字化频率测量方法研制的多通道差拍数字化频率稳定度分析仪，以多采样点平均代替传统的过零点监测，在同样电路噪声环境下，比传统方法的测量精度提高近50倍，并且成果获得了实际应用".课题组出版了专著2本，获得了发明专利2项，实用新型专利5项，并先后发表了SCI索引文章2篇，EI索引文章17篇，核心期刊3篇，软件著作权7项.

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