基于时-空关系的时间间隔与频率测量方法研究

　　1引言

　　近年来由于航空航天、精密定位、通讯、计量、天文以及其他的高科技领域的技术发展，对于频率基、标准器的精度要求也越来越高。这方面发展的一个 重要特点是光频标[1]将以其精度上的优势而逐渐取代微波量子频标，同时微波量子频标的精度也在逐年提高。光频标的精度会比微波量子频标高3个数量级，达 到l 0-18。为了更好和更广泛地发挥这些频标的作用，高精度的检测技术也必须同步地发展。近20年来，这方面测量方法从原理上并没有大的突破，只是由传统的 方法结合生产工艺的改进使相应设备的测量分辨率较以前有所提高，但是由于精度欠缺、价格昂贵而且进一步提高精度对设备的要求也很高，已经无法满足日益发展 的频标技术、时间传递、电子应用技术以及精密定位的需求.为此，开发新的原理和新的途径是解决这个问题的关键。伴随着频标信号的频率值的不断提高，对更高 频率信号的频率的精密测量技术也是本行业技术发展的关键和各种光频标以及微波量子频标进一步发展的基础。在这方面所使用的各种测量方法[2]主要是基于频 率处理的方法，但是采用新的思路还有可能花更低的成本取得好的效果。

　　由此，为进一步提高任意时间间隔及频率测量范围以及测量分辨率，本文提出以信号的时一空关系通过对被测时间信号与其在长度上传输延迟的重合检测来测量短时间间隔的新的测量原理。

　　2基于时空关系的时间间隔测量原理

　　光和电磁波信号在空间或者特定介质中的传递速度的高度准确性和稳定性在计量学中被作为一个自然常数，高精度的频标信号之所以能够被测量和应用就 是因为传输环节的高稳定性作为保证。所以，利用稳定的传输也能够构成测量仪器的基础。精密时频测量的关键已经转化为对于微细时间间隔和频率量的测量。因为 长的时间间隔常常被分解为与填充时钟同步的较长时间间隔以及门时开启和关闭时与填充信号的不同步的小时间间隔。这个微细时间间隔常常变化在100ns到 ps的范围，从频率稳定度方面考虑要求的时频测量的分辨率更是优于lps。对于这么短的时间信号的测量和处理常常受到器件的速度、噪声等因素的影响，大大 限制了测量的精度。通过对各种传输线进行实验，进一步证明信号在传输线中的速度大约为2X108 m/ s，那么ns和ps的传输延迟分别约为20cm和0.2mm，这是比较容易处理的长度段。从时一空关系这一点考虑，利用时频信号传输的时一空关系来处理时 间间隔的测量问题，一方面利用相应器件的稳定性能够相对比较容易地得到更高的测量精度;另一方面通过特别短的时间间隔与好处理的长度量之间的对应关系也可 以实现对于特别短的时间间隔的测量，这也反映了其高速度的可能性。这方面技术有可能成为本行业新一代检测技术。