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一种能自动控制力矩的操作系统 |
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□马文龙 范克杰 陈柯
现有技术情况
微创领域 微创是指在手术治疗过程中仅对患者造成微小创伤、术后仅留下微小创口的技术，是相对于传统手术的科技成果。然而，现有的微创空心钉取出手术，虽然可以通过平面图像观察空心钉位置，但是不够直观。同时，通过画笔标记空心钉位置，定位不够准确。
相位噪声测量领域 在现代电子系统中，信号的短期频率稳定性是衡量信号质量的重要因素，它直接影响系统的性能，而相位噪声是描述信号短期频率稳定性的重要指标。特别是在雷达、通信、导航等应用领域，降低相位噪声成为提高系统性能的关键技术之一。例如，在多普勒雷达中，相位噪声直接影响雷达的检测性能；在数字通信，尤其是调相通信体制中，相位噪声对系统误码率和相邻信道的隔离度都具有重要意义。因此，相位噪声测量在现代电子技术中应用广泛，已成为当前电子测量领域的研究热点之一。
相位噪声测量方法
根据相位噪声信号的不同提取方法，当前的相位噪声测量方法主要分为直接频谱仪测量法、时间差测量法、鉴频法、鉴相法等。
直接频谱仪测量法 将待测源信号直接输入频谱仪，调谐至载波频率，通过测量信号频谱，计算噪声功率与载波功率的比值（经必要修正）得到相位噪声。
优点在于该方法简单易行，缺点是受限于频谱仪本振相位噪声，无法区分相位噪声与幅度噪声，而且不易测量近载波相位噪声。
时间差测量法 将被测源和参考源信号分频后送入时间差计数器，测量两信号过零点的时间差，利用时间差序列计算被测源相对于参考源的相位噪声。分频降低了信号频率，提高了时间分辨率。
优点在于系统构建成本低、易于实现；局限性在于受系统带宽限制，计数器本振相位噪声影响测量结果，且需要注意电缆长度与阻抗匹配。
鉴频测量法（无参考源法） 利用微波鉴频器（如延迟线/混频式、腔体、双延迟线鉴频器等）将待测源的频率起伏转换为电压起伏，再用基带频谱仪测量该电压起伏实现相位噪声测量。其典型原理是，被测信号经功分器分成两路，一路经宽带延迟线（将频率起伏变为相位起伏），另一路经可变移相器调节至与第一路正交，两路信号送入鉴相器进行正交鉴相，输出与相位噪声成比例的电压噪声，经处理（如功率谱估计）得到相位噪声功率谱密度和单边带相位噪声。
优点是不需要参考源，对相位波动大的被测源效果好；缺点是对不同频率被测源需要调整鉴频器，且不易测量近载波相位噪声。
鉴相测量法（双源法/锁相环法） 使用双平衡混频器作为鉴相器，将被测信号与同频正交的高稳定参考源信号输入。鉴相器输出与被测信号相位起伏成比例的低频噪声电压，可经低通滤波和低噪声放大后，输入频谱仪测量不同频偏处的噪声电平计算相位噪声；采样后数字化，通过数字信号处理求取单边带功率谱。
优点是测量灵敏度高、频率分辨率高、输出频率范围宽、对幅度噪声抑制能力强，缺点是参考源频率必须与被测信号严格相等。
上述相位噪声测量方法的共同点是利用专用硬件电路提取被测源信号的相位信息，进而分析其单边带相位噪声。因此，相位提取电路的性能在很大程度上决定了相位噪声测量的性能，其频率响应特性也会显著影响最终测量结果。
现有技术存在的问题
微创领域 现有的空心钉取出方法依赖平面图像观察位置，不够直观；使用画笔标记位置，定位精度不足。
相位噪声测量领域 现有的方法依赖相位提取硬件电路，其频率响应特性导致测量结果的准确度较低。此外，在临床中的应用性较差。
（作者供职于河南省洛阳正骨医院/河南省骨科医院）
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