[發明專利]高精度分布式光纖頻率傳遞方法

有效

• 申請號: 201611041217.2
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106603158B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 吳龜靈;李洪偉;張佳朋
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/572;H04B10/2537;H04J14/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種高精度分布式光纖頻率傳遞方法，將本地端被傳遞頻率信號二分頻后作為探測信號，通過雙向波分復用在本地端和遠端間往返傳輸，在本地端得到包含光纖鏈路相位噪聲的探測信號；返回的探測信號與本地被傳遞頻率信號混頻、濾波得到相位共軛信號，將相位共軛信號通過另一個波長信道上發送到光纖鏈路上；所有用戶探測出前向共軛信號和后向探測信號，混頻得到穩定的頻率信號；遠端將接收到的前向相位共軛信號和前向探測信號混頻得到穩定的頻率信號。本發明避免了后向散射噪聲對頻率傳遞短期穩定性的影響；用戶共用相同波長，降低了用戶增加對頻率傳遞長期穩定性的影響和成本；采用無源補償，具有相對簡單、無限的動態范圍和快速補償的優勢。

技術領域

本發明涉及光纖時間頻率傳遞技術領域，具體是一種分布式光纖頻率傳遞方法。

背景技術

近些年來，隨著科技的不斷發展，原子頻標的穩定度得到了極大的提升。與此同時很多領域例如深空探測、粒子加速器、導航通信以及諸如陣列雷達等國防應用對于高穩定度的頻率源以及遠距離頻率同步的需求與日俱增。但是這些高穩定頻率源的價格非常昂貴，通常情況下體積巨大且需要在理想的環境下運作，因而長距離傳遞高穩定的頻率信號和遠距離的信號同步具有非常重大的意義。

傳統的頻率傳遞方案主要有基于GPS的頻率傳遞方案和基于衛星雙向比對的傳遞方案等。上述方案由于傳遞鏈路開放性高，在頻率傳遞過程中容易受到多徑效應等因素的干擾，能夠提供的系統長期穩定度只能達到10^-15量級，已經不能滿足現有應用的需求。相比較而言，光纖頻率傳遞方案具有帶寬大、損耗低、封閉性好和抗電磁干擾等優勢，因而使用光纖通信網傳遞高穩定度的頻率信號得到了廣泛的關注和研究。

使用光纖通信網傳遞頻率信號時，光纖鏈路受到外界環境的波動會對被傳遞的頻率信號引入相應的相位噪聲，從而影響被傳遞頻率信號的穩定度，因此對傳遞過程中引入的相位噪聲進行補償是必不可少的。現有的基于微波強度調制的光纖頻率傳遞主要分為主動相位噪聲補償方案和被動相位噪聲補償方案。主動相位噪聲補償方案使用環路法提取鏈路抖動引入的噪聲，通過算法驅動制動器來達到補償目的。此方案需要精確的延時抖動測量和復雜的算法，并受限于制動器的動態范圍。另一種方案采用混頻的方式實現相位的補償，避免了復雜的算法，同時具有無限的動態范圍和快速的補償速度。

為了拓展光纖頻率傳遞的應用范圍，如滿足分布式雷達、陣列天線等應用場景，我們需要分布式的頻率傳遞方案。為了實現高性能低成本的方案，我們需要解決后向散射、對稱性以及系統復雜度等問題，現有的方案基本沒能同時兼顧這幾個方面。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基于混頻方案的分布式光纖頻率傳遞方法。該方法基于分頻技術產生探測信號，在本地端利用混頻方式實現相位共軛，在用戶節點利用混頻方式實現鏈路時延抖動的相消來得到穩定的頻率信號。采用了WDM的方法來區分前后向波長來消除后向散射的影響，同時所有用戶共用相同的波長，避免了波長隨著用戶節點增多而增多，保證了前后向時延的對稱性，從而可以達到很好的長期穩定性。

本發明的技術解決方案如下：

一種高精度分布式光纖頻率傳遞方法，分布式光纖頻率傳遞系統包括本地端、光纖鏈路、多個用戶端、遠端，本地端與遠端位于光纖鏈路的兩端并通過光波分復用器與光纖鏈路相連，多個用戶端通過光耦合器接入所述的光纖鏈路，其特點在于，該方法包括下列步驟：

1)本地端被傳遞的頻率為f的頻率信號經功率分配器功分成兩路，一路輸入雙混頻模塊，另一路經二分頻器產生頻率為f/2的二分頻信號，并將該二分頻信號作為探測信號，該探測信號經電光調整器調制到波長為λ₁的光載波上，稱為前向探測信號，通過光波分復用器經光纖鏈路發送到遠端；

2)所述的遠端將接收到的探測信號調制到波長為λ₂的光載波上，通過光波分復用器經所述的光纖鏈路發送返回本地端，稱為后向探測信號；