[發明專利]基于脈沖光調制的光時延測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202110658905.8
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113328797B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李樹鵬;潘時龍;劉熙;王祥傳;湯曉虎;王立晗;陳旭峰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/524
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種基于脈沖光調制的光時延測量方法，用單頻微波信號對光脈沖信號進行強度調制，并以生成的光載微波信號對待測光鏈路進行探測；對探測光信號進行光電轉換，并從轉換后的電信號中提取出單頻微波信號的同頻分量；在光脈沖信號的脈寬時間內對單頻微波信號以及單頻微波信號的同頻分量同時進行數字化采樣，并在數字域得到兩者之間的相位差；以光脈沖信號的發出時刻至采樣時刻之間的時間作為待測光鏈路的光時延粗測值，并基于光時延粗測值解算出整周模糊度，進而解算得到待測光鏈路精確的光時延。本發明還公開了一種基于脈沖光調制的光時延測量裝置。本發明具有測量速度快，結構簡單，實現成本低,不易受環境影響的優點。

技術領域

本發明涉及一種光時延測量方法，屬于光測量技術領域。

背景技術

時延是信號產生、傳輸、控制中的基礎參量，隨著光類電子信息系統的快速發展，構成該類系統的承載網、核心網、骨干網都是由各種光鏈路類產品組成。而各類光鏈路類產品在生產、應用、維護全過程都需要對光鏈路延時進行精密高速測量。對光鏈路中時延進行快速穩定地測量成為5G通信、光控相控陣、分布式雷達網絡等高性能信息系統研究和應用的關鍵。

常用的光時延測量方法主要有脈沖法、掃頻干涉法、相推法三種。脈沖法即為時域法，直接記錄發射光脈沖信號與接收光脈沖信號的時間間隔得到待測光時延。脈沖法通常以光鏈路中脈沖的后向散射信號為接收信號，但散射信號較弱，系統信噪比不高，測量精度受限。而受色散等非線性效應限制，脈沖能量不能無限提高。因此脈沖法精度不高，常為米量級。同時由于脈沖寬度的限制，該測量方法存在測量盲區。掃頻干涉法又稱為頻域法，利用連續掃描的激光器和干涉結構，可獲得較高的測量精度，精度能達到毫米量級，但對掃頻激光器的要求較高，價格昂貴；而且受限于激光器的線寬和掃頻的線性度，往往需要一個輔助干涉儀校正光源的調頻非線性，隨著測量范圍的增大，精度也會惡化。也可以利用相干光干涉條紋計數法實現基于干涉結構的光時延測量，通過觀察干涉條紋間距測量測量時延，此類方法結構復雜實現難度大，常用于空間光的時延測量。

相推法利用鏈路傳輸時相位變化解算光時延，精度較高，常在亞毫米級，但是為保證測量精度，往往需要測量較高頻信號的相位，由于高頻鑒相器往往需要采用變頻，易引入額外的噪聲，帶來誤差。此外為獲得高頻信號的整周模糊度，需要在一定范圍內掃頻，獲得多個頻點的相位，不僅提高了系統成本和復雜度，也限制了該方法的測量速度。

綜上，現有技術存在以下缺點：(1)脈沖法精度較差，僅為米級；(2)掃頻干涉法對器件要求高，成本高且測量范圍較短；(3)相推法需要掃頻，測量速度受限且高頻鑒相易引入誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于脈沖光調制的光時延測量方法，避免了傳統相推法中需要掃頻解算整周模糊的缺陷，并通過數字域的方法快速獲得相位，提升了測量速度，具有測量速度快，結構簡單，實現成本低,不易受環境影響的優點。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

基于脈沖光調制的光時延測量方法，用單頻微波信號對光脈沖信號進行強度調制，并以所生成的光載微波信號作為探測光信號對待測光鏈路進行探測；對探測得到的攜帶了待測光鏈路時延信息的探測光信號進行光電轉換，并從轉換后的電信號中提取出所述單頻微波信號的同頻分量；以所述光脈沖信號的同步輸出電脈沖信號為參考觸發，在所述光脈沖信號的脈寬時間內對所述單頻微波信號以及所述單頻微波信號的同頻分量同時進行數字化采樣，并在數字域得到兩者之間的相位差；以所述光脈沖信號的發出時刻至采樣到所述單頻微波信號的同頻分量的時刻之間的時間作為待測光鏈路的光時延粗測值，并基于光時延粗測值解算出整周模糊度，進而解算得到待測光鏈路精確的光時延。

優選地，整周模糊度N使用以下公式解算：

N＝[f_mτ₁]