[發(fā)明專利]基于單頻微波相推的光時延測量方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113395110B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 李樹鵬;潘時龍;王立晗;王祥傳;劉熙;湯曉虎;陳旭峰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/524;H04B10/54;H04B10/548
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發(fā)明公開了一種基于單頻微波相推的光時延測量方法，用頻率固定的單頻微波信號對連續(xù)的單波長光信號進行強度調(diào)制，并使用電脈沖信號對所得到的強度調(diào)制光信號進行調(diào)制，在時域上形成分立的一組光脈沖；以所述光脈沖對待測光鏈路進行探測，并對所得到的攜帶了待測光鏈路時延信息的光脈沖串進行拍頻處理；以所述電脈沖信號為參考觸發(fā)，同時對拍頻信號和所述單頻微波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在數(shù)字域得到拍頻信號和所述單頻微波信號之間的纏繞相位差；基于電脈沖信號的時域信息進行相位解纏，進而依據(jù)相推法解算得到待測光鏈路精確的光時延。本發(fā)明還公開了一種基于單頻微波相推的光時延測量裝置。本發(fā)明可實現(xiàn)大范圍、高精度、多點的光時延測量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種光時延測量方法，屬于光學測量技術領域。

背景技術

在5/6G通信網(wǎng)絡、光控相控陣、光纖傳感系統(tǒng)、分布式射電望遠鏡等光載系統(tǒng)中，光時延是一個重要參數(shù)，對光時延的測量和控制精度影響系統(tǒng)的性能，因而現(xiàn)有光載系統(tǒng)要求測量技術能兼顧大范圍、高精度、多點測量等指標。常用的光時延測量方法包括脈沖法、相推法、頻率掃描干涉法這三種。脈沖法通過直接測量光脈沖的往返時間得到光路的延時信息，但是其測量精度受限于脈沖的寬度，窄脈沖才能保證高測量精度(一般在納秒量級)。相推法通過光鏈路的相位響應計算鏈路的群時延變化，從而得到光時延，精度較高(可到數(shù)十飛秒量級)。但是由于鑒相器的鑒相范圍受限在360°范圍內(nèi)，所以相推法為了得到群時延響應需要調(diào)制一系列的微波信號進行相位解纏，這需要高性能的矢量網(wǎng)絡分析儀不斷切換發(fā)射和接收微波信號的頻率并進行實時鑒相，導致相推法測時延成本高昂，除此之外，該方案無法測量光路中的多個反射點。頻率掃描干涉法通過使用連續(xù)線性掃頻的激光器，通過干涉頻率得到時延信息。該方案受限于激光器的線寬和線性掃頻的線性度，測量范圍一般在千米級左右。

綜上，現(xiàn)有光時延技術存在以下問題：1)脈沖法無法實現(xiàn)高精度的光時延測量；2)相推法需要切換多個頻率的微波信號進行相位解纏，裝置價格昂貴，且無法測量多反射點；3)頻率掃描干涉法無法實現(xiàn)長距離光時延測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種基于單頻微波相推的光時延測量方法，可以通過單頻微波信號實現(xiàn)相位解纏，從而實現(xiàn)大范圍、高精度、多點的光時延測量。

本發(fā)明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

基于單頻微波相推的光時延測量方法，用頻率固定的單頻微波信號對連續(xù)的單波長光信號進行強度調(diào)制，并使用電脈沖信號對所得到的強度調(diào)制光信號進行調(diào)制，在時域上形成分立的一組光脈沖；以所述光脈沖作為探測信號對待測光鏈路進行探測，并用光電探測器對所得到的攜帶了待測光鏈路時延信息的光脈沖串進行拍頻處理；以所述電脈沖信號為參考觸發(fā)，同時對拍頻信號和所述單頻微波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在數(shù)字域得到拍頻信號和所述單頻微波信號之間的纏繞相位差；基于所述電脈沖信號的時域信息對所述纏繞相位差進行相位解纏，進而依據(jù)相推法解算得到待測光鏈路精確的光時延。

優(yōu)選地，待測光鏈路精確的光時延通過以下公式解算：

其中，τ_i為待測光鏈路在反射式探測條件下第i個反射點的光時延量，或為待測光鏈路在直通式探測條件下第i條并行支路的光時延量；τ′_i為所述電脈沖信號和所述拍頻信號中第i個光電流脈沖信號的時間間隔；f_m為所述單頻微波信號的頻率；為拍頻信號和所述單頻微波信號之間的纏繞相位差；[…]為四舍五入取整符號。

優(yōu)選地，所述以所述電脈沖信號為參考觸發(fā)，同時對拍頻信號和所述單頻微波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，具體實現(xiàn)方式如下：以拍頻信號和所述單頻微波信號作為同一個雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩通道輸入，并以所述電脈沖信號作為該雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)信號。

優(yōu)選地，所述使用電脈沖信號對所得到的強度調(diào)制光信號進行調(diào)制，具體為：令所述強度調(diào)制光信號經(jīng)過一個光開關，并用所述電脈沖信號對光開關進行控制。