[發明專利]一種高精度時頻同步信號分發系統與其分發方法

在審

• 申請號: 202111567381.8
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114401066A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 聶海江;冀貞海;侯文棟;趙昂然;李貴顯;劉志武;吳克釗;朱曉丹;吳昊
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團八五一一研究所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04B10/2507
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種高精度時頻同步信號分發系統與其分發方法，利用超低相噪的飛秒光脈沖作為系統參考頻率源，通過光纖分發到分布式系統各個站點作為參考源，再通過基于光鑒相器的時頻同步信號提取技術從站中提取出皮秒級高精度時頻參考信號；為了降低主從站點間光纖鏈路受到外界環境干擾而造成的相噪惡化，采用基于鎖相環的光纖穩相傳輸技術和基于混頻消除的光纖穩相傳輸技術，可以補償和消除鏈路引入的時間抖動，為各個分站提供超低相噪時頻參考信號，實現各個站點間的皮秒級高精度時頻同步。

技術領域

本發明屬于分布式系統領域，具體涉及一種高精度時頻同步信號分發系統與其分發方法。

背景技術

在分布式系統中，需要高精度的時頻同步信號，以實現各個分布式站點間的聯合探測。高精度時頻分配與同步技術是支撐雷達探測系統、深空探測網絡、甚長基線干涉測量等先進科學技術領域取得創新發展的關鍵技術之一。時頻同步信號的相位噪聲對于分布式系統來說至關重要，將決定系統對目標的探測概率和探測距離等，是先進分布式探測系統中最重要的指標之一。

傳統的時頻同步信號分發系統往往將晶振作為基準頻率源，通過不斷向上倍頻得到較高的參考頻率。晶振作為參考頻率源存在相噪較高的問題，且在向上倍頻的過程中相噪將進一步惡化。目前商用的晶振日穩定度僅能達到10^-11量級，很難進一步提高。且晶振震蕩頻率最高僅能達到100MHz量級，進行N倍頻后相噪將惡化20logN dB。隨著先進射頻探測系統頻段不斷提高，晶振作為基準頻率源已經越來越無法滿足要求。

分布式系統中，往往將基準頻率源放置在主站內，通過光纖、同軸電纜等將參考信號分發到各個分站，作為分站的時頻參考。在主站傳輸到從站的過程中，信號傳輸鏈路易受環境干擾而使得參考信號相噪惡化，影響分站間的同步精度。采用穩相傳輸技術在主從站間傳輸高精度時頻同步信號，可以降低信號的相噪惡化，提高系統時頻同步性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度時頻同步信號分發系統與其分發方法，實現了分布式系統各站點間皮秒級高精度時頻同步。

實現本發明的技術解決方案為：一種高精度時頻同步信號分發系統，包括主站、M個從站和3M路主從站間光纖鏈路，M≥2，主站包括鏈路反饋基準頻率源、第一光鑒相器、第一PI、鎖模激光器、可調光延時線；從站包括第二光鑒相器、第二PI、第一VCO、第三光鑒相器、第三PI、第二VCO、混頻器；主從站間光纖鏈路包括第一光纖鏈路、第二光纖鏈路和第三光纖鏈路。

一種高精度時頻同步信號分發系統的分發方法，步驟如下：

步驟1：鎖模激光器產生飛秒光脈沖作為系統時頻參考源；

步驟2：在主站中，對選定的某一從站，利用基于光鎖相環的穩相傳輸技術，將飛秒光脈沖送入與該從站對應的可調光延時線，通過第一PI控制可調光延時線，調節補償三路光纖鏈路延時；將補償延時后的光脈沖經第三光纖鏈路傳送給該從站；到達從站后，該光脈沖分成第一路和第二路，第一路光脈沖注入第三光鑒相器，轉入步驟3；第二路經第二光纖鏈路反饋回主站，在主站中，將第二光纖鏈路反饋回的光脈沖再分為兩路，一路光脈沖送入第一光鑒相器，通過第一光鑒相器對比得出光脈沖與鏈路反饋基準頻率源信號間的相位差信息，將相位差信息送入第一PI，從而通過第一PI反饋控制光延時線，構建光鎖相環反饋回路，補償光脈沖在光纖鏈路傳輸中受外界影響造成的時間抖動；第二光纖鏈路反饋給主站的另一路光脈沖，經第一光纖鏈路再反饋回選定從站，轉入步驟4；

步驟3：在選定從站中，利用基于光鑒相器的時頻同步信號提取技術，將第三光纖鏈路傳來的第一路光脈沖注入第三光鑒相器，將第二VCO輸出的主時頻信號在第二光鑒相器與光脈沖進行對比，得出相位差信息；將第三光鑒相器輸出的相位差信息送入第三PI，放大后反饋控制第二VCO，降低第二VCO輸出的主時頻信號的相位抖動，輸出皮秒級高精度主時頻信號，初步實現主站高精度時頻參考源分發至從站；轉入步驟5；