一种光纤时频传递中频率信号相位的修正装置及方法与流程

本发明属于光纤时频传输中频率信号相位技术领域，特别涉及一种光纤时频传递中频率信号相位的修正装置及方法。

背景技术：

长距离的高精度时间频率信号传递对于时钟比对、甚长基线干涉和导航等领域扮演重要角色。然而，传统的时间频率传递系统(如长、短波，卫星时间频率传递系统等)已经不能符合如今高精度的原子频标的长距离传递性能指标。在此基础上，光纤具有带宽高、损耗小和抗干扰性强等优点，同时成熟的光纤通信网也为利用光纤进行频率传递奠定了坚实的基础。近年来，以光纤作为频率传递信道的实验研究已经得到了广泛的报道。

光纤频率传递中，在发送端往往将需要传递的频率信号倍频为高频信号后，进行传输，这样可以提高对噪声检测的灵敏度，最终提高频率传递的稳定度。虽然在锁定后只要保持不失锁的情况下，接收端输出的频率信号与发送端的频率信号保持相位稳定，但在接收端需要将传输过来的高频信号进行分频后使用，分频过程中分频器存在初始值的随机性，所以每次系统开机或者系统失锁后重新锁定，接收端输出的频率信号与发送端的频率信号的相位关系是不确定的，需要对光纤时频传递中频率信号相位进行修正。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光纤时频传递中频率信号相位的修正装置及方法，以解决上述存在的技术问题。本发明能够实现光纤时频传递中频率信号相位的修正，可提升光纤时频传输中频率信号相位的确定性和重现性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光纤时频传递中频率信号相位的修正装置，包括：发射端，用于发射时间信号和频率信号；接收端，用于接收发射端发出的时间信号和频率信号，并将接收的频率信号处理为时间信号，输出处理获得的时间信号与接收到的时间信号的时差；用于接收相位修正控制信号，对频率信号相位修正，输出修正后的同步频率信号；控制单元，用于接收接收端输出的时差并向接收端返回相位修正控制信号。

进一步的，发射端包括：原子钟、光纤时间同步发射机和光纤频率传递发射机；原子钟的时间信号输出端与光纤时间同步发射机的输入端相连接，光纤时间同步发射机的输出端用于输出时间信号；原子钟的频率信号输出端与光纤频率传递发射机的输入端相连接，光纤频率传递发射机的输出端用于输出频率信号。

进一步的，接收端包括：光纤时间同步接收机、光纤频率传递接收机、移相器、分频器和时差测量器；光纤时间同步接收机的输入端与光纤时间同步发射机的输出端相连接，光纤时间同步接收机的输出端与时差测量器的输入端相连接，时差测量器的输出端用于输出时差；光纤频率传递接收机的输入端与光纤频率传递发射机的输出端相连接，光纤频率传递接收机的输出端与移相器的输入端相连接；移相器的输出端包括两路，一路输出端用于输出同步频率信号，另一路输出端与分频器的输入端相连接，分频器的输出端与时差测量器的输入端相连接。

进一步的，控制单元为运算控制单元；运算控制单元的输入端与时差测量器的输出端相连接，运算控制单元的输出端与移相器的输入端相连接。

进一步的，移相器为可编程移相器。

进一步的，发射端发出的时间信号和频率信号采用波分复用的形式经过一根光纤传输；或者，发射端发出的时间信号和频率信号采用两根独立光纤的形式传输。

一种光纤时频传递中频率信号相位的修正方法，包括以下步骤：

步骤1，发射一个时间信号以及一个频率信号；

步骤2，接收步骤1发出的时间信号和频率信号，并将接收的频率信号处理为时间信号，根据处理获得的时间信号与接收到的时间信号获得二者的时差；

步骤3，根据步骤2获得时差，控制调整频率信号的相位，最终输出同步频率信号。

进一步的，步骤1具体为，在发送端，通过原子钟产生一个参考时间信号以及一个参考频率信号，参考时间信号通过光纤时间同步发射机送出，参考频率信号通过光纤频率传递发射机发送出；光纤时间同步发射机和光纤频率传递发射机的两组相关光信号采用波分复用的形式经过一根光纤传输；或者，采用两根独立光纤的形式传输。

进一步的，步骤2具体为，在接收端，通过光纤时间同步接收机输出与参考时间信号同步的时间信号，通过光纤频率传递接收机输出与参考频率信号相位稳定的频率信号；光纤频率传递接收机输出的频率信号通过可编程移相器后输出两路频率信号，一路通过分频器得到时间信号，将处理获得的时间信号与光纤时间同步接收机输出的时间信号输入时差测量器，进行时差比对并获得二者的时差值；另一路作为最终输出的同步频率信号。

进一步的，步骤3具体为，根据步骤2获得的时差值通过运算控制单元得出相位调整控制信号；根据相位调整控制信号通过可编程移相器对接收到的频率信号进行调整，最终输出相位与步骤1发射的时间信号同步的频率信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过发射时间信号及频率信号；接收端得到的频率信号经过处理转变为时间信号，将其与接收端得到的时间信号进行时差比对，获得时差值；通过时差值分析频率信号的相位偏差并对其进行相位修正，可避免光纤频率传递接收端输出信号相位在每次重新锁定时存在随机性的问题，可提升光纤时频传输中频率信号相位的确定性和重现性。

附图说明

图1是本发明的一种光纤时频传递中频率信号相位的修正装置的结构示意框图；

图2是实施例的时间信号同步频率信号相位示意图；图2(a)为未经相位修正的频率信号示意图，图2(b)为相位修正的最终输出的同步频率信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明的一种光纤时频传递中频率信号相位的修正装置，包括：

发射端，用于发射时间信号和频率信号。具体的，发射端包括：原子钟、光纤时间同步发射机和光纤频率传递发射机；原子钟的时间信号输出端与光纤时间同步发射机的输入端相连接，光纤时间同步发射机的输出端用于输出时间信号；原子钟的频率信号输出端与光纤频率传递发射机的输入端相连接，光纤频率传递发射机的输出端用于输出频率信号。

接收端，用于接收发射端发出的时间信号和频率信号，并将接收的频率信号处理为时间信号，输出处理获得的时间信号与接收到的时间信号的时差；用于接收相位修正控制信号，对频率信号相位修正，输出修正后的同步频率信号。具体的，接收端包括：光纤时间同步接收机、光纤频率传递接收机、移相器、分频器和时差测量器；光纤时间同步接收机的输入端与光纤时间同步发射机的输出端相连接，光纤时间同步接收机的输出端与时差测量器的输入端相连接，时差测量器的输出端用于输出时差；光纤频率传递接收机的输入端与光纤频率传递发射机的输出端相连接，光纤频率传递接收机的输出端与移相器的输入端相连接；移相器的输出端包括两路，一路输出端用于输出同步频率信号，另一路输出端与分频器的输入端相连接，分频器的输出端与时差测量器的输入端相连接。

控制单元，用于接收接收端输出的时差并向接收端返回相位修正控制信号。具体的，控制单元为运算控制单元；运算控制单元的输入端与时差测量器的输出端相连接，运算控制单元的输出端与移相器的输入端相连接。

其中实施例还可以为，移相器为可编程移相器。发射端发出的时间信号和频率信号采用波分复用的形式经过一根光纤传输；或者，发射端发出的时间信号和频率信号采用两根独立光纤的形式传输。

本发明的一种光纤时频传递中频率信号相位的修正方法，包括以下步骤：

步骤1，发射一个时间信号以及一个频率信号；

步骤2，接收步骤1发出的时间信号和频率信号，并将接收的频率信号处理为时间信号，根据处理获得的时间信号与接收到的时间信号获得二者的时差；

步骤3，根据步骤2获得时差，控制调整频率信号的相位，最终输出同步频率信号。

请参阅图1，本发明的一种光纤时频传递中频率信号相位的修正方法，基于光纤时频传递中时间信号同步频率信号相位电机方法，具体包括以下步骤：

步骤1，在发送端，原子钟产生一个参考时间信号以及一个参考频率信号，参考时间信号经过光纤时间同步发射机送出去，参考频率信号经过光纤频率传递发射机发送出去。

其中，步骤1所述的光纤时间同步发射机和光纤频率传递发射机的两组相关光信号可以采用波分复用的形式经过一根光纤传输，也可以采用两根独立光纤的形式传输。

步骤2，在接收端，光纤时间同步接收机输出与参考时间信号同步的时间信号，光纤频率传递接收机输出与参考频率信号相位稳定的频率信号；光纤频率传递接收机输出的频率信号经过一个可编程移相器后输出两路频率信号，一路经过分频器得到时间信号与光纤时间同步接收机输出的时间信号输入至时差测量器，进行时差比对。另一路作为最终输出的同步频率信号。

具体的，将分频器得到时间信号与光纤时间同步接收机输出的时间信号进行时差比对，得到时差值，记为δt，经过n次平均得到δt0；n为大于1的整数。

步骤3，运算控制单元根据步骤2所述的δt0，将δt0值送入可编程移相器，可编程移相器根据δt0值内部进行移相，使最终输出的频率信号的相位与参考时间信号同步。

例如，步骤1中，可假定源端发射站的参考时间信号为1pps(onepulsepersecond)信号，频率信号的频率为10mhz。图2是实施例的时间信号同步频率信号相位示意图，可表明在发送端及接收端时间信号同步频率信号相位的具体形式。

综上，本发明根据光纤时间频率传递技术的应用实际情况，提出了一种光纤时频传递中时间信号同步频率信号相位方法，通过原子钟产生参考时间信号及参考频率信号，两者分别在光纤链路中进行传递(可以采用波分复用的形式经过一根光纤传输，也可以采用两根独立光纤的形式传输)；接收端得到的频率信号经过分频器转变为时间信号与接收端得到的时间信号进行时差测量，通过时差值进一步分析频率信号的相位偏差并对其进行相位修正，避免了光纤频率传递接收端输出信号相位在每次重新锁定时存在随机性的问题，提升了光纤时频传输中频率信号相位的确定性和重现性。