CN106506106A - 基于光纤时间传递的高精密时间频率源 - Google Patents

基于光纤时间传递的高精密时间频率源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤时间传递的高精密时间频率源，包括：第一光纤通信模块，所述第一光纤通信模块用于接收参考端的第二光纤通信模块发送的参考时频信息；时间频率源，用于生成客户端的时频信息；驯服控制系统，所述驯服控制系统用于根据所述客户端和所述参考端之间光纤链路的路径延时，以及所述参考时频信息对所述客户端进行驯服。本发明具有如下优点：使用光纤直接将参考端与客户端的时间频率信号进行双向传输，根据两者差值通过相应算法对客户端时间频率源进行驯服。

Description

基于光纤时间传递的高精密时间频率源
技术领域
本发明涉及时间频率校准技术领域，特别涉及一种基于光纤时间传递的高精密时间频率源。
背景技术
当前，国内外各实验室之间，几乎都通过全球导航卫星系统进行时频比对，利用GPS共视比对来完成近、远距离上的时间频率比对溯源工作。
在国际原子时合作中，各参与实验室的主要比对手段就是通过基于卫星导航系统的时间频率传递或者基于同步轨道卫星的卫星双向时间频率传递。但现有技术存在测量不确定度难以满足性能指标快速提升的原子时标和原子频标的测量需求；同时，国内目前的时间频率体系中时间溯源体系不完整，基准以下各级计量机构基本没有可溯源到国家时间频率计量基准的时间标准，所以构建可向国家时间频率计量基准进行高精度溯源的时间频率标准，尤其是时间标准，非常必要。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于光纤时间传递的高精密时间频率源，以解决上述的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于光纤时间传递的高精密时间频率源，包括：第一光纤通信模块，用于接收参考端的第二光纤通信模块发送的参考时频信息；时间频率源，用于生成客户端的时频信息；驯服控制系统，用于根据所述客户端和所述参考端之间光纤链路的路径延时，以及所述参考时频信息对所述时间频率源进行驯服。
根据本发明实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，使用光纤直接将参考端与客户端的时间频率信号进行双向传输，根据两者差值通过相应算法对客户端时间频率源进行驯服。
另外，根据本发明上述实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述客户端和所述参考端之间的时间频率源之差，通过以下公式计算得到：
TS(1)-TS(2)＝+0.5TI(1)
-0.5TI(2)
+0.5SP(1)
-0.5SP(2)
+0.5[TX(1)-RX(1)]
-0.5[TX(2)-RX(2)]
+[CD(1)-CD(2)]
其中，TS(i)代表本地时间频率参考，TI(i)代表时间计数间隔，SP(i)代表信号路径延时，TX(i)代表TWOTFT站i的发射路径的信号延时，RX(i)代表TWOTFT站i的接收路径的信号延时，CD(i)代表TWOTFT设备i的链路校准延时；
其中TWOTFT设备进行时间传递的链路校准总延时CD(i)包括外部参考延时，内部参考延时和设备的内部延时三部分；
CD(1)-CD(2)＝+XP(1)-XP(2)
+XO(1)-XO(2)
+ID(1)-ID(2)
XP(i)代表TWOTFT设备i外部参考延时；XO(i)代表TWOTFT设备i内部参考延时，ID代表TWOTFT设备i内部延时。
进一步地，所述第一光纤通信模块包括：第一光通信模块，用于接收光信号；光电转换模块，用于将所述光信号转换成第一电信号；第一调制解调器，用于根据所述第一电信号得到所述参考时频信息；其中，所述第二光纤通信模块包括第二调制解调器、电光转换模块和第二光通信模块，所述第二调制解调器用于根据所述参考时频信息生成第二电信号，所述电光转换模块用于根据所述第二电信号生成所述光信号，所述第二光通信模块用于向所述第一光通信模块发送所述光信号。
进一步地，所述第一调制解调器进一步用于根据所述第一电信号得到所述参考端的秒脉冲和测距码，所述驯服控制系统进一步用于根据所述参考端的秒脉冲和测距码、所述客户端的秒脉冲，以及所述客户端和所述参考端之间光纤链路的路径延时对所述客户端进行驯服。
进一步地，所述第二调制解调器包括发射单元和接收单元，所述发射单元将测距码调制到中频载波上，同时输出与外部l pps同步的1pps和测距码；所述接收单元接收所述中频载波，对调制的测距码进行解调，测量出信号从所述参考端和所述客户端的延时，同时输出本地复现的1pps和测距码。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源的结构框图；
图2是本发明一个实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源的结构示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的原子钟智能驯服方法和驯服系统。
图1是本发明实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源的结构框图。如图1所示，一种基于光纤时间传递的高精密时间频率源，包括：第一光纤通信模块100、时间频率源200和驯服控制系统300。其中，第一光纤通信模块100用于接收参考端的第二光纤通信模块发送的参考时频信息。时间频率源200用于生成客户端的时频信息。驯服控制系统300用于根据客户端和参考端之间光纤链路的路径延时，以及参考时频信息对客户端进行驯服。
本发明实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，根据参考端和客户端的时频信息对客户端时间频率标准源进行相位、频率调整，使时间频率源的时间与参考端的UTC(NIM)时差缩短至可接受范围内。将调整后的时间频率源接入客户端接收机进行测量，完成驯服。
在本发明的一个实施例中，客户端和参考端之间双向时间频率传递过程中，需要考虑光纤链路的路径延时，因此，时间频率源之差通过以下公式计算得到：
TS(1)-TS(2)＝+0.5TI(1)
-0.5TI(2)
+0.5SP(1)
-0.5SP(2)
+0.5[TX(1)-RX(1)]
-0.5[TX(2)-RX(2)]
+[CD(1)-CD(2)]
其中，TS(i)代表本地时间频率参考，TI(i)代表时间计数间隔，SP(i)代表信号路径延时，TX(i)代表TWOTFT站i的发射路径的信号延时，RX(i)代表TWOTFT站i的接收路径的信号延时，CD(i)代表TWOTFT站i的链路校准延时。
在使用光纤链路进行时间传递之前，应先进行链路校准。TWOTFT设备进行时间传递的链路校准总延时CD(i)包括外部参考延时，内部参考延时和设备的内部延时三部分。
CD(1)-CD(2)＝+XP(1)-XP(2)
+XO(1)-XO(2)
+ID(1)-ID(2)
XP(i)代表TWOTFT设备i外部参考延时，即本地时标参考到TWOTFT设备1PPS IN之间延时；XO(i)代表TWOTFT设备i内部参考延时，即TWOTFT设备1PPS IN到TWOTFT设备参考点之间延时；ID代表TWOTFT设备i内部延时，即设备传送和接收信号之间的延时，通过直接将不同的TWOTFT设备做共钟差得到ID(1)-ID(2)。
在本发明的一个实施例中，第一光纤通信模块100包括：第一光通信模块、光电转换模块和第一调制解调器。其中，第一光通信模块用于接收光信号。光电转换模块用于将所述光信号转换成第一电信号。第一调制解调器用于根据所述第一电信号得到所述参考时频信息。其中，第二光纤通信模块包括第二调制解调器、电光转换模块和第二光通信模块，第二调制解调器用于根据所述参考时频信息生成第二电信号，电光转换模块用于根据第二电信号生成所述光信号，所述第二光通信模块用于向所述第一光通信模块发送所述光信号。
在本发明的一个实施例中，第一调制解调器110进一步用于根据第一电信号得到参考端的秒脉冲和测距码，驯服控制系统进一步用于根据参考端的秒脉冲和测距码、客户端的秒脉冲，以及客户端和参考端之间光纤链路的路径延时对客户端进行驯服。
在本发明的一个示例中，基于光纤时间传递的高精密时间频率源的结构如图2所示，在参考端，将本地调制解调器接入参考端时标UTC(NIM)，其发射单元将测距码调制到中频载波上(例如BPSK调制)，同时输出与接入外部秒脉冲(pps，pulse per second)同步的1pps和测距码，之后经过E/O(电光转换)转换成光信号，通过光纤进行传输，在远距离的客户端站点通过O/E(光电转换)转换成电信号后，由客户端的调制解调器的接收单元接收中频载波，对调制的测距码进行解调，测量出信号从发射到接收的时延，同输出本地复现的1pps和测距码。同时在相反方向，客户端发射，参考端接收，也进行类似的操作，这样就形成了双向时间频率传输链路。
在本发明的一个实施例中，第二调制解调器包括发射单元和接收单元，所述发射单元将测距码调制到中频载波上(BPSK调制)，同时输出与外部l pps同步的1pps和测距码；所述接收单元接收所述中频载波，对调制的测距码进行解调，测量出信号从所述参考端和所述客户端的延时，同时输出本地复现的1pps和测距码。
另外，本发明实施例的基于光纤时间传递的高精密时间频率源的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种基于光纤时间传递的高精密时间频率源，其特征在于，包括：
第一光纤通信模块，用于接收参考端的第二光纤通信模块发送的参考时频信息；
时间频率源，用于生成客户端的时频信息；
驯服控制系统，用于根据所述客户端和所述参考端之间光纤链路的路径延时，以及所述参考时频信息对所述时间频率源进行驯服。
2.根据权利要求1所述的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，其特征在于，所述客户端和所述参考端之间的时间频率源之差，通过以下公式计算得到：
TS(1)-TS(2)＝+0.5TI(1)
-0.5TI(2)
+0.5SP(1)
-0.5SP(2)
+0.5[TX(1)-RX(1)]
-0.5[TX(2)-RX(2)]
+[CD(1)-CD(2)]
其中，TS(i)代表本地时间频率参考，TI(i)代表时间计数间隔，SP(i)代表信号路径延时，TX(i)代表TWOTFT站i的发射路径的信号延时，RX(i)代表TWOTFT站i的接收路径的信号延时，CD(i)代表TWOTFT设备i的链路校准延时；
其中TWOTFT设备进行时间传递的链路校准总延时CD(i)包括外部参考延时，内部参考延时和设备的内部延时三部分；
CD(1)-CD(2)＝+XP(1)-XP(2)
+XO(1)-XO(2)
+ID(1)-ID(2)
XP(i)代表TWOTFT设备i外部参考延时；XO(i)代表TWOTFT设备i内部参考延时，ID代表TWOTFT设备i内部延时。
3.根据权利要求1所述的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，其特征在于，所述第一光纤通信模块包括：
第一光通信模块，用于接收光信号；
光电转换模块，用于将所述光信号转换成第一电信号；
第一调制解调器，用于根据所述第一电信号得到所述参考时频信息；
其中，所述第二光纤通信模块包括第二调制解调器、电光转换模块和第二光通信模块，所述第二调制解调器用于根据所述参考时频信息生成第二电信号，所述电光转换模块用于根据所述第二电信号生成所述光信号，所述第二光通信模块用于向所述第一光通信模块发送所述光信号。
4.根据权利要求3所述的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，其特征在于，所述第一调制解调器进一步用于根据所述第一电信号得到所述参考端的秒脉冲和测距码，所述驯服控制系统进一步用于根据所述参考端的秒脉冲和测距码、所述客户端的秒脉冲，以及所述客户端和所述参考端之间光纤链路的路径延时对所述客户端进行驯服。
5.根据权利要求3或4所述的基于光纤时间传递的高精密时间频率源，其特征在于，所述第二调制解调器包括发射单元和接收单元，所述发射单元将测距码调制到中频载波上，同时输出与外部1pps同步的1pps和测距码；所述接收单元接收所述中频载波，对调制的测距码进行解调，测量出信号从所述参考端和所述客户端的延时，同时输出本地复现的1pps和测距码。
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