CN106603184B - 一种高精度多站点光纤时间同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度多站点光纤时间同步方法，包括：1)源端发射站与末端接收站双向时间比对，2)沿途接收站同步时间信号再生；两个同时进行的过程。本发明只需要源端发射站与末端接收站进行不间断的双向时间比对，而沿途各个接收站只接收来自源端发射站与末端接收站的双向时间比对信号，再生出与源端发射站同步的时间信号，不参与双向时间比对。该方法能够实现多站点光纤时间同步与点对点光纤时间同步具有一样的同步精度和可靠性，而且沿途接收站点间互不影响，数量可以灵活增减。

Description

一种高精度多站点光纤时间同步方法

技术领域

本发明属于光纤时间授时同步技术领域，涉及多站点光纤时间同步，尤其是一种高精度多站点光纤时间同步方法。

背景技术

在航空航天、雷达同步、尖端武器操控、高速通信、深空探测等领域，都对时间同步提出了很高的要求。目前的长波授时只能达到微秒的同步精度，卫星共视只能达到纳秒级的同步精度，而即便是价格昂贵的卫星双向比对法也只能达到百皮秒的同步精度。光纤时间同步方法可以达到一百皮秒的同步精度，而且设备价格远低于卫星双向比对法，所以光纤时间同步方法有广阔的应用前景。

目前，绝大部分光纤时间同步的方案都是点对点的，而时间应用中往往需要实现多站点间的同步，例如多个雷达固定站间的同步，多个观察站间的同步。如果用点对点的方案实现多站点同步，就需要大量地光纤时间同步设备进行级联和分路，不仅增加了很多成本，而且级联和分路的过程会引入误差，多级级联还会有误差的累积。现有的分布式多站点间光纤时间同步方法，多是基于各个接收站点与源端发射站间同时或者分时进行双向时间比对的方案，这些方案需要各个站点都有激光器和探测器，并且源端站需要对各个站点进行复杂的调控，不但成本高，操作复杂，而且运行过程出故障的概率增加。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高精度多站点光纤时间同步方法，该方法能够实现多站点光纤时间同步与点对点光纤时间同步具有一样的同步精度和可靠性，而且沿途接收站点间互不影响，数量可以灵活增减。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种高精度多站点光纤时间同步方法，包括：1)源端发射站与末端接收站双向时间比对，2)沿途接收站同步时间信号再生；两个同时进行的过程，具体为：

1)源端发射站与末端接收站双向时间比对过程由下述步骤组成：

1.1)实时测量计算光纤链路的实时时延值

源端发射站和末端接收站连续互发时间信号，根据比对结果计算出光纤链路的实时时延值；

1.2)源端发射站进行前置补偿；

1.3)末端接收站与源端发射站同步；

2)每个沿途接收站同步时间信号再生过程相同，由下述步骤组成：

2.1)解调出来自源端发射站的时间信号；

2.2)解调出来自末端接收站的时间信号；

2.3)校准沿途接收站的守时振荡器的频率；

用解调出的来自源端发射站的时间信号，对沿途接收站的守时振荡器进行频率校准；

2.4)沿途接收站产生时间信号

沿途接收站将步骤2.3)所述的守时振荡器的频率信号进行分频，产生时间信号；

2.5)时差测量

沿途接收站内部的时差测量器测量解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差，此处t_s-m；测量沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差t_m-r；

2.6)计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt；

2.7)控制沿途接收站产生的时间信号的相位：

根据步骤2.6)计算出的沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt，运算控制单元设置可编程延迟器的延迟量，完成对沿途接收站产生的时间信号的移相控制，并实现沿途接收站输出的时间信号与源端发射站的参考时间信号的高精度同步。

进一步，以上步骤1)的1.2)中，源端发射站根据步骤1.1)得到的光纤链路实时时延值，通过前置补偿的方式，调整源端发射站发射出去的时间信号的相位，使其超前于源端发射站的参考时间信号的相位，相位超前量为步骤1.1)得到的光纤链路实时时延值。

进一步，以上步骤1)的1.3)中，末端接收站接收到来自源端发射站的时间信号，末端接收站将其保持的时间信号与接收到的时间信号进行同步，从而实现末端接收站的时间信号与源端发射站的参考时间信号的高精度同步。

进一步，以上步骤2)的2.1)具体为：沿途接收站将来自源端发射站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA继续前往末端接收站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号；所述解码器解出的时间信号是沿途接收站接收到的来自源端发射站的时间信号，经过沿途接收站与源端发射站间的光纤链路延迟后得到的。

进一步，以上步骤2)的2.2)具体为：沿途接收站将来自末端接收站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA继续前往源端发射站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号；所述解码器解出的时间信号是沿途接收站接收到的来自末端接收站的时间信号，经过沿途接收站与末端接收站间的光纤链路延迟后得到的。

进一步，以上步骤2)的2.6)中，计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt具体为：根据步骤2.5)测得的时差值，计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt，计算公式为：

Δt＝(t_s-m-t_m-r)/2

其中t_s-m是测得的解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差值，t_m-r是测得的沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差值。

本发明具有以下有益效果：

本发明的高精度多站点光纤时间同步方法，只需要源端发射站与末端接收站进行不间断的双向时间比对，而沿途各个接收站只接收来自源端发射站与末端接收站的双向时间比对信号，再生出与源端发射站同步的时间信号，不参与双向时间比对。

进一步，本发明简化了多站点光纤时间同步的过程，使多站点光纤时间同步操作与点对点光纤时间同步操作一样简单可靠，各个接收站点保持了点对点光纤时间同步的精度，不存在累积误差，各个沿途接收站点间互不影响，在光纤的光信号功率允许范围内可以灵活增减沿途接收站点的数量。

附图说明

图1是实施例的总体结构示意图；

图2是实施例的沿途接收站的结构示意图；

图3是实施例的时间信号的时序示意图。

具体实施方式

本发明的高精度多站点光纤时间同步方法包括两个同时进行的过程：1)源端发射站与末端接收站双向时间比对，2)沿途接收站同步时间信号再生。具体为：

1)源端发射站与末端接收站双向时间比对过程由下述步骤组成：

1.1)实时测量计算光纤链路的实时时延值

源端发射站和末端接收站连续互发时间信号，根据比对结果计算出光纤链路的实时时延值；

1.2)源端发射站进行前置补偿；该步骤具体为：

源端发射站根据步骤1.1)得到的光纤链路实时时延值，通过前置补偿的方式，调整源端发射站发射出去的时间信号的相位，使其超前于源端发射站的参考时间信号的相位，相位超前量为步骤1.1)得到的光纤链路实时时延值。

1.3)末端接收站与源端发射站同步；该步骤具体为：

末端接收站接收到来自源端发射站的时间信号，末端接收站将其保持的时间信号与接收到的时间信号进行同步，从而实现末端接收站的时间信号与源端发射站的参考时间信号的高精度同步。

2)每个沿途接收站同步时间信号再生过程相同，由下述步骤组成：

2.1)解调出来自源端发射站的时间信号；该步骤具体为：

沿途接收站将来自源端发射站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA(掺铒光纤放大器)继续前往末端接收站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号；所述解码器解出的时间信号是沿途接收站接收到的来自源端发射站的时间信号，经过沿途接收站与源端发射站间的光纤链路延迟后得到的。

2.2)解调出来自末端接收站的时间信号。该步骤具体为：

沿途接收站将来自末端接收站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA(掺铒光纤放大器)继续前往源端发射站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号；所述解码器解出的时间信号是沿途接收站接收到的来自末端接收站的时间信号，经过沿途接收站与末端接收站间的光纤链路延迟后得到的。

2.3)校准沿途接收站的守时振荡器的频率；

用解调出的来自源端发射站的时间信号，对沿途接收站的守时振荡器进行频率校准；

2.4)沿途接收站产生时间信号

沿途接收站将步骤2.3)所述的守时振荡器的频率信号进行分频，产生时间信号；

2.5)时差测量

沿途接收站内部的时差测量器测量解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差，此处t_s-m；测量沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差t_m-r；

2.6)计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt。该步骤具体为：计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt具体为：根据步骤2.5)测得的时差值，计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt，计算公式为：

Δt＝(t_s-m-t_m-r)/2

其中t_s-m是测得的解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差值，t_m-r是测得的沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差值。

2.7)控制沿途接收站产生的时间信号的相位：

根据步骤2.6)计算出的沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt，运算控制单元设置可编程延迟器的延迟量，完成对沿途接收站产生的时间信号的移相控制，并实现沿途接收站输出的时间信号与源端发射站的参考时间信号的高精度同步。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

图1是本实施例的总体结构示意图，假定源端发射站的参考时间信号为1PPS(onepulse per second)信号，其相位为t₀。源端发射站与末端接收站持续互发包含1PPS的比对信号，进行双向时间比对。根据比对结果数据，计算源端发射站与末端接收站间的光纤链路的实时时延值t_d。源端发射站通过前置补偿的方式，调整源端发射站发射出去的时间信号的相位t_s，使t_s＝t₀+t_d。末端接收站接收到的时间信号t_r，则t_r＝t₀。末端接收站将其保持的时间信号t_rk与接收到的时间信号进行同步，即t_rk＝t₀，从而实现了末端接收站的1PPS信号与源端发射站的参考1PPS信号的高精度同步。

在源端发射站和末端接收站之间的光纤链路上连接了N个沿途接收站，此处N为正整数。沿途接收站通过接收源端发射站和末端接收站的双向时间比对信号，再生出与源端发射站的参考1PPS信号高精度同步的1PPS信号。

图2是本实施例的沿途接收站的结构示意图：每个沿途接收站的内部结构都是一样的，其同步时间信号再生过程也是一样的。沿途接收站将来自源端发射站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA(掺铒光纤放大器)继续前往末端接收站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号t_ms。所述解码器解出的时间信号t_ms是沿途接收站接收到的来自源端发射站的时间信号t_s，经过沿途接收站与源端发射站间的光纤链路延迟t_dms后得到的，所以可以表示为t_ms＝t_s-t_dms。

沿途接收站将来自末端接收站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA(掺铒光纤放大器)继续前往源端发射站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号t_mr。所述解码器解出的时间信号t_mr是沿途接收站接收到的来自末端接收站的时间信号t_r，经过沿途接收站与末端接收站间的光纤链路延迟t_dmr后得到的，所以可以表示为t_mr＝t_rk-t_dmr。

用解调出的来自源端发射站的时间信号，对沿途接收站的守时振荡器进行频率校准。

沿途接收站的分频器所述的守时振荡器的频率信号进行分频，产生1PPS信号，其相位为t_m。

沿途接收站内部的时差测量器测量解调出来自源端发射站的1PPS信号与沿途接收站产生的1PPS信号的时差t_s-m，此处t_s-m＝t_ms-t_m；测量沿途接收站产生的1PPS信号与解调出来自末端接收站的1PPS信号的时差t_m-r，此处t_m-r＝t_m-t_mr。

根据测得的时差值，计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值，计算公式为：

Δt＝(t_s-m-t_m-r)/2

其中Δt是沿途接收站产生的时间信号需要的移相值，t_s-m是测得的解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差值，t_m-r是测得的沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差值。

根据计算出的沿途接收站产生的时间信号需要的移相值，运算控制单元设置可编程延迟器的延迟量，就完成了对沿途接收站产生的时间信号的移相控制，并实现了沿途接收站输出的1PPS信号与源端发射站的参考1PPS信号的高精度同步。相同的过程，在源端发射站和末端接收站之间的光纤链路上连接的N个沿途接收站都实现了与源端发射站的参考1PPS信号的高精度同步。

Claims (6)

1.一种高精度多站点光纤时间同步方法，其特征在于，包括1)源端发射站与末端接收站双向时间比对，2)沿途接收站同步时间信号再生；上述1)和2)两个过程同时进行，具体为：

1)源端发射站与末端接收站双向时间比对过程由下述步骤组成：

1.1)实时测量计算光纤链路的实时时延值：

源端发射站和末端接收站连续互发时间信号，根据比对结果计算出光纤链路的实时时延值；

1.2)源端发射站进行前置补偿；

1.3)末端接收站与源端发射站同步；

2)每个沿途接收站同步时间信号再生过程相同，由下述步骤组成：

2.1)解调出来自源端发射站的时间信号；

2.2)解调出来自末端接收站的时间信号；

2.3)校准沿途接收站的守时振荡器的频率；

用解调出的来自源端发射站的时间信号，对沿途接收站的守时振荡器进行频率校准；

2.4)沿途接收站产生时间信号：

沿途接收站将步骤2.3)所述的守时振荡器的频率信号进行分频，产生时间信号；

2.5)时差测量：

沿途接收站内部的时差测量器测量解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差t_s-m；测量沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差t_m-r；

2.6)计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt；

2.7)控制沿途接收站产生的时间信号的相位：

根据步骤2.6)计算出的沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt，运算控制单元设置可编程延迟器的延迟量，完成对沿途接收站产生的时间信号的移相控制，并实现沿途接收站输出的时间信号与源端发射站的参考时间信号的高精度同步。

2.根据权利要求1所述的高精度多站点光纤时间同步方法，其特征在于，步骤1)的1.2)中，源端发射站根据步骤1.1)得到的光纤链路实时时延值，通过前置补偿的方式，调整源端发射站发射出去的时间信号的相位，使其超前于源端发射站的参考时间信号的相位，相位超前量为步骤1.1)得到的光纤链路实时时延值。

3.根据权利要求1所述的高精度多站点光纤时间同步方法，其特征在于，步骤1)的1.3)中，末端接收站接收到来自源端发射站的时间信号，末端接收站将其保持的时间信号与接收到的时间信号进行同步，从而实现末端接收站的时间信号与源端发射站的参考时间信号的高精度同步。

4.根据权利要求1所述的高精度多站点光纤时间同步方法，其特征在于，步骤2)的2.1)具体为：沿途接收站将来自源端发射站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA继续前往末端接收站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号；所述解码器解出的时间信号是沿途接收站接收到的来自源端发射站的时间信号，经过沿途接收站与源端发射站间的光纤链路延迟后得到的。

5.根据权利要求1所述的高精度多站点光纤时间同步方法，其特征在于，步骤2)的2.2)具体为：沿途接收站将来自末端接收站的光信号用光学分束器分为两路，其中一路经过双向EDFA继续前往源端发射站；另一路经过光电探测器转换为电信号，再用解码器解调出时间信号；所述解码器解出的时间信号是沿途接收站接收到的来自末端接收站的时间信号，经过沿途接收站与末端接收站间的光纤链路延迟后得到的。

6.根据权利要求1所述的高精度多站点光纤时间同步方法，其特征在于，步骤2)的2.6)中，计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt具体为：根据步骤2.5)测得的时差值，计算沿途接收站产生的时间信号需要的移相值Δt，计算公式为：

Δt＝(t_s-m-t_m-r)/2

其中t_s-m是测得的解调出来自源端发射站的时间信号与沿途接收站产生的时间信号的时差值，t_m-r是测得的沿途接收站产生的时间信号与解调出来自末端接收站的时间信号的时差值。