CN111698032A - 一种单纤单向时间传递方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单纤单向时间传递方法及系统，所述系统包括：时间频率源、激光器LD1、激光器LD2、WDM1、光纤链路、EDFA、WDM2、PD1、PD2、鉴相器、MCU单元、自动识别模块、伺服系统、VCOCXO、移相器和时间产生模块。本发明根据相位差精确计算光纤链路的传输时延，并予以补偿，使接收端输出与发射端高精度同步的时间信号；通过采用鉴相器来提升光纤链路传输时延分辨率，提升了接收端与发射端时间同步的精度。

Description

一种单纤单向时间传递方法及系统

技术领域

本发明属于高精度时间传递技术领域，特别涉及一种单纤单向时间传递方法及系统。

背景技术

高精度时间频率在基础物理、地球科学、空间科学、导航定位、航空航天及军事安全等领域具有重要的应用价值，精密时间频率传递技术也已广泛应用到通信、电网、交通、金融、紧急救援、环境资源管理等社会生活中。随着基础科研以及高技术工程应用的飞速发展，高精度时间传递技术越来越成为前沿基础科研、高技术工程应用及高精度设备协同工作的重要基础条件。

当前主流的远距离精密时间频率传递技术有卫星时频传递、光纤时频传递及激光时间传递，光纤授时以其结构简单、传输稳定、带宽大、抗干扰能力强、低损耗传输等优势越来越广泛地被应用到高精度时间传递方面，且光纤授时技术可以较好地兼容于光纤通信系统。随着光纤的大面积铺设,目前利用光纤进行高精度时间频率传递已成为一种极具前景的高精度时间频率传递手段。

为提高时间信号的传递精度，需降低光纤链路双向传输的不对称性，通常在高精度时间传递时采用单纤双向的传递方式。进行长距离链路传输且与通信运营商合作时，运营商的光纤链路中均采用单向EDFA(掺铒光纤放大器)对光信号进行放大，导致单纤双向授时难以与运营商现有光纤通信网络兼容。

综上，亟需一种新的单纤单向远距离高精度时间传递方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单纤单向时间传递方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明采用单纤单向远距离高精度时间传递方法，可解决现有存在的单纤双向授时与运营商现有光纤通信网络难以兼容的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种单纤单向时间传递方法，包括以下步骤：

步骤1：时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ₁，第二激光器发射的光的波长为λ₂，λ₁≠λ₂；

步骤2：在发射端，将第一激光器和第二激光器发出的两束光输入至第一波分复用器进行波分合束；由光纤链路进行传输，光纤链路总长度为L；

步骤3：在接收端，通过第二波分复用器接收光纤链路传输的信号并进行波分分束；通过第二光电探测器对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；

步骤4：自动识别模块检测到步骤3获得的频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到a端，将步骤3获得的频率为f的频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

步骤5：时间频率源输出时间信号，将时间信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；由光纤链路进行传输；

步骤6：通过第二波分复用器进行波分分束，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；

步骤7：自动识别模块检测到步骤6获得的时间信号，控制单刀双置开关置到b端，将时间信号送入时间产生模块；时间产生模块根据步骤6获得的时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

步骤8：时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；由光纤链路进行传输；

步骤9：通过第二波分复用器进行波分分束，第一光电探测器对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；

步骤10：自动识别模块检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到a端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；

步骤11：根据步骤10获得的相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

步骤12：控制时间产生模块延迟N个周期后，输出步骤9获得的与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；

步骤13：控制移相器对步骤7获得的与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，对第一激光器和第二激光器采用双层控温，用于稳定输出波长。

本发明的进一步改进在于，光纤链路中设置有EDFA，用于对光纤链路中的信号光进行功率补偿。

本发明的进一步改进在于，步骤12中，若自动识别模块未检测到频率信号，由步骤4获得的校准后的VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；使频率为f的频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ。

本发明的进一步改进在于，应用于千公里级光纤链路的时间传递中。

本发明的进一步改进在于，能够实现10ps级高精度时间同步。

本发明的一种单纤单向时间传递系统，包括：

发射端，用于通过时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，第一激光器发射的光的波长为λ₁，第二激光器发射的光的波长为λ₂；其中，λ₁≠λ₂；将第一激光器和第二激光器发出的两束光输入至第一波分复用器进行波分合束；

用于通过时间频率源输出时间信号，将时间信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；

光纤链路，用于连接发射端与接收端，实现信号光传输，光纤链路总长度为L；

接收端，用于通过第二波分复用器接收光纤链路传输的信号并进行波分分束；通过第二光电探测器对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；自动识别模块检测到频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到“a”端；将频率为f的频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

用于通过第二波分复用器进行波分分束，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；自动识别模块检测到时间信号，控制单刀双置开关置到“b”端，将时间信号送入时间产生模块；时间产生模块根据时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

用于通过第二波分复用器进行波分分束，第一光电探测器对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；自动识别模块检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到“a”端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；根据相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

控制时间产生模块延迟N个周期后，输出与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；控制移相器对与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

本发明的进一步改进在于，所述发射端包括：

时间频率源，校准时，用于输出频率信号；传递时，用于输出频率信号或时间信号；

第一激光器和第二激光器，用于接收时间频率源输出的频率信号或时间信号，调制成信号光；

第一波分复用器，用于接收第一激光器和第二激光器输出的信号光，进行波分合束。

本发明的进一步改进在于，所述接收端包括：

第二波分复用器，用于接收光纤链路传输的信号光，进行波分分束，输出调制信号；其中，调制信号波长为λ₁，λ₂；

第一光电探测器，传递发出频率信号时，用于对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号；

第二光电探测器，校准时，用于对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；传递发出时间信号时，用于对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；传递发出频率信号时，用于对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；

自动识别模块，校准时，用于检测到第二光电探测器获得的频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到a端；传递发出时间信号时，用于检测到第二光电探测器获得的时间信号，控制单刀双置开关置到b端；传递发出频率信号时，用于检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到a端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；

伺服系统，用于接收频率为f的频率信号，对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

时间产生模块，用于接收时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

MCU,用于根据相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

用于控制时间产生模块延迟N个周期后，输出与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；

用于控制移相器对与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法，根据光纤折射率随波长变化，使模式内不同波长光的时间延迟不同；首先，在发射端同时将频率信号调制在两个发出波长有差异的激光器上，校准接收端的VCOCXO(电压控制-温度补偿晶体振荡器)使其稳定发出频率信号；其次，在发射端同时将时间信号调制在两个激光器上，在接收端初同步时间信号；再次，在发射端同时将频率信号调制在两个激光器上，经链路传输后，分别对两种频率调制光信号进行光电探测，通过高分辨率鉴相器对两个频率信号进行相位差测量；最后，MCU(微控制单元)据此相位差来准确计算光纤链路传输时延量，并控制时间产生模块实施时延动态补偿，输出与发射端时间频率源高精度同步的时间信号。本发明采用单纤单向远距离高精度时间传递方法，可解决现有导致单纤双向授时系统难以与运营商现有光纤通信网络兼容的问题，并简化结构，集成装置，可利于在实际工程广泛应用。

本发明的系统采用单纤单向远距离高精度时间传递方法，解决了现有导致单纤双向授时系统难以与运营商现有光纤通信网络兼容的问题。采用高分辨率鉴相器对由两种波长差异较大光信号传输的两个相同频率的频率信号进行鉴相得到相位差；根据相位差精确计算光纤链路的传输时延，并予以补偿，使接收端输出与发射端高精度同步的时间信号，简化了结构，集成装置，利于在实际工程广泛应用，且通过采用高分辨鉴相器来提升光纤链路传输时延分辨率，同时提升了接收端与发射端时间同步的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种单纤单向时间传递系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一种单纤单向远距离高精度时间传递方法，包括以下步骤：

步骤1：时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，对两个激光器采用双层控温，以稳定其输出波长，LD1发射的光波长为λ₁，LD2发射的光波长为λ₂，其中λ₁≠λ₂，且在保证接收端光功率足够大的情况下，两激光器波长差异越大越好；

步骤2：步骤1所述两束光输入至WDM1(波分复用器)进行波分合束，由光纤链路进行传输，光纤链路总长度为L，在长距离光纤链路中，往往需要EDFA(掺铒光纤放大器)对传输链路中的信号光进行功率补偿，短距离光纤链路中可以不加EDFA；

步骤3：在接收端由WDM2进行波分分束，PD2(光电探测器)对调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；

步骤4：自动识别模块检测到步骤3所述频率为f的频率信号，控制单刀双置开关置到“a”端；

步骤5：将步骤3所述频率为f的频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

步骤6：时间频率源输出一个时间信号，将时间信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，重复步骤2；

步骤7：在接收端由WDM2进行波分分束，PD2对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；

步骤8：自动识别模块检测到步骤7所述时间信号，控制单刀双置开关置到“b”端，将此时间信号送入时间产生单元；

步骤9：时间产生模块根据步骤7所述时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

步骤10：时间频率源输出频率为f的频率信号，将此频率为f的频率信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，重复步骤2；

步骤11：在接收端由WDM2进行波分分束，PD1对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号1，PD2对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号2；

步骤12：自动识别模块检测到频率为f的频率信号2，控制单刀双置开关，置到“a”端，使频率为f的频率信号2与频率为f的频率信号1进行鉴相得到相位差Δρ，若自动识别模块未检测到频率信号则由步骤4所述校准后的VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号，并使此频率为f的频率信号与频率为f的频率信号1进行鉴相得到相位差Δρ；

步骤13：由MCU根据步骤12所述相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d：

式(1)中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式(2)中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

步骤14：MCU控制时间产生模块延迟N个周期后输出步骤9所述与时间频率源初同步的时间信号，其中N＝[T_d*f]，N为正整数；

步骤15：MCU控制移相器对步骤9所述与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；

步骤16：由时间产生模块输出高精度时间同步信号。

至此，实现了单纤单向远距离高精度时间传递。

请参阅图1，本发明实施例的一种单纤单向远距离高精度时间传递系统，包括：时间频率源、激光器LD1、激光器LD2、WDM1、光纤链路、EDFA、WDM2、PD1、PD2、鉴相器、MCU单元、自动识别模块、伺服系统、VCOCXO、移相器和时间产生模块。

发射端，用于通过时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，第一激光器发射的光的波长为λ₁，第二激光器发射的光的波长为λ₂；其中，λ₁≠λ₂；将第一激光器和第二激光器发出的两束光输入至第一波分复用器进行波分合束；

用于通过时间频率源输出时间信号，将时间信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；

光纤链路，用于连接发射端与接收端，实现信号光传输，光纤链路总长度为L；

接收端，用于通过第二波分复用器接收光纤链路传输的信号并进行波分分束；通过第二光电探测器对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；自动识别模块检测到频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到“a”端；将频率为f的频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

用于通过第二波分复用器进行波分分束，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；自动识别模块检测到时间信号，控制单刀双置开关置到“b”端，将时间信号送入时间产生模块；时间产生模块根据时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

用于通过第二波分复用器进行波分分束，第一光电探测器对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；自动识别模块检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到“a”端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；根据相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

控制时间产生模块延迟N个周期后，输出与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；控制移相器对与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

本发明实施例中，所述发射端包括：

时间频率源，校准时，用于输出频率信号；传递时，用于输出频率信号或时间信号；

第一激光器和第二激光器，用于接收时间频率源输出的频率信号或时间信号，调制成信号光；

第一波分复用器，用于接收第一激光器和第二激光器输出的信号光，进行波分合束。

本发明实施例中，所述接收端包括：

第二波分复用器，用于接收光纤链路传输的信号光，进行波分分束，输出调制信号；其中，调制信号波长为λ₁，λ₂；

第一光电探测器，传递发出频率信号时，用于对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号；

第二光电探测器，校准时，用于对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；传递发出时间信号时，用于对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；传递发出频率信号时，用于对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；

自动识别模块，校准时，用于检测到第二光电探测器获得的频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到“a”端；传递发出时间信号时，用于检测到第二光电探测器获得的时间信号，控制单刀双置开关置到“b”端；传递发出频率信号时，用于检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到“a”端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；

伺服系统，用于接收频率为f的频率信号，对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

时间产生模块，用于接收时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

MCU,用于根据相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

用于控制时间产生模块延迟N个周期后，输出与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；

用于控制移相器对与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

本发明的优点：采用单纤单向远距离高精度时间传递方法，解决了现有导致单纤双向授时系统难以与运营商现有光纤通信网络兼容的问题。采用高分辨率鉴相器对由两种波长差异较大光信号传输的两个相同频率的频率信号进行鉴相得到相位差，根据相位差精确计算光纤链路的传输时延，并予以补偿，使接收端输出与发射端高精度同步的时间信号，简化了结构，集成装置，利于在实际工程广泛应用，且通过采用高分辨鉴相器来提升光纤链路传输时延分辨率，同时提升了接收端与发射端时间同步的精度。

本发明实施例的一种单纤单向远距离高精度时间传递方法，具体步骤如下：

步骤1：时间频率源输出频率为100MHz的频率信号，将100MHz频率信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，对两个激光器采用双层控温，以稳定其输出波长，LD1发射的光波长为λ₁＝1550nm，LD2发射的光波长为λ₂＝1310nm；

步骤2：步骤1所述两束光输入至WDM1(波分复用器)进行波分合束，由光纤链路进行传输，光纤链路总长度为L，在长距离光纤链路中，往往需要EDFA对传输链路中的信号光进行功率补偿，短距离光纤链路中可以不加EDFA；

步骤3：在接收端由WDM2进行波分分束，PD2(光电探测器)对调制信号进行光电探测，得到频率为100MHz的频率信号；

步骤4：自动识别模块检测到步骤3所述的100MHz频率信号，控制单刀双置开关置到“a”端；

步骤5：将步骤3所述100MHz频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO(电压控制-温度补偿晶体振荡器)进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为100MHz的频率信号；

步骤6：时间频率源输出一个1PPS的时间信号，将1PPS时间信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，重复步骤2；

步骤7：在接收端由WDM2进行波分分束，PD2对波长为λ₂＝1310nm的调制信号进行光电探测，得到1PPS时间信号；

步骤8：自动识别模块检测到步骤7所述1PPS时间信号，控制单刀双置开关置到“b”端将此1PPS时间信号送入时间产生模块；

步骤9：时间产生模块根据步骤7所述1PPS时间信号，产生一个与时间频率源初同步的1PPS时间信号；

步骤10：时间频率源输出频率为100MHz的频率信号，将此100MHz频率信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，重复步骤2；

步骤11：在接收端由WDM2进行波分分束，PD1对波长为λ₁＝1550nm的调制信号进行光电探测，得到100MHz频率信号1，PD2对波长为λ₂＝1310nm的调制信号进行光电探测，得到100MHz频率信号2；

步骤12：自动识别模块检测到100MHz频率信号2，控制单刀双置开关，置到“a”端，使100MHz频率信号2与100MHz频率信号1进行鉴相得到相位差Δρ，若自动识别模块未检测到频率信号则由步骤4所述校准后的VCOCXO稳定输出频率为100MHz的频率信号，并使此100MHz频率信号与100MHz频率信号1进行鉴相得到相位差Δρ；

步骤13：由MCU(微控制单元)根据步骤12所述相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d：

式(1)中，光纤色散系数D＝18ps/(nm*km)，Δλ＝240nm为两激光器发射的光波长差，所采用鉴相器分辨率可达10fs；

式(2)中，n＝1.48，c＝3*10⁸m/s；

步骤14：MCU控制时间产生模块延迟N个周期后输出步骤9所述与时间频率源初同步的1PPS时间信号，其中N＝[T_d*f]，N为正整数；

步骤15：MCU控制移相器对步骤9所述与时间频率源初同步的1PPS时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；

步骤16：由时间产生模块输出高精度1PPS时间同步信号。

本发明实施例中，采用分辨率为10fs的鉴相器，波长差异为240nm的两种波长，及1310nm波长光在传输过程中折射率为1.48的光纤链路，可使远距离高精度时间同步时延分辨率达到10ps，实现10ps级时间同步。

本发明的单纤单向时间传递方法对于光纤链路的长度理论上可适用于任意距离的传递，限制因素为时间传递过程中的链路噪声以及各种现实因素导致的光功率的衰减，可应用于千公里级以上的光纤时间传递系统中。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单纤单向时间传递方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ₁，第二激光器发射的光的波长为λ₂，λ₁≠λ₂；

步骤2：在发射端，将第一激光器和第二激光器发出的两束光输入至第一波分复用器进行波分合束；由光纤链路进行传输，光纤链路总长度为L；

步骤3：在接收端，通过第二波分复用器接收光纤链路传输的信号并进行波分分束；通过第二光电探测器对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；

步骤4：自动识别模块检测到步骤3获得的频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到a端，将步骤3获得的频率为f的频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

步骤5：时间频率源输出时间信号，将时间信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；由光纤链路进行传输；

步骤6：通过第二波分复用器进行波分分束，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；

步骤7：自动识别模块检测到步骤6获得的时间信号，控制单刀双置开关置到b端，将时间信号送入时间产生模块；时间产生模块根据步骤6获得的时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

步骤8：时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；由光纤链路进行传输；

步骤9：通过第二波分复用器进行波分分束，第一光电探测器对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；

步骤10：自动识别模块检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到a端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；

步骤11：根据步骤10获得的相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

步骤12：控制时间产生模块延迟N个周期后，输出步骤9获得的与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；

步骤13：控制移相器对步骤7获得的与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

2.根据权利要求1所述的一种单纤单向时间传递方法，其特征在于，

步骤1中，对第一激光器和第二激光器采用双层控温，用于稳定输出波长。

3.根据权利要求1所述的一种单纤单向时间传递方法，其特征在于，光纤链路中设置有EDFA，用于对光纤链路中的信号光进行功率补偿。

4.根据权利要求1所述的一种单纤单向时间传递方法，其特征在于，步骤12中，若自动识别模块未检测到频率信号，由步骤4获得的校准后的VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；使频率为f的频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ。

5.根据权利要求1所述的一种单纤单向时间传递方法，其特征在于，应用于千公里级光纤链路的时间传递中。

6.根据权利要求1所述的一种单纤单向时间传递方法，其特征在于，能够实现10ps级高精度时间同步。

7.一种单纤单向时间传递系统，其特征在于，包括：

发射端，用于通过时间频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，第一激光器发射的光的波长为λ₁，第二激光器发射的光的波长为λ₂；其中，λ₁≠λ₂；将第一激光器和第二激光器发出的两束光输入至第一波分复用器进行波分合束；

用于通过时间频率源输出时间信号，将时间信号同时调制在第一激光器与第二激光器上，通过第一波分复用器进行波分合束；

光纤链路，用于连接发射端与接收端，实现信号光传输，光纤链路总长度为L；

接收端，用于通过第二波分复用器接收光纤链路传输的信号并进行波分分束；通过第二光电探测器对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；自动识别模块检测到频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到“a”端；将频率为f的频率信号输入至伺服系统，伺服系统对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

用于通过第二波分复用器进行波分分束，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；自动识别模块检测到时间信号，控制单刀双置开关置到“b”端，将时间信号送入时间产生模块；时间产生模块根据时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

用于通过第二波分复用器进行波分分束，第一光电探测器对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号，第二光电探测器对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；自动识别模块检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到“a”端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；根据相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

控制时间产生模块延迟N个周期后，输出与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；控制移相器对与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

8.根据权利要求7所述的一种单纤单向时间传递系统，其特征在于，所述发射端包括：

时间频率源，校准时，用于输出频率信号；传递时，用于输出频率信号或时间信号；

第一激光器和第二激光器，用于接收时间频率源输出的频率信号或时间信号，调制成信号光；

第一波分复用器，用于接收第一激光器和第二激光器输出的信号光，进行波分合束。

9.根据权利要求7所述的一种单纤单向时间传递系统，其特征在于，所述接收端包括：

第二波分复用器，用于接收光纤链路传输的信号光，进行波分分束，输出调制信号；其中，调制信号波长为λ₁，λ₂；

第一光电探测器，传递发出频率信号时，用于对波长为λ₁的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号；

第二光电探测器，校准时，用于对第二波分复用器输出的调制信号进行光电探测，得到频率为f的频率信号；传递发出时间信号时，用于对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到时间信号；传递发出频率信号时，用于对波长为λ₂的调制信号进行光电探测，得到频率为f的第二频率信号；

自动识别模块，校准时，用于检测到第二光电探测器获得的频率为f的频率信号时，控制单刀双置开关置到a端；传递发出时间信号时，用于检测到第二光电探测器获得的时间信号，控制单刀双置开关置到b端；传递发出频率信号时，用于检测到频率为f的第二频率信号，控制单刀双置开关，置到a端，使频率为f的第二频率信号与频率为f的第一频率信号进行鉴相得到相位差Δρ；

伺服系统，用于接收频率为f的频率信号，对VCOCXO进行校准，使VCOCXO稳定输出频率为f的频率信号；

时间产生模块，用于接收时间信号，产生一个与时间频率源初同步的时间信号；

MCU,用于根据相位差Δρ计算光纤链路总长度L与链路时延量T_d，计算表达式为：

式中，D为光纤色散系数，Δλ＝∣λ₁-λ₂∣为两激光器发射的光波长差；

式中，n为λ₂波长光在光纤链路中的折射率，c为真空中的光传播速度；

用于控制时间产生模块延迟N个周期后，输出与时间频率源初同步的时间信号；其中，N＝[T_d*f]，N为正整数；

用于控制移相器对与时间频率源初同步的时间信号进行移相，移相值为ρ＝T_d-Nf；通过时间产生模块输出时间同步信号。

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