CN113726363B - 一种天线绝对链路时延监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线绝对链路时延监测系统，包括天线端以及与所述天线端信号连接的后端；其中，所述天线端包括：梳状谱发生器，依次与第一功分器、第二功分器、第一记录器相连，所述第二功分器、所述第一记录器均与第一光收发器相连；天线馈源，依次与加法器、天线前级相连，所述加法器与所述第一功分器相连；所述后端包括：变频器，与所述天线前级相连；第二光收发器，与所述第一光收发器相连；以及第二记录器，与所述变频器相连。本发明在不拆卸天线链路的情况下，可以直接在天线上精准测量绝对链路时延，实现了实时监测。

Description

一种天线绝对链路时延监测系统

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体地涉及一种天线绝对链路时延监测系统。

背景技术

由于天线系统存在变频器，输入和输出端频率不同，绝对链路时延测量一直是难点。并且，天线馈源到后端经过的链路比较繁琐，现有天线绝对链路时延测量方法，需要将整个链路拆下来，进行分段测量，无法直接简单地在天线上测量，也很难实现实时监测。然而，由于天线转动与温度涨落的变化较频繁，链路时延也会随之变化。对于时延敏感的应用场景，如脉冲星授时、高精度GNSS、深空探测、UT1测量等，都有实时监测绝对链路时延的需求。因此，需要开发一种能够实时监测天线绝对链路时延的系统。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种天线绝对链路时延监测系统，能够直接简单地在天线上测量，并且能够实现实时监测。

本发明提供的一种天线绝对链路时延监测系统，包括天线端以及与所述天线端信号连接的后端；其中，所述天线端包括：梳状谱发生器，依次与第一功分器、第二功分器、第一记录器相连，所述第二功分器、所述第一记录器均与第一光收发器相连；天线馈源，依次与加法器、天线前级相连，所述加法器与所述第一功分器相连；所述后端包括：变频器，与所述天线前级相连；第二光收发器，与所述第一光收发器相连；以及第二记录器，与所述变频器相连；所述天线前级和变频器构成射频链路，所述第一光收发器和第二光收发器构成校准链路，射频链路的整体时延通过第一记录器和第二记录器测得的时延差得到。

进一步地，所述第一光收发器包括第一环形器以及与所述第一环形器相连的第一光发射器、第一光接收器。

进一步地，所述第一光发射器与所述第二功分器相连，所述第一光接收器与所述第一记录器相连。

进一步地，所述第二光收发器包括第二环形器以及与所述第二环形器相连的第二光接收器、第二光发射器。

进一步地，所述第二环形器与所述第一环形器相连，所述第二光接收器和所述第二光发射器均与一第三功分器相连，且所述第三功分器与所述第二记录器相连。

本发明还提供一种天线绝对链路时延监测系统，包括天线端以及与所述天线端信号连接的后端；其中，所述天线端包括：天线馈源，依次与加法器、天线前级相连，所述加法器与第一光收发器相连；所述后端包括：梳状谱发生器，与第二功分器相连，所述第二功分器分别与第二光收发器、第一记录器、第二记录器相连，所述第二光收发器与所述第一光收发器和所述第二记录器相连；变频器，与所述天线前级和所述第一记录器相连；所述天线前级和变频器构成射频链路，所述第一光收发器和第二光收发器构成校准链路，射频链路的整体时延通过第一记录器和第二记录器测得的时延差得到。

进一步地，所述第一光收发器包括第一环形器以及与所述第一环形器相连的第一光发射器、第一光接收器。

进一步地，所述第一光发射器和所述第一光接收器均与一第一功分器相连，所述第一功分器与所述加法器相连。

进一步地，所述第二光收发器包括第二环形器以及与所述第二环形器相连的第二光接收器、第二光发射器。

进一步地，所述第二环形器与所述第一环形器相连，所述第二光接收器与所述第二记录器相连，所述第二光发射器与所述第二功分器相连。

本发明利用梳状谱发生器的基本原理，并设置两对光电转换模块，使得本发明在不拆卸天线链路的情况下，就可以直接在天线上精准测量绝对链路时延，实现了实时监测。

附图说明

图1是梳状谱发生器的原理图。

图2是按照本发明一实施例的天线绝对链路时延监测系统的结构框图。

图3是按照本发明另一实施例的天线绝对链路时延监测系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

1、实施例一

本实施例基于梳状谱发生器，实现对绝对链路时延的精准测量和实时监测。为更好地说明本实施例，下面首先对梳状谱发生器的基本原理进行阐述。

梳状谱发生器本质为一个窄脉冲形成器，该器件的频率基准由氢原子钟提供，最后形成宽度为毫微秒量级的脉冲串，在频域表现为等频率间隔的梳状点频信号，该信号也被称为相位校准信号(PCAL)。

PCAL信号的时域表达式为：

x(t)＝∑δ(t-nT)

其中，T为脉冲周期，δ(t)为单个脉冲函数。

通过傅里叶变换，可得PCAL信号的频域表达式为：

根据傅里叶时移特性，经时延τ，时域和频域分别变为：

x(t)＝∑δ(t-τ-nT)

根据上式，只有在频率满足

时才会有振幅，其余频率处的振幅都应为零。因此PCAL信号在幅频特性上表现为等间隔(其中频率间隔满足

)的梳状谱线。对于各频点相位，满足：

根据上式，PCAL信号在相频特性上表现为：相位随频率呈线性变化，且在任意频段，PCAL信号的相频斜率均相同，斜率的值即为群时延τ。

在实际测量中，记录器无法保证刚好在PCAL信号发生器的0时刻开始记录。因此，如果仅测量单路PCAL信号，测得的群时延不仅包含链路时延，还包含记录器与PCAL发生器的时间差，称为伪群时延，即：

τ＝τ_L+θ

其中，τ为测量值(伪群时延)，τ_L为真实链路时延，θ为记录器与PCAL发生器的时间差。

因此，需采用差分法消除记录器与PCAL发生器的时间差。如图1所示，将PCAL信号功分两路，两路信号经过不同的链路，最后进入同一个记录器。分别提取两路信号中的各频点相位，并用最小二乘法拟合，分别求解两路信号的相频斜率，解得两条链路的伪群时延：

τ₁＝τ_L1+θ

τ₂＝τ_L2+θ

将两式做差得：

Δτ＝τ₂-τ₁＝τ_L2-τ_L1

根据上式，记录器与PCAL发生器的时间差已被消除，通过此基本方法，可以精准测量两条链路的时延差。若其中一条链路的绝对时延已知(如提前通过矢量网络分析仪测量，且比较稳定)，就可通过时延差求解出另一条链路的绝对时延。或者两条链路的绝对时延之间满足一定的线性关系，也可通过时延差求解出链路的绝对时延。

基于上述原理，如图2所示，本发明一实施例提供的天线绝对链路时延监测系统，包括天线端1和后端2，天线端1和后端2信号连接。

其中，天线端1包括梳状谱发生器10和天线馈源11，梳状谱发生器10通过短电缆依次与第一功分器12、第二功分器13、第一记录器14相连，天线馈源11则通过短电缆依次与加法器15、天线前级16相连，且第一功分器12与加法器15通过短电缆相连。另外，第二功分器13、第一记录器14均通过短电缆与第一光收发器17相连。第一光收发器17包括第一光发射器171、第一光接收器172以及第一环形器173，第一光发射器171、第一光接收器172均通过短光纤与第一环形器173相连。第一光发射器171通过短电缆与第二功分器13相连，第一光接收器172通过短电缆与第一记录器14相连。

后端2包括通过长电缆与天线前级16相连的变频器21、通过长光纤与第一光收发器17相连的第二光收发器22以及通过短电缆与变频器21相连的第二记录器23。第二光收发器22包括第二环形器221以及通过短光纤与第二环形器221相连的第二光接收器222、第二光发射器223，第二环形器221通过长光纤与第一环形器173相连，第二光接收器222和第二光发射器223均通过短电缆与第三功分器24相连，且第三功分器24通过短电缆与第二记录器23相连。

这种安装方式(将梳状谱发生器安装在天线端)，称为PCAL上置，此方式适用于原本就需要PCAL信号的系统，例如射电望远镜。上述天线前级16和变频器21构成射频链路，该射频链路的整体时延即为本实施例所要测量的天线绝对链路时延。上述第一光收发器17和第二光收发器22构成校准链路，用于辅助测量前述射频链路的整体时延。

在本实施例中，梳状谱发生器10形成的PCAL信号经过第一功分器12功分后，一路进入加法器15，与天线馈源11发出的信号共同进入射频链路；另一路则经过第二功分器13再次功分，再次功分的信号一路进入第一记录器14，另一路进入校准链路。在射频链路部分，PCAL信号从天线前级16经长电缆传输至位于后端2的变频器21，经下变频后传输至第二记录器23。在校准链路部分，PCAL信号通过第一光发射器171转换为光信号，再经长光纤传输至位于后端2的第二光接收器222。第二光接收器222将光信号转换为电信号后，电信号经过第三功分器24功分，一路传输至第二记录器23，另一路通过第二光发射器223转换为光信号。光信号经原光纤返回天线端1处的第一光接收器172，第一光接收器172将光信号转换为电信号后送入第一记录器14。

在实际测量中，短跳线(短光纤和短电缆)的时延值相对较小、较稳定，且可在安装前用矢量网络分析仪测量，为更好地说明，本说明书中所有短跳线的时延均视为0。

将射频链路整体时延用τ_RF表示，校准链路时延分为：光纤时延τ_F、光发射机时延τ_EO和光接收机时延τ_OE。则利用第一记录器14和第二记录器23测得的时延差Δτ₁、Δτ₂分别为：

Δτ₁＝2(τ_F+τ_EO+τ_OE)-0

Δτ₂＝τ_RF-(τ_F+τ_EO+τ_OE)

两式相减，并整理得：

本发明利用梳状谱发生器的基本原理，并设置两对光电转换模块，使得本发明在不拆卸天线链路的情况下，就可以直接在天线上精准测量绝对链路时延，实现了实时监测。

2、实施例二

本实施例也基于梳状谱发生器，梳状谱发生器的基本原理不再赘述。

如图3所示，本发明一实施例提供的天线绝对链路时延监测系统，包括天线端1’和后端2’，天线端1’和后端2’信号连接。

其中，天线端1’包括天线馈源11’，天线馈源11’通过短电缆依次与加法器12’、天线前级13’相连，且加法器12’通过短电缆与第一光收发器14’相连。第一光收发器14’包括第一环形器141’以及通过短光纤分别与第一环形器141’相连的第一光发射器142’、第一光接收器143’，第一光发射器142’和第一光接收器143’均通过短电缆与第一功分器15’相连，第一功分器15’通过短电缆与加法器12’相连。

后端2’包括梳状谱发生器20’、通过长电缆与天线前级13’相连的变频器21’以及通过长光纤与第一光收发器14’相连的第二光收发器22’，梳状谱发生器20’通过短电缆与第二功分器23’相连，第二功分器23’通过短电缆分别与第二光收发器22’、第一记录器24’、第二记录器25’相连。并且，第一记录器24’通过短电缆与变频器21’相连，第二记录器25’通过短电缆与第二光收发器22’相连。第二光收发器22’包括第二环形器221’以及通过短光纤与第二环形器221’相连的第二光接收器222’、第二光发射器223’，第二环形器221’通过长光纤与第一环形器141’相连，第二光接收器222’和通过短电缆与第二记录器25’相连，第二光发射器223’通过短电缆与第二功分器23’相连。

这种安装方式(将梳状谱发生器安装在后端)，称为PCAL下置，此方式适用于对天线小型化有一定要求的系统。上述天线前级13’和变频器21’构成射频链路，该射频链路的整体时延即为本实施例所要测量的天线绝对链路时延。上述第一光收发器14’和第二光收发器22’构成校准链路，用于辅助测量前述射频链路的整体时延。

在本实施例中，梳状谱发生器20’形成的PCAL信号经过第二功分器23’功分，分别传输至第一记录器24’、第二记录器25’和校准链路。在校准链路部分，PCAL信号通过第二光发射器223’转换为光信号，再经长光纤传输至位于天线端1的第一光接收器143’。第一光接收器143’将光信号转换为电信号后，经过第一功分器15’功分，一路发往射频链路，另一路进入第一光发射器142’再次转换为光信号，经原光纤返回后端2’的第二光接收器222’。第二光接收器222’将光信号转换为电信号后，传输至第二记录器25’。在射频链路部分，PCAL信号在天线馈源11’之后、天线前级13’之前注入，经长电缆传输至位于后端2’的变频器21’，经下变频后传输至第一记录器24’。

同样地，将射频链路整体时延用τ_RF表示，校准链路时延分为：光纤时延τ_F、光发射机时延τ_EO和光接收机时延τ_OE。则利用第一记录器24和第二记录器25测得的时延差Δτ₁、Δτ₂分别为：

Δτ₁＝τ_RF+τ_EO+τ_F+τ_OE-0

Δτ₂＝2(τ_F+τ_EO+τ_OE)-0

两式相减，并整理得：

本发明利用梳状谱发生器的基本原理，并设置两对光电转换模块，使得本发明在不拆卸天线链路的情况下，就可以直接在天线上精准测量绝对链路时延，实现了实时监测。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (6)

1.一种天线绝对链路时延监测系统，其特征在于，包括天线端以及与所述天线端信号连接的后端；

其中，所述天线端包括：

梳状谱发生器，依次与第一功分器、第二功分器、第一记录器相连，所述第二功分器、所述第一记录器均与第一光收发器相连，所述第一光收发器包括第一环形器以及与所述第一环形器相连的第一光发射器、第一光接收器；

天线馈源，依次与加法器、天线前级相连，所述加法器与所述第一功分器相连；

所述后端包括：

变频器，与所述天线前级相连；

第二光收发器，与所述第一光收发器相连，所述第二光收发器包括第二环形器以及与所述第二环形器相连的第二光接收器、第二光发射器；以及

第二记录器，与所述变频器相连；

所述天线前级和变频器构成射频链路，所述第一光收发器和第二光收发器构成校准链路，射频链路的整体时延通过第一记录器和第二记录器测得的时延差得到；其中，

所述梳状谱发生器形成的PCAL信号经过所述第一功分器功分后，其中一路经过所述第二功分器再次功分，再次功分的信号一路进入所述第一记录器，另一路进入所述校准链路；在所述校准链路中，PCAL信号通过所述第一光发射器转换为光信号，传输至所述第二光接收器，所述第二光接收器将光信号转换为电信号后，电信号经过第三功分器功分，一路传输至所述第二记录器，另一路通过所述第二光发射器转换为光信号，光信号经原光纤返回所述第一光接收器，所述第一光接收器将光信号转换为电信号后送入所述第一记录器。

2.根据权利要求1所述的天线绝对链路时延监测系统，其特征在于，所述第一光发射器与所述第二功分器相连，所述第一光接收器与所述第一记录器相连。

3.根据权利要求1所述的天线绝对链路时延监测系统，其特征在于，所述第二环形器与所述第一环形器相连，所述第二光接收器和所述第二光发射器均与所述第三功分器相连，且所述第三功分器与所述第二记录器相连。

4.一种天线绝对链路时延监测系统，其特征在于，包括天线端以及与所述天线端信号连接的后端；

其中，所述天线端包括：

天线馈源，依次与加法器、天线前级相连，所述加法器与第一光收发器相连，所述第一光收发器包括第一环形器以及与所述第一环形器相连的第一光发射器、第一光接收器；

所述后端包括：

梳状谱发生器，与第二功分器相连，所述第二功分器分别与第二光收发器、第一记录器、第二记录器相连，所述第二光收发器与所述第一光收发器和所述第二记录器相连，所述第二光收发器包括第二环形器以及与所述第二环形器相连的第二光接收器、第二光发射器；

变频器，与所述天线前级和所述第一记录器相连；

所述天线前级和变频器构成射频链路，所述第一光收发器和第二光收发器构成校准链路，射频链路的整体时延通过第一记录器和第二记录器测得的时延差得到；其中，

所述梳状谱发生器形成的PCAL信号经过所述第二功分器功分，分别传输至所述第一记录器、所述第二记录器和所述校准链路；在所述校准链路中，PCAL信号通过所述第二光发射器转换为光信号，传输至所述第一光接收器，所述第一光接收器将光信号转换为电信号后，经过第一功分器功分，一路发往所述射频链路，另一路进入所述第一光发射器再次转换为光信号，经原光纤返回所述第二光接收器，所述第二光接收器将光信号转换为电信号后，传输至所述第二记录器。

5.根据权利要求4所述的天线绝对链路时延监测系统，其特征在于，所述第一光发射器和所述第一光接收器均与所述第一功分器相连，所述第一功分器与所述加法器相连。

6.根据权利要求4所述的天线绝对链路时延监测系统，其特征在于，所述第二环形器与所述第一环形器相连，所述第二光接收器与所述第二记录器相连，所述第二光发射器与所述第二功分器相连。

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