CN113810108A - 一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，调整直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。本发明解决了长距离链路中各级联站点间噪声累加的问题，能够实现与本地端时间频率源的时间频率信号保持高准确度高稳定度同步。

Description

一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法及系统

技术领域

本发明属于时间频率技术领域，特别涉及一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法及系统。

背景技术

随着时频领域的飞速发展，科学研究、导航定位、航空航天、电力传输、军事安全等领域对时间同步准确度需求的不断提高，高精度时间频率已经成为一个国家科技、经济、军事和社会生活中至关重要的参量，由于高精度的时间频率源工作条件较为严苛，以国家地基授时系统中全网光纤线路总长度约2万公里的光纤时间传递分系统为代表的高精度的时间传递则成为了现下的重点研究课题，其中较为重要的课题之一即为在长距离光纤链路条件下保证高精度的时间传递。

由于光纤链路具有较宽的噪声频带，带来了链路越长噪声越大的问题。在进行长距离光纤时间传递的时候往往需要EDFA(掺铒光纤放大器)对载波信号进行放大，但也因此在放大载波信号的同时也会放大光纤链路噪声，在长链路情况下，噪声还会被逐级累加，为提高光纤时间同步稳定度和同步准确度，有效抑制光纤链路噪声技术是亟待发展的。

现有的噪声抑制方式往往采用滤波电路对附加噪声进行滤除，此种方式虽然较易实现，但长链路条件下需要根据各级站点的实际情况调节滤波参数，无法支撑长链路条件下信号的高精度需求，且调试任务也较为繁重。综上，亟需一种新的可满足高精度的长距离光纤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用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明中，采用双层闭环锁定的方式进行自动化高稳晶振的驯服与锁定，净化经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的时间信号，解决了长距离链路中各级联站点间噪声累加的问题，实现与本地端时间频率源的时间频率信号保持高准确度高稳定度同步，满足长链路条件下信号的高精度需求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，包括以下步骤：

获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；其中，所述第一频率信号为光纤时间传递的远程端累加噪声的频率为f的频率信号，所述第二频率信号为高稳晶振输出的频率为f的频率信号；

获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；其中，所述第一时间信号为所述光纤时间传递的远程端累加噪声的时间信号，所述第二时间信号为基于所述第二频率信号产生的时间信号；

基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，调整直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。

本发明方法的进一步改进在于，所述获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号的步骤包括：

将第一频率信号与第二频率信号输入鉴相器，得到第一频率信号与第二频率信号的相位差信号。

本发明方法的进一步改进在于，所述获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号的步骤具体包括：

获取第一时间信号与第二时间信号的时间差数值；将所述时间差数值转换为可调控的时间差模拟信号。

本发明方法的进一步改进在于，所述基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定的步骤具体包括：将所述相位差信号和时间差模拟信号输入到比例积分调制器中，实现双层闭环锁定。

本发明方法的进一步改进在于，将所述相位差信号经电压跟随器输入到比例积分调制器中。

本发明方法的进一步改进在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，10MHz频率信号锁定稳定度优于6E-14/s。

本发明方法的进一步改进在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，1PPS信号的不确定度优于10ps。

本发明方法的进一步改进在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，TDEV秒稳优于4ps。

本发明方法的进一步改进在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，万秒稳优于1ps。

本发明的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化系统，包括：

第一获取模块，用于获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；其中，所述第一频率信号为光纤时间传递的远程端因累加噪声而导致恶化的频率为f的频率信号，所述第二频率信号为高稳晶振输出的频率为f的频率信号；

第二获取模块，用于获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；其中，所述第一时间信号为所述光纤时间传递的远程端因累加噪声而导致恶化的时间信号，所述第二时间信号为基于所述第二频率信号产生的时间信号；

净化调整模块，用于基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的方法中，具体采用双层闭环锁定的方式进行自动化高稳晶振的驯服与锁定，净化经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的时间信号，实现了与本地端时间频率源的时间频率信号保持高准确度高稳定度同步。在实际光纤链路的应用中，可以最大限度地滤除链路引入的噪声，通过此种方式将载波恢复净化后，还可以提高解码的准确性，保证在信号高稳定度高准确度传递的同时，易于拓展光纤链路长度，对于光纤时间传递分系统的拓展建设有着重要的意义。

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1的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法的流程示意框图；

图2是本发明实施例2的方法中，时间净化原理示意框图；

图3是本发明实施例3的方法中，总体示意框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1，本发明实施例1的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，包括以下步骤：

获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；其中，所述第一频率信号为光纤时间传递的远程端累加噪声而导致恶化的频率为f的频率信号，所述第二频率信号为高稳晶振输出的频率为f的频率信号；

获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；其中，所述第一时间信号为所述光纤时间传递的远程端累加噪声的时间信号，所述第二时间信号为基于所述第二频率信号产生的时间信号；

基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，调整直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。

本发明实施例1公开的技术方案中，采用双层闭环锁定的方式进行自动化高稳晶振的驯服与锁定，净化经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的时间信号，解决了长距离链路中各级联站点间噪声累加的问题，实现与本地端时间频率源的时间频率信号保持高准确度高稳定度同步，满足长链路条件下信号的高精度需求。

请参阅图2，本发明实施例2的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，包括：

(1)、在第一层频率快锁环中，远程端输出一路经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的频率为f的第一频率信号，高稳晶振输出一路频率为f的第二频率信号，将第一频率信号与第二频率信号同时输入到鉴相器中得到第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；

(2)、将步骤(1)所述第一频率信号与第二频率信号的相位差信号通过电压跟随器后，输入到比例积分调制器中；

(3)、在第二层时间慢锁环中，步骤(1)所述高稳晶振输出的频率为f的第二频率信号输入至分频器内，经过分频器产生一路第二时间信号，与此同时，经过长距离光纤时间传递的远程端输出一路经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的第一时间信号，将第一时间信号与第二时间信号同时输入到时差测量模块(时间间隔测量模块)中，得到第一时间信号与第二时间信号的时间差；

(4)、将步骤(3)所述第一时间信号与第二时间信号的时间差输入到控制单元中；

(5)、控制单元根据步骤(3)所述时间差对数模转换器进行控制，将时间差数值转换为可调控的时间差模拟信号；

(6)、将步骤(5)所述数模转换器输出的时间差模拟信号输入到比例积分调制器中，至此完成了双层闭环锁定；

(7)、比例积分调制器根据步骤(2)所述相位差信号与步骤(5)所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整直至输出的第二频率信号和第二时间信号与时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，从而净化了经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的时间信号。

本发明实施例2根据现有时间传递技术的应用实际情况，提出了一种基于高精度长距离光纤时间传递中双层锁定时间信号净化方法，采用双层闭环锁定的方式进行自动化高稳晶振的驯服与锁定，净化经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的时间信号，解决了长距离链路中各级联站点间噪声累加的问题，实现与本地端时间频率源的时间频率信号保持高准确度高稳定度同步，满足长链路条件下信号的高精度需求。

请参阅图3，本发明实施例3的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，具体包括以下步骤：

时间频率源采用铷钟，时间信号为1PPS信号，频率信号为10MHz信号。

1、在第一层频率快锁环中，远程端输出一路经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的频率为10MHz的第一频率信号，高稳晶振输出一路频率为10MHz的第二频率信号，将10MHz第一频率信号与10MHz第二频率信号同时输入到鉴相器中得到10MHz第一频率信号与10MHz第二频率信号的相位差信号；

2、将步骤1所述10MHz第一频率信号与10MHz第二频率信号的相位差信号通过电压跟随器后，输入到比例积分调制器中；

3、在第二层时间慢锁环中，步骤1所述高稳晶振输出的10MHz第二频率信号输入至分频器内，经过分频器产生一路1PPS第二时间信号，与此同时，经过长距离光纤时间传递的远程端输出一路经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的1PPS第一时间信号，将1PPS第一时间信号与1PPS第二时间信号同时输入到时间间隔测量模块中，得到1PPS第一时间信号与1PPS第二时间信号的时间差；

4、将步骤3所述1PPS第一时间信号与1PPS第二时间信号的时间差输入到控制单元中；

5、控制单元根据步骤3所述时间差对数模转换器进行控制，将时间差数值转换为可调控的时间差模拟信号；

6、将步骤5所述数模转换器输出的时间差模拟信号输入到比例积分调制器中，至此完成了双层闭环锁定；

7、比例积分调制器根据步骤2所述相位差信号与步骤5所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整直至输出的10MHz第二频率信号和1PPS第二时间信号与与时间频率源输出的10MHz第一频率信号和1PPS第一时间信号高稳定同步，10MHz频率信号锁定稳定度优于6E-14/s，1PPS信号的不确定度优于10ps，TDEV秒稳优于4ps，万秒稳优于1ps，至此实现了对经长距离光纤链路传输因累加噪声而导致恶化的时间频率信号的净化。

下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。

本发明实施例4的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化系统，包括：

第一获取模块，用于获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；其中，所述第一频率信号为光纤时间传递的远程端因累加噪声而导致恶化的频率为f的频率信号，所述第二频率信号为高稳晶振输出的频率为f的频率信号；

第二获取模块，用于获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；其中，所述第一时间信号为所述光纤时间传递的远程端因累加噪声而导致恶化的时间信号，所述第二时间信号为基于所述第二频率信号产生的时间信号；

净化调整模块，用于基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。

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。

最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；其中，所述第一频率信号为光纤时间传递的远程端累加噪声的频率为f的频率信号，所述第二频率信号为高稳晶振输出的频率为f的频率信号；

获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；其中，所述第一时间信号为所述光纤时间传递的远程端累加噪声的时间信号，所述第二时间信号为基于所述第二频率信号产生的时间信号；

基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，调整直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。

2.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号的步骤包括：

将第一频率信号与第二频率信号输入鉴相器，得到第一频率信号与第二频率信号的相位差信号。

3.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号的步骤具体包括：

获取第一时间信号与第二时间信号的时间差数值；将所述时间差数值转换为可调控的时间差模拟信号。

4.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定的步骤具体包括：

将所述相位差信号和时间差模拟信号输入到比例积分调制器中，实现双层闭环锁定。

5.根据权利要求4所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，将所述相位差信号经电压跟随器输入到比例积分调制器中。

6.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，10MHz频率信号锁定稳定度优于6E-14/s。

7.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，1PPS信号的不确定度优于10ps。

8.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，TDEV秒稳优于4ps。

9.根据权利要求1所述的一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化方法，其特征在于，所述直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步中，所述高稳定同步具体为，万秒稳优于1ps。

10.一种用于光纤时间传递的双层锁定时间信号净化系统，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取第一频率信号与第二频率信号的相位差信号；其中，所述第一频率信号为光纤时间传递的远程端因累加噪声而导致恶化的频率为f的频率信号，所述第二频率信号为高稳晶振输出的频率为f的频率信号；

第二获取模块，用于获取第一时间信号与第二时间信号的时间差模拟信号；其中，所述第一时间信号为所述光纤时间传递的远程端因累加噪声而导致恶化的时间信号，所述第二时间信号为基于所述第二频率信号产生的时间信号；

净化调整模块，用于基于所述相位差信号和时间差模拟信号，实现双层闭环锁定；根据所述相位差信号与所述时间差模拟信号控制高稳晶振进行调整，直至高稳晶振输出的第二频率信号和第二时间信号与所述光纤时间传递的时间频率源输出的第一频率信号和第一时间信号高稳定同步，完成双层锁定时间信号净化。

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