CN114172611A - 一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法，包括：发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法向接收端的频率接收机传递稳定的预设参考频率，并向接收端的时间接收机发送参考时间信号；将频率接收机接收到的预设参考频率输入分频器和可编程延迟器得到第二时间信号；利用时差测量器计算第二时间信号及时间接收机接收到的第三时间信号的时差值T，将时差值T输入运算控制单元，由运算控制单元根据时差值T，调整可编程延迟器的延迟量ΔT，使调整后的第二时间信号与第三时间信号的时差值T满足趋近零值条件；将满足趋近零值条件时的第二时间信号作为同步时间信号输出。本发明能够提高时间同步的稳定度和准确度。
Description
技术领域
本发明属于授时同步领域，具体涉及一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法。
背景技术
在航空航天、雷达同步、高速通信等领域，要求时间同步同时具备准确度和稳定度。鉴于光纤时间同步方法可以达到一百皮秒的同步精度，目前光纤时间同步方法在较多领域均出现了广泛应用。
现有的光纤时间同步方案，提供的时间信号的稳定度较差，无法满足对实时性要求高的场合，同时时间信号的稳定度差也会影响时间信号的准确度。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法，以实现提高时间同步的准确度和稳定度的目的。具体技术方案如下：
发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递预设参考频率，并且所述发射端通过第二光纤链路向所述接收端的时间接收机发送参考时间信号；
将所述频率接收机接收到的所述预设参考频率输入分频器得到第一时间信号，并将所述第一时间信号经过可编程延迟器得到第二时间信号；
利用时差测量器计算所述第二时间信号以及所述时间接收机接收到的第三时间信号的时差值T，其中，所述第三时间信号和所述参考时间信号相位同步；
将所述时差值T输入运算控制单元，由所述运算控制单元根据所述时差值T，调整所述可编程延迟器的延迟量ΔT得到调整后的第二时间信号，通过迭代调整，使调整后的第二时间信号与所述第三时间信号的时差值T满足趋近零值条件；
将满足所述趋近零值条件时的第二时间信号作为同步时间信号输出。
可选的，所述发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递预设参考频率，包括：
利用主激光器和从激光器分别产生主激光信号和从激光信号；
将产生的所述主激光信号和所述从激光信号利用所述第一光纤链路传输至所述接收端；并利用所述主激光信号和所述从激光信号，采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器的频率差锁定至预设微波频率；
接收所述接收端返回的回传激光信号；其中所述回传激光信号包含所述主激光信号、所述从激光信号以及所述第一光纤链路的噪声；
产生参考信号，并根据所述参考信号和所述回传激光信号，通过调节所述预设微波频率，对所述第一光纤链路的噪声进行补偿，以使得所述接收端后续接收到的微波频率为预设参考频率，所述预设参考频率为所述参考信号的频率。
可选的，
所述主激光信号包括：
其中，ωM表示所述主激光信号的频率，
表示所述主激光信号的相位；
所述从激光信号包括：
其中，ωS表示所述从激光信号的频率，
表示所述从激光信号的相位。
可选的，所述将产生的所述主激光信号和所述从激光信号利用所述第一光纤链路传输至所述接收端；并利用所述主激光信号和所述从激光信号，采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器的频率差锁定至预设微波频率，包括：
将产生的所述主激光信号和所述从激光信号利用光纤耦合器进行合路得到合并激光信号，并将所述合并激光信号利用所述光纤耦合器的第一输出端和第二输出端进行等比分路输出；
将所述光纤耦合器的第一输出端的合并激光信号通过所述第一光纤链路传输至所述接收端；
对所述光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器输出的激光信号的频率差锁定至所述预设微波频率。
可选的，所述对所述光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器输出的激光信号的频率差锁定至所述预设微波频率，包括：
利用第一光电探测器对所述光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号进行处理，输出所述主激光信号和所述从激光信号的第一拍频信号
利用压控振荡器产生携带有所述预设微波频率的压控振荡信号
其中，ω0表示所述预设微波频率，
表示所述压控振荡信号的相位；
对所述第一拍频信号和所述压控振荡信号进行混频处理，得到表征所述主激光信号与所述从激光信号的频率差，相对于所述预设微波频率的误差信号
利用第一伺服控制模块接收所述误差信号，对所述主激光器信号的频率ωM或者所述从激光信号的频率ωS进行调节，使得满足ωM-ωS-ω0＝0，实现调节后的误差信号为常数cos[ξ0]，其中
可选的，所述参考信号包括：
其中，ωr表示所述预设参考频率，
表示所述参考信号的相位。
可选的，所述根据所述参考信号和所述回传激光信号，通过调节所述预设微波频率，对所述第一光纤链路的噪声进行补偿，以使得所述接收端后续接收到的微波频率为预设参考频率，包括：
由所述参考信号产生第一共轭信号
和第二共轭信号
其中，ω1和ω2分别表示所述第一共轭信号和所述第二共轭信号的频率，
和
分别表示所述第一共轭信号和所述第二共轭信号的相位，且ω1+ω2＝2ωr，
ξ为常数；
利用第二光电探测器将所述回传激光信号进行激光信号至射频信号的转换，输出回传信号
其中
为所述第一光纤链路的噪声；
将所述压控振荡器输出的压控振荡信号，与所述第一共轭信号进行混频后取差频项，输出第一混频信号
将所述第二共轭信号，与所述回传信号进行混频后取差频项，输出第二混频信号
将所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频后取差频项，输出第三混频信号：
利用第二伺服控制模块，根据所述第三混频信号，反馈控制所述压控振荡器，使得所述预设微波频率与所述预设参考频率相同。
可选的，所述利用第二伺服控制模块，根据所述第三混频信号，反馈控制所述压控振荡器，使得所述预设微波频率与所述预设参考频率相同，包括：
利用第二伺服控制模块，通过调节所述压控振荡器的输入电压，使得所述压控振荡器输出的压控振荡信号的频率满足：ω1+ω2-2ω0＝0；实现调节后的第三混频信号为常数cos[ξ1]，其中
可选的，所述预设参考频率为10GHz以下的微波频段频率。
可选的，所述第一光纤链路和所述第二光纤链路是同一根光纤利用波分复用的方式共用。
本发明实施例所提供的方案中，发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，使得接收端的频率接收机能够得到稳定的预设参考频率，以这个高稳定度的预设参考频率来产生时间信号，因此可以保证时间信号的高稳定度。并且以光纤时间同步得到的时间信号对预设参考频率产生的时间信号进行校准，能够保证最终输出的同步时间信号的高准确度。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的基于激光频率偏移锁定的频率传递方法的微波频率的发射端和接收端的具体结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为了实现提高时间同步的准确度和稳定度的目的，本发明实施例提供了一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法。
第一方面，对本发明实施例所提供的一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法进行介绍。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法，可以包括以下步骤：
S1，发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递稳定的预设参考频率，并且发射端通过第二光纤链路向接收端的时间接收机发送参考时间信号。
可选的一种实施方式中，第一光纤链路和第二光纤链路是不同的光纤链路。
可选的另一种实施方式中，第一光纤链路和第二光纤链路是同一根光纤利用波分复用的方式共用。
可选的一种实施方式中，预设参考频率为10GHz以下的微波频段频率。具体的，预设参考频率可以为300MHz～10GHz。
S1中，发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递预设参考频率，是将发射端的预设参考频率稳定无损地传递至频率接收机。
可选的一种实施方式中，发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递预设参考频率，可以包括以下步骤S11～S14：
S11，利用主激光器和从激光器分别产生主激光信号和从激光信号。
本发明实施例中利用主激光器产生主激光信号，利用从激光器产生从激光信号，关于两台激光器的类型可以为现有技术中的任意一种激光器类型，在此不做限制。
优选的实施方式中，主激光信号和从激光信号是同时产生的。
S12，将产生的主激光信号和从激光信号利用第一光纤链路传输至接收端；并利用主激光信号和从激光信号，采用激光频率偏移锁定技术，将主激光器和从激光器的频率差锁定至预设微波频率。
本发明实施例中，一方面可以将主激光信号和从激光信号利用第一光纤链路传输至微波频率的接收端，以实现接收端的微波频率接收；另一方面可以将主激光信号和从激光信号，采用激光频率偏移锁定技术，将主激光器和从激光器的频率差锁定至预设微波频率，目的是将主激光器和从激光器的频率差与预设微波频率形成等同关系，以便于使用主激光器和从激光器的频率差表征该预设微波频率。
本发明实施例采用的激光频率偏移锁定(Laser Frequency Offset Lock)技术。属于主动稳频技术的一种，核心是将两激光器的频率差锁定到预设频率上，当外界影响使两激光频率存在相对起伏时，设法鉴别它们的相对变化，并通过反馈控制调节其中一台激光器的频率，使它们的频率相对稳定，即频率差固定。本发明实施例通过采用激光频率偏移锁定技术，可将两台激光器的频率差锁定至与发射端的参考信号的频率相同的预设微波频率，也就是将要传递的参考信号的频率调制到两台激光器的频率差上，因此无需使用载波激光强度调制方案即可实现光纤微波频率传递。
关于该激光频率偏移锁定的具体描述请参见相关现有技术解释，在此不再进行具体阐述。
S13，接收接收端返回的回传激光信号；其中回传激光信号包含主激光信号、从激光信号以及第一光纤链路的噪声。
信号在光纤中传输时，受到如温度、振动等外界环境的扰动，会给传输的信号引入相位噪声，影响信号的频率稳定度。为了检测光纤链路的噪声并进行相应的补偿，通常接收端在接收到发射端传输的主激光信号和从激光信号后，可以将得到的部分激光信号沿原路返回至发射端，由发射端根据返回的部分激光信号采用相应的补偿以实现后续高精度的信号传输。
在本发明实施例中，接收到的回传激光信号包含主激光信号、从激光信号以及第一光纤链路的噪声。
可以理解的是，回传激光信号包含的第一光纤链路的噪声是第一光纤链路往返过程中产生的噪声。
S14，产生参考信号，并根据参考信号和回传激光信号，通过调节预设微波频率，对第一光纤链路的噪声进行补偿，以使得接收端后续接收到的微波频率为预设参考频率，预设参考频率为参考信号的频率。
参考信号可以由发射端的一个参考信号产生模块产生。参考信号产生模块可以为信号源，等等。参考信号的频率，即预设参考频率，为发射端待传递的微波频率。
本发明实施例中，发射端可以根据参考信号和回传激光信号，进行一定的差值比较处理，通过调节预设微波频率，对第一光纤链路的噪声进行补偿，使得预设微波频率与参考信号的频率相同。当调节完成后，发射端的结构和部件参数均被固定，那么，在后续的微波频率传递过程中，发射端无需进行再次调节，就可以使得接收端后续接收到的微波频率为参考信号的频率，即实现微波频率稳定、无损地传递。关于具体调节过程在后文中具体说明。
在本发明实施例中，可以采用现有技术中任意一种针对光纤微波频率传递的噪声补偿电路，实现对光纤链路的噪声进行补偿的目的，在此，对本发明实施例的噪声补偿方法不做限制。
S2，将频率接收机接收到的预设参考频率输入分频器得到第一时间信号，并将第一时间信号经过可编程延迟器得到第二时间信号。
如前所述，预设参考频率具有高稳定度，第二时间信号是利用这个高稳定度的预设参考频率来产生的时间信号，因此可以保证第二时间信号的高稳定度。
其中，第一时间信号可以为一个1PPS时间信号。
S3，利用时差测量器计算第二时间信号以及时间接收机接收到的第三时间信号的时差值T。
其中，第三时间信号和参考时间信号相位同步。
计算计算第二时间信号以及时间接收机接收到的第三时间信号的时差值T，是为了后续利用第三时间信号校准第二时间信号。
S4，将时差值T输入运算控制单元，由运算控制单元根据时差值T，调整可编程延迟器的延迟量ΔT得到调整后的第二时间信号，通过迭代调整，使调整后的第二时间信号与第三时间信号的时差值T满足趋近零值条件。
运算控制单元根据步测得到时差值T，进行N次平均得到TN，调整可编程延迟器的延迟量ΔT；ΔT计算公式为：ΔT＝-TN；其中N为正整数，比如N选定为1000。
调整目的是使时差值T满足趋近零值条件，也就是时差值T越接近0越好，比如可以设定一个数值范围0-x≤时差值T≤0+x，x比如为0.001等。
S5，将满足趋近零值条件时的第二时间信号作为同步时间信号输出。
可以理解的是，满足趋近零值条件时的第二时间信号与第三时间信号同步。
本发明实施例所提供的方案中，发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，使得接收端的频率接收机能够得到稳定的预设参考频率，以这个高稳定度的预设参考频率来产生时间信号，因此可以保证时间信号的高稳定度。并且以光纤时间同步得到的时间信号对预设参考频率产生的时间信号进行校准，能够保证最终输出的同步时间信号的高准确度。
并且，目前的一些光纤时间同步方案中使用的光纤微波频率传递方案均是利用所要传递的微波信号对载波激光强度进行调制实现。但是上述方案在激光强度调制的同时，也会对激光频率产生调制，使激光产生边带，因此容易受激光偏振效应和光纤色散效应的影响，从而影响微波信号频率传递的精度和稳定度。
而本发明实施例所提供的方案中，发射端利用激光频率偏移锁定技术，将两台激光器的频率差锁定到参考信号的频率，由于本发明方案中未采用以往的用待传递的微波信号对载波激光强度进行调制的方案，因此可以克服由于激光强度调制带来的激光偏振效应和光纤色散效应的影响，提高微波信号频率传递的精度和稳定度。同时，本发明方案中通过对光纤链路的噪声进行补偿，可以进一步保证光纤链路传输过程中微波信号频率传递的精度和稳定度，从而保证同步时间信号的高准确度。
为了便于理解本发明的基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，以下结合本发明实施例的微波频率的发射端和接收端的结构进行说明。
作为一种可选的实施方式，请参见图2，图2为本发明实施例所提供的基于激光频率偏移锁定的频率传递方法的微波频率的发射端和接收端的具体结构示意图。其中，发射端和接收端以点划线框表示，信号线中虚线表示光信号，实线表示射频信号。并且各信号的代号在图中均有具体示意。
1)发射端包括：
主激光器、从激光器、光纤耦合器、第一光电探测器PD1、压控振荡器VCO、第一混频器M1、第一伺服控制模块、第一光环形器、第二光电探测器PD2、参考信号产生模块、共轭信号产生模块、第二混频器M2、第三混频器M3、第四混频器M4、第二伺服控制模块。
其中，主激光器和从激光器的输出端分别与光纤耦合器的两个输入端连接；光纤耦合器的两个输出端分别与光纤链路、第一光电探测器PD1的输入端连接；第一混频器M1的第一输入端与第一光电探测器PD1的输出端连接，第一混频器M1的第二输入端与压控振荡器VCO的第一输出端连接；第一伺服控制模块的输入端与第一混频器M1的输出端连接；第一伺服控制模块的输出端与主激光器或从激光器连接。
第一光环形器通过第一端和第二端串接在光纤耦合器的第一输出端和光纤链路之间，第一光环形器的第三端与第二光电探测器PD2的输入端连接；共轭信号产生模块的输入端与参考信号产生模块的输出端连接；共轭信号产生模块的第一输出端和第二输出端分别与第二混频器M2的第一输入端和第四混频器M4的第一输入端连接；第二混频器M2的第二输入端与压控振荡器VCO的第二输出端连接；第四混频器M4的第二输入端与第二光电探测器PD2的输出端连接；第三混频器M3串接在第二混频器M2和第四混频器M4的输出端之间，第三混频器M3的输出端连接第二伺服控制模块的输入端；第二伺服控制模块的输出端连接压控振荡器VCO的输入端。
①针对S11，
主激光器产生的主激光信号包括：
其中，ωM表示主激光信号的频率，
表示主激光信号的相位。
从激光器产生的从激光信号包括：
其中，ωS表示从激光信号的频率，
表示从激光信号的相位。
②针对S12，
可选的一种实施方式中，S12可以包括S121～S123：
S121，将产生的主激光信号和从激光信号利用光纤耦合器进行合路得到合并激光信号，并将合并激光信号利用光纤耦合器的第一输出端和第二输出端进行等比分路输出；。
光纤耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、连接器、适配器、光纤法兰盘，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，可以实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合。
在本发明实施例中，光纤耦合器将主激光信号和从激光信号合路后再等比分路，由第一输出端和第二输出端输出的合并激光信号均含有主激光信号和从激光信号。
S122，将光纤耦合器的第一输出端的合并激光信号通过第一光纤链路传输至接收端。
该步骤的目的是实现微波频率传递，接收端通过对接收到的合并激光信号进行相应的处理，可以得到所传递的微波频率。
S123，对光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号采用激光频率偏移锁定技术，将主激光器和从激光器输出的激光信号的频率差锁定至预设微波频率。
可选的一种实施方式中，S123可以包括S1231～S1234：
S231，利用第一光电探测器对光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号进行处理，输出主激光信号和从激光信号的第一拍频信号
本发明实施例中，光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号输入第一光电探测器PD1。
其中，光电探测器能把光信号转换为电信号，针对于本发明实施例，光电探测器具体用于将激光信号转换为射频信号。
拍频是差频的一种周期变化的特殊形式，关于拍频信号的具体含义请参见现有技术理解，在此不做赘述。
S1232，利用压控振荡器产生携带有预设微波频率的压控振荡信号
压控振荡器指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，本发明实施例可以采用现有的任一种压控振荡器，比如LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器等来产生压控振荡信号。
其中，ω0表示预设微波频率，
表示压控振荡信号的相位。
S1233，对第一拍频信号和压控振荡信号进行混频处理，得到表征主激光信号与从激光信号的频率差，相对于预设微波频率的误差信号
参见图2，本发明实施例中是利用第一混频器M1，对第一拍频信号和压控振荡信号进行混频处理，得到误差信号。
关于混频器的原理及具体结构请参见相关现有技术，在此不再赘述。
S1234，利用第一伺服控制模块接收误差信号，对主激光器信号的频率ωM或者从激光信号的频率ωS进行调节，使得满足ωM-ωS-ω0＝0，实现调节后的误差信号为常数cos[ξ0]，其中
伺服控制模块具有自适应调整控制功能，本发明实施例中可以采用任意一种伺服控制电路构成伺服控制模块，其可以实现对任一激光器输出的激光信号的频率进行调节的目的。
第一伺服控制模块将两台激光器输出的激光信号的频率差锁定至预设微波频率，也就是锁定至压控振荡信号的频率。可以理解的是，第一伺服控制模块调节的是与之连接的激光器输出的激光信号的频率。
如图2中所示，第一伺服控制模块连接的是从激光器，那么对应调节的就是从激光信号的频率ωS。
也就是说，图2作为一种优选的实施方式，通过调节从激光信号的频率ωS，使得ωM-ωS-ω0＝0，如此得到调节后的误差信号
由于
均为常数，将
记为常数ξ0，则得到调节后的误差信号Ve0＝cos[ξ0]，其为常数。此时，误差信号Ve0不随时间变化，可以实现将主从激光器的频率差锁定到压控振荡器VCO输出的压控振荡信号的频率ω0上。可见，通过改变压控振荡信号的频率ω0，并且输出主激光信号和从激光信号，通过得到主激光信号和从激光信号的频率差可以获得压控振荡信号的频率ω0。因此，可以利用主激光信号和从激光信号的频率差，以及压控振荡器VCO，实现传递预设微波频率的目的，无需使用载波激光强度调制方案即可实现光纤微波频率传递。
在本发明实施例中，S122和S123可以是同时进行的。
③针对S13，
参见图2，本发明实施例中，通过第一光环形器接收接收端返回的回传激光信号。其中，回传激光信号包含主激光信号、从激光信号以及第一光纤链路的噪声。其中单程的第一光纤链路的噪声以
表示，可以理解的是，回传激光信号中包含的第一光纤链路的噪声为
④针对S14，
可选的一种实施方式中，S14可以包括S141和S142：
S141，产生参考信号。
参考信号包括：
其中，ωr表示参考信号的频率，即预设参考频率；
表示参考信号的相位。参考信号的频率ωr为待传递的微波频率。
S142，根据参考信号和回传激光信号，通过调节预设微波频率，对第一光纤链路的噪声进行补偿，以使得接收端后续接收到的微波频率为预设参考频率。
可选的一种实施方式中，S142可以包括S1421～S1426：
S1421，由参考信号产生第一共轭信号
和第二共轭信号
其中，ω1和ω2分别表示第一共轭信号和第二共轭信号的频率，
和
分别表示第一共轭信号和第二共轭信号的相位，且ω1+ω2＝2ωr，
ξ为常数。
参见图2，该步骤可以由一个共轭信号产生模块实现，关于共轭信号以及共轭信号产生模块的具体实现方式，可以参见相关现有技术，在此不做作赘述。
S1422，利用第二光电探测器PD2将回传激光信号进行激光信号至射频信号的转换，输出回传信号
其中
为第一光纤链路的噪声。该处的第一光纤链路的噪声指的是单程的第一光纤链路的噪声。
S1423，将压控振荡器输出的压控振荡信号，与第一共轭信号进行混频后取差频项，输出第一混频信号
参见图2，该步骤是利用第二混频器M2输出第一混频信号。
S1424，将第二共轭信号，与回传信号进行混频后取差频项，输出第二混频信号
参见图2，该步骤是利用第四混频器M4输出第二混频信号。
S1425，将第一混频信号和第二混频信号进行混频后取差频项，输出第三混频信号：
参见图2，该步骤是利用第三混频器M3输出第三混频信号。
S1426，利用第二伺服控制模块，根据第三混频信号，反馈控制压控振荡器，使得预设微波频率与参考信号的频率相同。
其中，可选的一种实施方式中，S1426包括：
利用第二伺服控制模块，通过调节压控振荡器的输入电压，使得压控振荡器输出的压控振荡信号的频率满足：ω1+ω2-2ω0＝0；实现调节后的第三混频信号为常数cos[ξ1]，其中
具体的，通过调节压控振荡器的输入电压，使得压控振荡器输出的压控振荡信号的频率满足：ω1+ω2-2ω0＝0；则第三混频信号变为：
由于
和ξ0均为常数，计
实现调节后的第三混频信号为常数cos[ξ1]，其不随时间变化。
为了理解接收端接收到的微波频率的状况，有必要对接收端的结构也进行相应的说明，以下选取可选的实施方式进行说明。
2)接收端包括：
第二光环形器、光纤分束器和第三光电探测器PD3。
第二光环形器和光纤分束器用于将传输至接收端的激光信号部分返回发射端。
第三光电探测器用于探测得到含有第一光纤链路噪声的主激光信号和从激光信号的第二拍频信号
该第二拍频信号是接收端原本接收到的主激光信号和从激光信号的拍频信号，并且附加了第一光纤链路噪声。
以下重点说明为什么通过本发明实施例的方法，能够使得接收端后续接收到的微波频率为参考信号的频率，即预设参考频率。
通过发射端的调节，压控振荡器输出的压控振荡信号的频率满足：ω1+ω2-2ω0＝0，
根据第一共轭信号和第二共轭信号的关系，有ω1+ω2＝2ωr，
则得到ω0＝ωr，
根据ω0＝ωr，
由于ξ，ξ0和ξ1均为常数，不影响频率信号的稳定度性能，可以忽略不计，忽略常数项ξ，ξ0和ξ1后，第二拍频信号Vrmt等效为
即接收端接收到的第二拍频信号的频率为接收端的参考信号的频率，即预设参考频率。实现了光纤链路的噪声的补偿。
其中，两束激光在同一光纤中传输，外部干扰对它们的影响几乎是等同的，再利用差拍探测获得微波信号，可以降低共模噪声的干扰。
需要说明的是，在接收端够获得参考信号的频率时，后续接收端无需再发送回传激光信号，发射端也无需进行光纤链路噪声的补偿。
本发明实施例所提供的方案中，发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，使得接收端的频率接收机能够得到稳定的预设参考频率，以这个高稳定度的预设参考频率来产生时间信号，因此可以保证时间信号的高稳定度。并且以光纤时间同步得到的时间信号对预设参考频率产生的时间信号进行校准，能够保证最终输出的同步时间信号的高准确度。
本发明实施例所提供的方案，是一种不同于目前利用激光强度调制的光纤微波传递的新方案。该方案在多普勒噪声消除方法的基础上，利用两束激光在同一光纤中传输时光纤引入的噪声是共模成分的原理，利用激光频率偏移锁定技术，将发射端待传递的参考信号的频率调制到两束激光的频率差上，经过光纤耦合器合束后，在同一光纤链路中传播。即用两束频率差恒定的激光实现光纤微波频率传递，因此，在光纤链路中传播时，由激光偏振效应、温度、振动等引入的噪声对两束激光是对称的，通过拍频探测可以降低它们的影响。由于本发明方案中未采用以往的用待传递的微波信号对载波激光强度进行调制的方案，因此可以克服由于激光强度调制带来的激光偏振效应和光纤色散效应的影响，减小温度、振动和应力等噪声源的敏感性，进而增强系统的抗干扰能力，提高微波信号频率传递的精度和稳定度。同时，本发明方案中通过对光纤链路的噪声进行了主动补偿，可以进一步保证光纤链路传输过程中微波信号频率传递的精度和稳定度，从而保证同步时间信号的高准确度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于激光频率偏移锁定频率传递的时间同步方法，其特征在于，包括：
发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递预设参考频率，并且所述发射端通过第二光纤链路向所述接收端的时间接收机发送参考时间信号；
将所述频率接收机接收到的所述预设参考频率输入分频器得到第一时间信号，并将所述第一时间信号经过可编程延迟器得到第二时间信号；
利用时差测量器计算所述第二时间信号以及所述时间接收机接收到的第三时间信号的时差值T，其中，所述第三时间信号和所述参考时间信号相位同步；
将所述时差值T输入运算控制单元，由所述运算控制单元根据所述时差值T，调整所述可编程延迟器的延迟量ΔT得到调整后的第二时间信号，通过迭代调整，使调整后的第二时间信号与所述第三时间信号的时差值T满足趋近零值条件；
将满足所述趋近零值条件时的第二时间信号作为同步时间信号输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射端利用基于激光频率偏移锁定的频率传递方法，通过第一光纤链路向接收端的频率接收机传递预设参考频率，包括：
利用主激光器和从激光器分别产生主激光信号和从激光信号；
将产生的所述主激光信号和所述从激光信号利用所述第一光纤链路传输至所述接收端；并利用所述主激光信号和所述从激光信号，采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器的频率差锁定至预设微波频率；
接收所述接收端返回的回传激光信号；其中所述回传激光信号包含所述主激光信号、所述从激光信号以及所述第一光纤链路的噪声；
产生参考信号，并根据所述参考信号和所述回传激光信号，通过调节所述预设微波频率，对所述第一光纤链路的噪声进行补偿，以使得所述接收端后续接收到的微波频率为预设参考频率，所述预设参考频率为所述参考信号的频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述主激光信号包括：
其中，ωM表示所述主激光信号的频率，
表示所述主激光信号的相位；
所述从激光信号包括：
其中，ωS表示所述从激光信号的频率，
表示所述从激光信号的相位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将产生的所述主激光信号和所述从激光信号利用所述第一光纤链路传输至所述接收端；并利用所述主激光信号和所述从激光信号，采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器的频率差锁定至预设微波频率，包括：
将产生的所述主激光信号和所述从激光信号利用光纤耦合器进行合路得到合并激光信号，并将所述合并激光信号利用所述光纤耦合器的第一输出端和第二输出端进行等比分路输出；
将所述光纤耦合器的第一输出端的合并激光信号通过所述第一光纤链路传输至所述接收端；
对所述光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器输出的激光信号的频率差锁定至所述预设微波频率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号采用激光频率偏移锁定技术，将所述主激光器和所述从激光器输出的激光信号的频率差锁定至所述预设微波频率，包括：
利用第一光电探测器对所述光纤耦合器的第二输出端的合并激光信号进行处理，输出所述主激光信号和所述从激光信号的第一拍频信号
利用压控振荡器产生携带有所述预设微波频率的压控振荡信号
其中，ω0表示所述预设微波频率，
表示所述压控振荡信号的相位；
对所述第一拍频信号和所述压控振荡信号进行混频处理，得到表征所述主激光信号与所述从激光信号的频率差，相对于所述预设微波频率的误差信号
利用第一伺服控制模块接收所述误差信号，对所述主激光器信号的频率ωM或者所述从激光信号的频率ωS进行调节，使得满足ωM-ωS-ω0＝0，实现调节后的误差信号为常数cos[ξ0]，其中
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考信号包括：
其中，ωr表示所述预设参考频率，
表示所述参考信号的相位。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考信号和所述回传激光信号，通过调节所述预设微波频率，对所述第一光纤链路的噪声进行补偿，以使得所述接收端后续接收到的微波频率为预设参考频率，包括：
由所述参考信号产生第一共轭信号
和第二共轭信号
其中，ω1和ω2分别表示所述第一共轭信号和所述第二共轭信号的频率，
和
分别表示所述第一共轭信号和所述第二共轭信号的相位，且ω1+ω2＝2ωr，
ξ为常数；
利用第二光电探测器将所述回传激光信号进行激光信号至射频信号的转换，输出回传信号
其中
为所述第一光纤链路的噪声；
将所述压控振荡器输出的压控振荡信号，与所述第一共轭信号进行混频后取差频项，输出第一混频信号
将所述第二共轭信号，与所述回传信号进行混频后取差频项，输出第二混频信号
将所述第一混频信号和所述第二混频信号进行混频后取差频项，输出第三混频信号：
利用第二伺服控制模块，根据所述第三混频信号，反馈控制所述压控振荡器，使得所述预设微波频率与所述预设参考频率相同。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用第二伺服控制模块，根据所述第三混频信号，反馈控制所述压控振荡器，使得所述预设微波频率与所述预设参考频率相同，包括：
利用第二伺服控制模块，通过调节所述压控振荡器的输入电压，使得所述压控振荡器输出的压控振荡信号的频率满足：ω1+ω2-2ω0＝0；实现调节后的第三混频信号为常数cos[ξ1]，其中
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述预设参考频率为10GHz以下的微波频段频率。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光纤链路和所述第二光纤链路是同一根光纤利用波分复用的方式共用。
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