CN114337814A - 远距离电脉冲信号的传递系统及传递方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远距离电脉冲信号的传递系统及传递方法。远距离电脉冲信号的传递系统包括：标准脉冲源、模拟信号源，本地信号处理模块、光纤传输链路和远地处理模块；所述标准脉冲源、所述模拟信号源均与所述本地信号处理模块连接，所述标准脉冲源用于产生标准脉冲信号，所述模拟信号源用于输入待传输的模拟信号；所述本地信号处理模块通过所述光纤传输链路与所述远地处理模块连接；本发明通过对标准脉冲信号、模拟信号时延的精确计算，进行修正，从而进一步降低模拟信号传输的时延；利用光纤传输链路传输信号，可以再一次降低信号传输的时延和衰减。

Description

远距离电脉冲信号的传递系统及传递方法

技术领域

本发明涉及信号传播技术领域，特别是涉及一种远距离电脉冲信号的传递系统及传递方法。

背景技术

近年来光纤作为一种优选传输介质用来传递信号。信号经光纤传递与传统的自由空间传递相比，具有更低的功率损耗，并且抗电磁干扰能力强，因此能够获得更高的传递稳定性。尽管光纤这个媒介传递稳定度高，但是当外界环境温度、震动发生变化时，信号的传递时延将发生抖动，从而引起信号的相位抖动。因此，我们必须发展一套远距离电脉冲信号的传递系统，来减信号在光纤中传递的时延。这将对实现远距离信号传输具有十分重要的意义。

发明内容

（1）要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种远距离电脉冲信号的传递系统，包括：标准脉冲源、模拟信号源，本地信号处理模块、光纤传输链路和远地处理模块。本发明通过对标准脉冲信号、模拟信号时延的精确计算，进行修正，从而进一步降低模拟信号传输的时延；最后，利用光纤传输链路传输信号，可以降低信号传输的时延和衰减，实用价值高。

本发明实施例第二方面提供了一种远距离电脉冲信号传递方法，包括通过光纤传输链路进行远距离传输，且本地信号处理模块接收远地处理模块返回的信号，并对标准脉冲信号的时延进行计算、修正，对模拟信号的相位延迟进行计算、修正；以标准脉冲信号作为参考，计算模拟信号的时延值，对模拟信号进行移相调整。本发明通过对标准脉冲信号、模拟信号时延的精确计算，进行修正，从而进一步降低模拟信号传输的时延；最后，利用光纤传输链路传输信号，可以降低信号传输的时延和衰减，实用价值高。

（2）技术方案

本发明第一方面的实施例提出了一种远距离电脉冲信号的传递系统，包括：标准脉冲源、模拟信号源，本地信号处理模块、光纤传输链路和远地处理模块；所述标准脉冲源、所述模拟信号源均与所述本地信号处理模块连接，所述标准脉冲源用于产生标准脉冲信号，所述模拟信号源用于输入待传输的模拟信号；所述本地信号处理模块通过所述光纤传输链路与所述远地处理模块连接；所述本地信号处理模块用于接收所述标准脉冲源、所述模拟信号源以及所述远地处理模块返回的信号，根据所述远地处理模块返回的信号对所述标准脉冲源、所述模拟信号源的信号进行时延调整；所述远地处理模块用于将所述标准脉冲源、所述模拟信号源的信号返回至所述本地信号处理模块，并将所述本地信号处理模块时延调整后的模拟信号恢复出来形成输出；

具体地，所述本地信号处理模块包括：脉冲信号处理模块、频率信号处理模块、第一检测器、嵌入器和第一光环形器；所述第一检测器用于接收所述远地处理模块返回的脉冲信号和模拟信号，并分别将返回的脉冲信号和模拟信号发送至所述脉冲信号处理模块和所述频率信号处理模块；所述第一光环形器用于分别向所述脉冲信号处理模块、频率信号处理模块返回脉冲信号和模拟信号；所述嵌入器为电光转换器；所述第一检测器为光电探测器；所述脉冲信号处理模块根据所述标准脉冲源的标准脉冲信号、所述第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的脉冲信号确定秒脉冲时延信号并调整标准脉冲信号的时延；所述频率信号处理模块根据所述模拟信号源的模拟信号、所述第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的模拟信号确定模拟时延信号并调整模拟信号输出的时延；所述嵌入器用于将脉冲信号、模拟信号调制在一起后形成光信号传输至光纤传输链路中；

具体地，所述远地处理模块包括：第二光环形器、第二检测器、频率信号恢复模块；所述第二光环形器用于将光纤传输链路输入的脉冲信号、模拟信号返回至所述本地信号处理模块，所述第二检测器用于接收所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号分别转换为脉冲信号和模拟信号；所述频率信号恢复模块根据所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号并以脉冲信号为基准调整模拟信号的时延；

所述标准脉冲源为原子频率源；所述模拟信号源为正弦波信号源；所述本地信号处理模块和所述远地处理模块运行在FPGA、MCU或单片机芯片上，且所述本地信号处理模块和所述远地处理模块运行在相同型号的芯片上。

进一步地，所述频率信号处理模块采用数字域鉴相方法对所述模拟信号源的输入信号和对所述光纤传输链路返回的信号进行主动相位补偿；其中，所述频率信号处理模块在进行数字域鉴相方法时先对输入的信号进行模数转换。

进一步地，所述数字域鉴相方法，包括：所述模拟信号源输入模拟信号与经所述光纤传输链路返回的信号相位差为：

ΔΦ_out-in=Φ₁-Φ₀=ΔΦ_sf+ΔΦ_e/o+ΔΦ_f +ΔΦ_o/e

所述本地信号处理模块返回模拟信号与所述光纤传输链路返回的信号相位差为：

ΔΦ_back-out=Φ₂-Φ₁=ΔΦ_e/o+ΔΦ_b+ΔΦ_o/e+ΔΦ_sb

所述本地信号处理模块输入模拟信号与所述本地信号处理模块返回模拟信号的相位差为：

ΔΦ=Φ₂-Φ₀=ΔΦ_back-out+ΔΦ_out-in

在往返光信号波长相同的情况下，往返光纤传输时延相同，则有ΔΦ_f =ΔΦ_b

且假设所述本地信号处理模块和所述远地处理模块采用相同的硬件芯片实现，则：ΔΦ_sf=ΔΦ_sb=0

可知：ΔΦ_back-out=ΔΦ_out-in=0.5ΔΦ

再将所得测量值用于配置往返两个方向的相位补偿模块参数：

ΔΦ_sf=ΔΦ_sb=-0.5ΔΦ

最后得到补偿后的相位差测量值ΔΦ₂和本、远两端信号相位差ΔΦ_out-in-1

ΔΦ₂=-0.5ΔΦ×2+ΔΦ=0

ΔΦ_out-in-1=-0.5ΔΦ×2+Δ_e/o+Δ_f+Δ_o/e=0

其中：Φ₁为模拟信号源输入模拟信号相位、Φ₀为经所述光纤传输链路返回的信号相位、 Φ₂为本地信号处理模块输入模拟信号相位；

ΔΦ_sf、ΔΦ_sb：分别表示前向传输路径和返回路径上的相位补偿值；

ΔΦ_e/o：表示电光转换器以及第二光环形器发送端延时引起的相位变化；

ΔΦ_o/e：表示光电探测器以及第二光环形器接收端延时引起的相位变化；

ΔΦ_f：表示前向光路传输时延带来的相位变化；

ΔΦ_b：表示返回光路传输时延带来的相位变化。

进一步地，所述脉冲信号处理模块用于对所述标准脉冲源产生的标准脉冲信号以及返回接收到的脉冲信号进行对齐，以计算出时延值。

进一步地，脉冲信号对齐的具体方法如下：在脉冲信号传输过程中，

Δt_out-in=Δt_back-out=0.5Δt

而在时延补偿时，时间传递中时延补偿的作用是将信号延迟，用T_1s和T_2s分别表示1个脉冲和2个脉冲周期对应的时间，取往返路径上两处延迟模块的延迟值为：

Δt_df=Δt_db=0.5(T_2s-Δt)

则有：

Δt_out-in=0.5Δt+0.5(T_2s-Δt)=0.5T_2s=T_1s

Δt_back-out=Δt+2×0.5(T_2s-Δt)=T_2s

其中：Δt_out-in为脉冲信号传输方向的时延；

Δt_back-out为脉冲信号相同返回路径方向的时延；

Δt为总的时延；

Δt_df和Δt_db分别表示往返两个方向的一个脉冲延时的延时值。

进一步地，所述本地信号处理模块还包括模拟信号预处理模块，所述模拟信号预处理模块用于对所述模拟信号源输入的模拟信号进行信号除燥、信号放大处理。

进一步地，所述第二检测器为光电探测器，用于接收所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号从光信号转换为电信号。

进一步地，所述频率信号恢复模块以所述脉冲信号为基准来调整模拟信号的相位来消除时延。

进一步地，在相位调整结束以后还需对模拟信号进行除燥、信号放大处理。

本发明第二方面的实施例提出了一种应用于本发明第一方面任一项所述远距离电脉冲信号的传递系统的远距离电脉冲信号传递方法，包括如下步骤：

步骤一：标准脉冲源产生基准的标准脉冲信号，模拟信号源产生待远距离发送的模拟信号；

步骤二：通过光纤传输链路进行远距离传输，且本地信号处理模块接收远地处理模块返回的信号，并对标准脉冲信号的时延进行计算、修正，对模拟信号的相位延迟进行计算、修正；

步骤三：远地处理模块接收修正后的标准脉冲信号和模拟信号；

步骤四：以标准脉冲信号作为参考，计算模拟信号的时延值，对模拟信号进行移相调整；

步骤五：对移相调整后的模拟信号输出。

（3）有益效果

本发明实施例一方面采用标准脉冲源发生的标准脉冲信号作为基准对模拟信号源发送的模拟信号进行校准，可以降低模拟信号传输的时延；另一方面通过对标准脉冲信号、模拟信号时延的精确计算，进行修正，从而进一步降低模拟信号传输的时延；最后，利用光纤传输链路传输信号，可以再一次降低信号传输的时延和衰减；因此，本发明实施例的远距离电脉冲信号的传递系统可以提高信号传输的实时性和强度，实用价值高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明一实施例中脉冲信号时延的示意图。

图2是本发明一实施例中远距离电脉冲信号的传递系统的原理图。

图3是本发明一实施例中本地信号处理模块的原理图。

图4是本发明一实施例中远地处理模块的原理图。

图5是本发明一实施例中本地信号处理模块的原理图。

图6是本发明一实施例中远地处理模块的原理图。

图7是本发明一实施例中信号预处理模块的原理图。

图8是本发明一实施例中模拟信号传递过程中的相位变化示意图。

图9是本发明一实施例中脉冲信号传递过程中的时延变化示意图。

图10是本发明一实施例中远距离电脉冲信号的传递方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1－附图10并结合实施例来详细说明本申请。

参阅附图2－图7所示，根据本发明实施例第一方面的一种远距离电脉冲信号的传递系统，包括：标准脉冲源、模拟信号源，本地信号处理模块、光纤传输链路和远地处理模块；

所述标准脉冲源、所述模拟信号源均与所述本地信号处理模块连接，所述标准脉冲源用于产生标准脉冲信号，所述模拟信号源用于输入待传输的模拟信号；

所述本地信号处理模块通过所述光纤传输链路与所述远地处理模块连接；

所述本地信号处理模块用于接收所述标准脉冲源、所述模拟信号源以及所述远地处理模块返回的信号，根据所述远地处理模块返回的信号对所述标准脉冲源、所述模拟信号源的信号进行时延调整；所述远地处理模块用于将所述标准脉冲源、所述模拟信号源的信号返回至所述本地信号处理模块，并将所述本地信号处理模块时延调整后的模拟信号恢复出来形成输出；

参阅附图2－图7所示，具体地，所述本地信号处理模块包括：脉冲信号处理模块、频率信号处理模块、第一检测器、嵌入器和第一光环形器；所述第一检测器用于接收所述远地处理模块返回的脉冲信号和模拟信号，并分别将返回的脉冲信号和模拟信号发送至所述脉冲信号处理模块和所述频率信号处理模块；所述第一光环形器用于分别向所述脉冲信号处理模块、频率信号处理模块返回脉冲信号和模拟信号；所述嵌入器为电光转换器；所述第一检测器为光电探测器；

所述脉冲信号处理模块根据所述标准脉冲源的标准脉冲信号、所述第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的脉冲信号确定秒脉冲时延信号并调整标准脉冲信号的时延；所述频率信号处理模块根据所述模拟信号源的模拟信号、所述第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的模拟信号确定模拟时延信号并调整模拟信号输出的时延；所述嵌入器用于将脉冲信号、模拟信号调制在一起后形成光信号传输至光纤传输链路中；

参阅附图2－图7所示，具体地，所述远地处理模块包括：第二光环形器、第二检测器、频率信号恢复模块；所述第二光环形器用于将光纤传输链路输入的脉冲信号、模拟信号返回至所述本地信号处理模块，所述第二检测器用于接收所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号分别转换为脉冲信号和模拟信号；所述频率信号恢复模块根据所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号并以脉冲信号为基准调整模拟信号的时延；

所述标准脉冲源为原子频率源；

所述模拟信号源为正弦波信号源；

所述本地信号处理模块和所述远地处理模块运行在FPGA、MCU或单片机芯片上，且所述本地信号处理模块和所述远地处理模块运行在相同型号的芯片上；

所述模拟信号源用于输入的模拟信号为正弦波信号。

本发明实施例的远距离电脉冲信号的传递系统，包括：标准脉冲源、模拟信号源，本地信号处理模块、光纤传输链路和远地处理模块；具体地，标准脉冲源、模拟信号源均与本地信号处理模块连接，标准脉冲源用于产生标准脉冲信号，模拟信号源用于输入待传输的模拟信号；而本地信号处理模块通过光纤传输链路与远地处理模块连接，用于将待传输的模拟信号远距离传输至目的地。同时，本发明实施例中本地信号处理模块用于接收标准脉冲源、模拟信号源以及远地处理模块返回的信号，根据远地处理模块返回的信号对标准脉冲源、模拟信号源的信号进行时延调整；远地处理模块用于将标准脉冲源、模拟信号源的信号返回至本地信号处理模块，并将本地信号处理模块时延调整后的模拟信号恢复出来形成输出。

具体来说，标准脉冲信号从标准脉冲源输出后经由本地信号处理模块、光纤传输链路传送至远地处理模块，在传送过程中会不可避免地产生时延，因此，可以在远地处理模块上设置信号返回部件（也就是下述的第二光环形器），在本地信号处理模块上也设置信号返回部件（也就是下述的第一光环形器），通过信号的来回运行，将返回的信号与发送的时间进行比对，可以计算出整个传输路径的时延，比如计算出时延为0.2毫秒，进而在本地信号处理模块中可以根据计算值对标准脉冲信号实施的进行时延调整，确保远地处理模块接收的标准脉冲信号不存在时延。同理，模拟信号源输出的模拟信号经过与返回回来的信号进行比对，计算出时延，再对发送的信号进行相位调整，以确保输送至远地处理模块的模拟信号不出现时延。最后，传送到远地处理模块的模拟信号再以标准脉冲信号作为基准（这是因为标准脉冲信号一般来源于准确度更高，比如石英原子钟等），因此再利用其对模拟信号进行校准可以进一步提高模拟信号传输的实时性，降低时延。

综上所述，本发明实施例一方面采用标准脉冲源发生的标准脉冲信号作为基准对模拟信号源发送的模拟信号进行校准，可以降低模拟信号传输的时延；另一方面通过对标准脉冲信号、模拟信号时延的精确计算，进行修正，从而进一步降低模拟信号传输的时延；最后，利用光纤传输链路传输信号，可以再一次降低信号传输的时延和衰减；因此，本发明实施例的远距离电脉冲信号的传递系统可以提高信号传输的实时性和强度，具有较高的实用价值。

参阅附图2－图7所示，具体地，在本发明的一个实施例中，本地信号处理模块可以包括：脉冲信号处理模块、频率信号处理模块、第一检测器、嵌入器和第一光环形器；第一检测器用于接收远地处理模块返回的脉冲信号和模拟信号，并分别将返回的脉冲信号和模拟信号发送至脉冲信号处理模块和频率信号处理模块；第一光环形器用于分别向脉冲信号处理模块、频率信号处理模块返回脉冲信号和模拟信号；嵌入器为电光转换器；第一检测器为光电探测器；脉冲信号处理模块根据标准脉冲源的标准脉冲信号、第一光环形器返回信号以及远地处理模块返回的脉冲信号确定秒脉冲时延信号并调整标准脉冲信号的时延；频率信号处理模块根据所述模拟信号源的模拟信号、第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的模拟信号确定模拟时延信号并调整模拟信号输出的时延；嵌入器用于将脉冲信号、模拟信号调制在一起后形成光信号传输至光纤传输链路中；

参阅附图2－图7所示，具体地，远地处理模块包括：第二光环形器、第二检测器、频率信号恢复模块；第二光环形器用于将光纤传输链路输入的脉冲信号、模拟信号返回至本地信号处理模块，第二检测器用于接收所述脉冲信号处理模块、频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号分别转换为脉冲信号和模拟信号；频率信号恢复模块根据脉冲信号处理模块、频率信号处理模块时延处理后的信号并以脉冲信号为基准调整模拟信号的时延；标准脉冲源可以为原子频率源，这样精度会更高；模拟信号源为正弦波信号源，便于对相位进行调整；本地信号处理模块和远地处理模块运行在FPGA、MCU或单片机芯片上，且本地信号处理模块和远地处理模块运行在相同型号的芯片上，比如本地信号处理模块和远地处理模块运行在相同型号的FPGA芯片上。

根据本发明第一方面的另一个实施例，所述频率信号处理模块采用数字域鉴相方法对所述模拟信号源的输入信号和对所述光纤传输链路返回的信号进行主动相位补偿；其中，所述频率信号处理模块在进行数字域鉴相方法时先对输入的信号进行模数转换。采用数字域鉴相方法对模拟信号源的输入信号和对所述光纤传输链路返回的信号进行主动相位补偿，可以降低模拟信号的时延，提高信息传输的实时性。同时，数字域鉴相方法具有操作简单，硬件实现方便，计算量低的优点；且频率信号处理模块在进行数字域鉴相方法时先对输入的信号进行模数转换可以便于数字域鉴相方法的顺利进行。

具体地，参阅附图8所示，根据本发明第一方面的一个实施例，所述数字域鉴相方法包括：所述模拟信号源输入模拟信号与经所述光纤传输链路返回的信号相位差为：

ΔΦ_out-in=Φ₁-Φ₀=ΔΦ_sf+ΔΦ_e/o+ΔΦ_f +ΔΦ_o/e

所述本地信号处理模块返回模拟信号与所述光纤传输链路返回的信号相位差为：

ΔΦ_back-out=Φ₂-Φ₁=ΔΦ_e/o+ΔΦ_b+ΔΦ_o/e+ΔΦ_sb

所述本地信号处理模块输入模拟信号与所述本地信号处理模块返回模拟信号的相位差为：

ΔΦ=Φ₂-Φ₀=ΔΦ_back-out+ΔΦ_out-in

在往返光信号波长相同的情况下，往返光纤传输时延相同，则有ΔΦ_f =ΔΦ_b

且假设所述本地信号处理模块和所述远地处理模块采用相同的硬件芯片实现，则：ΔΦ_sf=ΔΦ_sb=0

可知：ΔΦ_back-out=ΔΦ_out-in=0.5ΔΦ

再将所得测量值用于配置往返两个方向的相位补偿模块参数：

ΔΦ_sf=ΔΦ_sb=-0.5ΔΦ

最后得到补偿后的相位差测量值ΔΦ₂和本、远两端信号相位差ΔΦ_out-in-1

ΔΦ₂=-0.5ΔΦ×2+ΔΦ=0

ΔΦ_out-in-1=-0.5ΔΦ×2+Δ_e/o+Δ_f+Δ_o/e=0

其中：Φ₁为模拟信号源输入模拟信号相位、Φ₀为经所述光纤传输链路返回的信号相位、 Φ₂为本地信号处理模块输入模拟信号相位；

ΔΦ_sf、ΔΦ_sb：分别表示前向传输路径和返回路径上的相位补偿值；

ΔΦ_e/o：表示电光转换器以及第二光环形器发送端延时引起的相位变化；

ΔΦ_o/e：表示光电探测器以及第二光环形器接收端延时引起的相位变化；

ΔΦ_f：表示前向光路传输时延带来的相位变化；

ΔΦ_b：表示返回光路传输时延带来的相位变化。

因此，在进行主动相位补偿之后，使得本地信号处理模块和远地处理模块的模拟信号达到相位差为0，同时本地信号处理模块的相位测量模块测得的相位差数据也为0，并且能实时检测相位差的变化并进行补偿。上述相位补偿方法能维持本地信号处理模块和远地处理模块两端模拟信号相位的稳定对齐状态，不受传输时延波动的影响。

根据本发明第一方面的又一个实施例，所述脉冲信号处理模块用于对所述标准脉冲源产生的标准脉冲信号以及返回接收到的脉冲信号进行对齐，以计算出时延值。在脉冲信号传递过程中，存在绝对的时间滞后，因此本发明实施例采用远地端将当前收到的秒脉冲调整至对齐本地端发出的下一个秒脉冲，达到相对时间信号对齐，完成时间信号的传递，实现降低时延的效果。

具体地，参阅附图9所示，根据本发明第一方面的一个实施例，脉冲信号对齐的具体方法如下：在脉冲信号传输过程中，

Δt_out-in=Δt_back-out=0.5Δt

而在时延补偿时，时间传递中时延补偿的作用是将信号延迟，用T_1s和T_2s分别表示1个脉冲和2个脉冲周期对应的时间，取往返路径上两处延迟模块的延迟值为：

Δt_df=Δt_db=0.5(T_2s-Δt)

则有：

Δt_out-in=0.5Δt+0.5(T_2s-Δt)=0.5T_2s=T_1s

Δt_back-out=Δt+2×0.5(T_2s-Δt)=T_2s

其中：Δt_out-in为脉冲信号传输方向的时延；

Δt_back-out为脉冲信号相同返回路径方向的时延；

Δt为总的时延；

Δt_df和Δt_db分别表示往返两个方向的一个脉冲延时的延时值。

由此，在本地端的传输时延测量模块以2个脉冲周期时间为期望目标，在往返两个方向的时间延迟模块动态调整下，本、远地两端的脉冲信号时延为1个脉冲周期时间，达到相对同步。

参阅附图2－图7所示，根据本发明第一方面的另一个实施例，所述本地信号处理模块还包括模拟信号预处理模块，所述模拟信号预处理模块用于对所述模拟信号源输入的模拟信号进行信号除燥、信号放大处理。通过信号除燥、信号放大可以进一步提高模拟信号的强度。

根据本发明第一方面的一个实施例，所述第二检测器为光电探测器，用于接收所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号从光信号转换为电信号。

根据本发明第一方面的又一个实施例，所述频率信号恢复模块以所述脉冲信号为基准来调整模拟信号的相位以消除时延。

参阅附图2－图7所示，根据本发明第一方面的另一个实施例，在相位调整结束以后还需对模拟信号进行除燥、信号放大处理。通过信号除燥、信号放大可以进一步提高模拟信号的强度。

参阅附图10所示，根据本发明第二方面的一个实施例，为一种应用于本发明第一方面任一项所述远距离电脉冲信号的传递系统的远距离电脉冲信号传递方法，包括如下步骤：

步骤一：标准脉冲源产生基准的标准脉冲信号，模拟信号源产生待远距离发送的模拟信号；

步骤二：通过光纤传输链路进行远距离传输，且本地信号处理模块接收远地处理模块返回的信号，并对标准脉冲信号的时延进行计算、修正，对模拟信号的相位延迟进行计算、修正；

步骤三：远地处理模块接收修正后的标准脉冲信号和模拟信号；

步骤四：以标准脉冲信号作为参考，计算模拟信号的时延值，对模拟信号进行移相调整；

步骤五：对移相调整后的模拟信号输出。

在本发明实施例中，首先，标准脉冲源产生基准的标准脉冲信号，模拟信号源产生待远距离发送的模拟信号；然后再通过光纤传输链路进行远距离传输，且本地信号处理模块接收远地处理模块返回的信号，并对标准脉冲信号的时延进行计算、修正，对模拟信号的相位延迟进行计算、修正；接着，远地处理模块接收修正后的标准脉冲信号和模拟信号；同时，以标准脉冲信号作为参考，计算模拟信号的时延值，对模拟信号进行移相调整；最后，再对移相调整后的模拟信号输出。

本发明实施例所示方法采用本发明上述实施例的远距离电脉冲信号的传递系统，首先，本发明实施例所示方法以标准脉冲源发生的标准脉冲信号作为基准对模拟信号源发送的模拟信号进行校准，可以降低模拟信号传输的时延；其次，本发明实施例所示方法通过对标准脉冲信号、模拟信号时延的精确计算，进行修正，从而进一步降低模拟信号传输的时延；最后，本发明实施例所示方法利用光纤传输链路传输信号，可以再一次降低信号传输的时延和衰减；因此，本发明实施例的远距离电脉冲信号的传递系统可以提高信号传输的实时性和强度，实用价值高。同时，本发明实施例所示方法简单，便于实现，传输效果好，实用价值高。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，包括：标准脉冲源、模拟信号源，本地信号处理模块、光纤传输链路和远地处理模块；

所述标准脉冲源、所述模拟信号源均与所述本地信号处理模块连接，所述标准脉冲源用于产生标准脉冲信号，所述模拟信号源用于输入待传输的模拟信号；

所述本地信号处理模块通过所述光纤传输链路与所述远地处理模块连接；

所述本地信号处理模块用于接收所述标准脉冲源、所述模拟信号源以及所述远地处理模块返回的信号，根据所述远地处理模块返回的信号对所述标准脉冲源、所述模拟信号源的信号进行时延调整；所述远地处理模块用于将所述标准脉冲源、所述模拟信号源的信号返回至所述本地信号处理模块，并将所述本地信号处理模块时延调整后的模拟信号恢复出来形成输出；

所述本地信号处理模块包括：脉冲信号处理模块、频率信号处理模块、第一检测器、嵌入器和第一光环形器；所述第一检测器用于接收所述远地处理模块返回的脉冲信号和模拟信号，并分别将返回的脉冲信号和模拟信号发送至所述脉冲信号处理模块和所述频率信号处理模块；所述第一光环形器用于分别向所述脉冲信号处理模块、频率信号处理模块返回脉冲信号和模拟信号；所述嵌入器为电光转换器；所述第一检测器为光电探测器；

所述脉冲信号处理模块根据所述标准脉冲源的标准脉冲信号、所述第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的脉冲信号确定秒脉冲时延信号并调整标准脉冲信号的时延；所述频率信号处理模块根据所述模拟信号源的模拟信号、所述第一光环形器返回信号以及所述远地处理模块返回的模拟信号确定模拟时延信号并调整模拟信号输出的时延；所述嵌入器用于将脉冲信号、模拟信号调制在一起后形成光信号传输至光纤传输链路中；

所述远地处理模块包括：第二光环形器、第二检测器、频率信号恢复模块；所述第二光环形器用于将光纤传输链路输入的脉冲信号、模拟信号返回至所述本地信号处理模块，所述第二检测器用于接收所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号分别转换为脉冲信号和模拟信号；所述频率信号恢复模块根据所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号并以脉冲信号为基准调整模拟信号的时延；

所述标准脉冲源为原子频率源；

所述模拟信号源为正弦波信号源；

所述本地信号处理模块和所述远地处理模块运行在FPGA、MCU或单片机芯片上，且所述本地信号处理模块和所述远地处理模块运行在相同型号的芯片上。

2.根据权利要求1所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，所述频率信号处理模块采用数字域鉴相方法对所述模拟信号源的输入信号和对所述光纤传输链路返回的信号进行主动相位补偿；

所述频率信号处理模块在进行数字域鉴相方法时先对输入的信号进行模数转换。

3.根据权利要求2所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，所述数字域鉴相方法包括：

所述模拟信号源输入模拟信号与经所述光纤传输链路返回的信号相位差为：

ΔΦ_out-in=Φ₁-Φ₀=ΔΦ_sf+ΔΦ_e/o+ΔΦ_f +ΔΦ_o/e

所述本地信号处理模块返回模拟信号与所述光纤传输链路返回的信号相位差为：

ΔΦ_back-out=Φ₂-Φ₁=ΔΦ_e/o+ΔΦ_b+ΔΦ_o/e+ΔΦ_sb

所述本地信号处理模块输入模拟信号与所述本地信号处理模块返回模拟信号的相位差为：

ΔΦ=Φ₂-Φ₀=ΔΦ_back-out+ΔΦ_out-in

在往返光信号波长相同的情况下，往返光纤传输时延相同，则有ΔΦ_f =ΔΦ_b

且所述本地信号处理模块和所述远地处理模块采用相同的硬件芯片实现，则：ΔΦ_sf=ΔΦ_sb=0

可知：ΔΦ_back-out=ΔΦ_out-in=0.5ΔΦ

再将所得测量值用于配置往返两个方向的相位补偿模块参数：

ΔΦ_sf=ΔΦ_sb=-0.5ΔΦ

最后得到补偿后的相位差测量值ΔΦ₂和本地、远两端信号相位差ΔΦ_out-in-1

ΔΦ₂=-0.5ΔΦ×2+ΔΦ=0

ΔΦ_out-in-1=-0.5ΔΦ×2+Δ_e/o+Δ_f +Δ_o/e=0

其中：Φ₁为模拟信号源输入模拟信号相位、Φ₀为经所述光纤传输链路返回的信号相位、Φ₂为本地信号处理模块输入模拟信号相位；

ΔΦ_sf、ΔΦ_sb：分别表示前向传输路径和返回路径上的相位补偿值；

ΔΦ_e/o：表示电光转换器以及第二光环形器发送端延时引起的相位变化；

ΔΦ_o/e：表示光电探测器以及第二光环形器接收端延时引起的相位变化；

ΔΦ_f：表示前向光路传输时延带来的相位变化；

ΔΦ_b：表示返回光路传输时延带来的相位变化。

4.根据权利要求1所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，所述脉冲信号处理模块用于对所述标准脉冲源产生的标准脉冲信号以及返回接收到的脉冲信号进行对齐，以计算出时延值。

5.根据权利要求4所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，脉冲信号对齐的具体方法如下：

在脉冲信号传输过程中，

Δt_out-in=Δt_back-out=0.5Δt

用T_1s和T_2s分别表示1个脉冲和2个脉冲周期对应的时间，取往返路径上两处延迟模块的延迟值为：

Δt_df=Δt_db=0.5(T_2s-Δt)

则有：

Δt_out-in=0.5Δt+0.5(T_2s-Δt)=0.5T_2s=T_1s

Δt_back-out=Δt+2×0.5(T_2s-Δt)=T_2s

其中：Δt_out-in为脉冲信号传输方向的时延；

Δt_back-out为脉冲信号相同返回路径方向的时延；

Δt为总的时延；

Δt_df和Δt_db分别表示往返两个方向的一个脉冲延时的延时值。

6.根据权利要求1所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，所述本地信号处理模块还包括模拟信号预处理模块，所述模拟信号预处理模块用于对所述模拟信号源输入的模拟信号进行信号除燥、信号放大处理。

7.根据权利要求1所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，所述第二检测器为光电探测器，用于接收所述脉冲信号处理模块、所述频率信号处理模块时延处理后的信号，并将信号从光信号转换为电信号。

8.根据权利要求1所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，所述频率信号恢复模块以所述脉冲信号为基准来调整模拟信号的相位以消除时延。

9.根据权利要求8所述的远距离电脉冲信号的传递系统，其特征在于，在相位调整结束以后还需对模拟信号进行除燥、信号放大处理。

10.一种应用于权利要求1-9任一项所述的远距离电脉冲信号的传递系统的远距离电脉冲信号的传递方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：标准脉冲源产生基准的标准脉冲信号，模拟信号源产生待远距离发送的模拟信号；

步骤二：通过光纤传输链路进行远距离传输，且本地信号处理模块接收远地处理模块返回的信号，并对标准脉冲信号的时延进行计算、修正，对模拟信号的相位延迟进行计算、修正；

步骤三：远地处理模块接收修正后的标准脉冲信号和模拟信号；

步骤四：以标准脉冲信号作为参考，计算模拟信号的时延值，对模拟信号进行移相调整；

步骤五：对移相调整后的模拟信号输出。

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