CN115225247A - 相位调制环回时间同步装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相位调制环回时间同步装置、方法和系统，属于时间同步领域；在光信号调制时采用相位调制器将秒脉冲时间信号调制到光载波上。在远端，接收到的光信号被分束器分成两路，一路通过环形器再次返回至近端，从而完成闭环；另一路通过分束器分别传送至迈克尔逊干涉仪的两臂通过干涉解调后进行混频，混频后的输出进入光电探测器得到电信号，通过时间测量模块获得远端时间信号。在近端，接收到的环回信号直接和近端激光器通过分束器混频后，输入平衡零拍探测直接解调并转换成电信号，电信号通过时间测量模块获得近端的时间信号，通过比较获得的时间信号和发送的时间信号之间的时间差，对本地的时钟源进行反馈调节，从而补偿产生的时延差。

Description

相位调制环回时间同步装置、方法和系统

技术领域

本发明属于时间同步领域，具体涉及一种相位调制环回时间同步装置、方法和系统。

背景技术

时间是表征物质运动最基本的物理量；目前，高精度的时间同步技术已经被广泛应用在导航定位，信息网络，空间飞行器测控，天文观测以及大地测量等众多领域；此外，还带动了其他基本物理量定义，常数测量和物理定律检验精度的不断提高，在基础科学，工程技术和国防安全等众多领域发挥了越来越重要的作用。

目前，卫星授时是应用最广泛的时间同步手段，基于微波的双向卫星时间频率传递可达500ps的准确度；激光时间频率传递可达100ps的准确度。然而，受复杂大气环境影响和电磁干扰，星基时频传递可靠性和精度存在一定的局限性。

与传统的双向卫星时间和频率传输相比，光纤链路具有带宽大、损耗低、温度系数小、造价低、稳定性高、中继距离长和抗干扰能力强的优点，被认为是高稳定性和长距离时间传输的一种有前途的替代介质。然而，光纤链路的时延是漂移的，主要由机械扰动和温度变化引起。克服这个问题的经典方法之一是将到达远程站点的信号重定向回本地站点，也被称为环回时间同步系统。

由于环回时间同步系统在发送端进行全部的信号调制和时间同步处理，因此与其他方案相比更加简单。近年来，由于相位调制器结构简单、性能稳定，消除了传统马赫-曾德尔调制器中经常出现的偏置漂移问题，时间信号可以直接编码为二进制相移键格式，在相位调制器中传输到光载波。但是，相位调制信息不能由接收器处的光电探测器直接检测，需要借助光学干涉仪进行解调。

目前，国内外对光纤时间同步系统的研究已经有了很大进展，2009年瑞典SP技术研究所在560km的光纤链路上实现了优于1ns的光纤时间同步指标。2010年捷克教育科研网络在744km的光纤链路上实现了时间传递的秒级稳定度优于100ps，时间同步不确定度为112ps的光纤时间传递，2013年法国巴黎天文台在540km的光纤链路上实现了时间偏差20ps的时间同步精度。在2011年，欧洲还发起了欧洲精确时频传输网络联合研究项目拟建设时间同步不确定度优于100ps的欧洲时频光纤同步网络。在国内，2017年，清华大学在25km的光纤链路上实现了高精度多路光纤时间信号同步传输，时间同步传输稳定度优于3ps@1s，不确定度约为100ps。2019年，上海交通大学提出了一种在商用波分复用系统中通过光监控信道进行时间传输的方法，在100km的实验室光纤链路上获得了优于15ps@1s和2ps@10⁴s的时间传输稳定度。2020年，上海光机所将时间信号和微波信号同时加载到同一波长激光上，在110km的实验室光纤链路上实现了高精度的时间信号传输，其时间传输稳定度为16ps@1s和0.91ps@10⁴s。

传统的环回时间同步系统大体如图1所示，激光器产生连续的光进入幅度调制器，通过控制信号发生器输出的每秒脉冲(PPS)信号来调制要传输的光信号。调制后的光信号通过环行器进入光纤链路进行传输。到达远端后，信号通过循环器端口输出到10:90分束器，一部分被分配到远端的光电探测器，将光信号转换为电信号，另一部分则通过环形器再次返回光纤链路，到达近端的光电探测器后即可测量整个系统的往返时间，通过往返时间来补偿传输链路的时间，调整下一次秒脉冲的发送时间，从而达到时间同步的目的。

在链路中，远程接收到的1个PPS之间会有时间差，换回时间同步系统通过计数器的测量值对信号发生器进行反馈，从而调整下一个秒脉冲的发生时间，对时间差进行补偿。

但是，在经典的环回时间同步系统中，对于信号光的调制一般采用的是幅度调制的方式，使用的马赫-曾德尔调制器存在直流漂移的问题，会导致整个系统在长时间运行时的精度和稳定性下降。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种相位调制环回时间同步装置、方法和系统，通过比较获得的时间信号和发送的时间信号之间的时间差，对本地的时钟源进行反馈调节，从而补偿产生的时延差。

所述的相位调制环回时间同步装置，包括近端A和远端B；

近端A由时钟源，近端激光器，第一和第二相位调制器，平衡零拍探测器、近端环形器、近端时间测量模块和两个分束器组成；两个分束器包括第一分束器和第二分束器。

激光器与第一分束器相连，输出的光分成两路：一路进入第一相位调制器，时钟源的产生的时钟信号也输入第一相位调制器，第一相位调制器输出两者调制后的信号光，通过近端环形器输入光纤链路传输到远端；另一路输入第二分束器中，同时近端环形器接收的远端信号经过第二相位调制器输入第二分束器进行合频，合频后的两个输出共同进入平衡零拍探测器，得到远端时间脉冲信号，输入近端时间测量模块与近端时钟源信号求出时延。

远端B由远端时间测量模块，光电探测器、远端环形器、第三相位调制器，第三和第四分束器，第一和第二法拉第转镜，隔离器和衰减器组成。

第一和第二法拉第转镜，第三相位调制器，衰减器和第四分束器共同组成了迈克尔逊干涉仪结构，用来解调远端环形器接收光纤链路传输的信号光；其结构为：第四分束器输出的两臂分别连接衰减器和第三相位调制器，第三相位调制器后连第一法拉第转镜，衰减器后连接第二法拉第转镜。

远端环形器接收光纤链路传输的信号光后进入第三分束器分为两路：一路返回远端环形器进入光纤链路，从而返回近端实现闭环；另一路经过隔离器后进入迈克尔逊干涉仪结构，并得到解调后的光信号，通过迈克尔逊干涉仪结构中的第四分束器输出信号至光电探测器，得到电信号输入远端时间测量模块提取远端时间信号。

进入迈克尔逊干涉仪结构中的光信号，通过第四分束器输入干涉仪结构的上下两臂，在上臂经过第三相位控制器调节相位后到达与之相连的第一法拉第转镜，第一法拉第转镜使光信号传播方向反向，再次经过第三相位控制器后到达第四分束器；在下臂通过衰减器后到达与之相连的第二法拉第转镜，第二法拉第转镜使光信号传播方向反向，再次经过衰减器后到达第四分束器；第四分束器将上下两臂返回的信号合频后输入光电探测器。

所述的相位调制环回时间同步方法，包括以下步骤：

步骤一、近端时钟源产生秒脉冲并通过相位调制器调制到激光器发出的光信号上，通过光纤链路发送到远端；

步骤二、远端将接收到的光信号分成两路，实现环回的闭环以及得到经迈克尔逊干涉仪干涉后的返回信号；

具体为：

一路光信号通过远端环形器环回到光纤链路，进一步返回近端，实现环回的闭环；另一路通过隔离器进入迈克尔逊干涉仪两臂，进行干涉后返回信号；

光信号通过隔离器到达干涉仪结构的第四分束器，分别进入干涉仪结构的上下两臂，在上臂经过第三相位控制器调节相位后到达第一法拉第转镜，光信号被反向传播，再次经过第三相位控制器后到达第四分束器；同理，下臂的光信号通过衰减器后到达第二法拉第转镜，光信号被反向传播，再次经过衰减器后到达第四分束器，第四分束器将上下两臂返回的信号进行干涉。

步骤三、近端接收到的环回信号直接和近端激光器发出的光信号通过第二分束器混频，输入平衡零拍探测器解调并转换成电信号；

步骤四、电信号进入近端时间测量模块，时间测量模块根据产生秒脉冲的时间和接收电信号的时间计算整个系统的往返时间TIC₁，并进一步计算得到时延差，对近端本地的时钟源进行反馈调节，从而补偿产生的时延差；

时延差计算公式为：

T_Lc为近端激光器通过第一相位调制器至近端环形器输出的时间时延；T_cR为远端环形器通过迈克尔逊干涉仪结构得到干涉的光信号并输入光电探测器得到电信号的时延；T_cL为近端环形器接收的远端光信号，经第二相位调制器和第二分束器传输至近端平衡零拍探测器的传输时延；T_Rc为第三分束器将近端光信号环回至光纤链路的传输时延；

步骤五、近端根据时延差补偿下一次产生的秒脉冲，并调制成光信号发送到远端，经远端迈克尔逊干涉仪干涉后返回的信号经过合频后，发给光电探测器进行光电转换，得到的电信号输入远端时间测量模块，得到远端的同步时间信号。

由于远近两端的器件不是完全对称，所以由不对称性引起的时延

通过近端时间测量模块的测量值TIC₁进行补偿。

所述的相位调制环回时间同步系统，包括以下内容：

在近端A，近端时钟源产生的秒脉冲信号和时钟信号提供给第一相位调制器，第一相位调制器将其与接收的激光器输出光进行相位调制，转变为光信号S，通过近端环形器进入光纤链路。同时近端环形器接收远端环回的光信号P，首先通过第二相位调制器进行相位补偿，然后通过第二分束器将光信号P与本地激光器输出的光进行合频，送入平衡零拍探测器进行光电转换，电信号输入近端时间测量模块提取时间信号，并输入近端时钟源进行反馈调整。

远端B的环形器接收光纤链路传输的光信号S后进入第三分束器，第三分束器将光信号S分为两路，一路返回远端环形器并进入光纤链路，从而返回近端实现闭环；另一路进入迈克尔逊干涉仪结构，并得到解调后的光信号，通过迈克尔逊干涉仪结构中的第四分束器输出信号至光电探测器，得到电信号，输入远端时间测量模块提取远端时间信号。

输入第四分束器的光信号E₁为：

其中ω₀(t)是t时刻的信号光频率，

为t时刻调制的信号脉冲，

为初始相位。

经过第四分束器两臂后返回的光信号分别为：

其中E₂为带有光衰减器一臂的信号，E₃为带有第三相位调制器一臂的信号；α₁α₂分别表示两臂的损耗，t₁t₂分别是光在两臂中传播时间，

为温度和振动等引起的附加相位，

是相位调制器的补偿相位，V_π是相位调制器的半波电压，V₃为时间测量模块输出的补偿信号。

第四分束器输出干涉后的光信号I₁为：

利用光电探测器探测该信号，得到的电压信号V₁为：

A为常数值；τ＝t₁-t₂是两臂传播时延差，

是附加相位差；

转换后的电信号利用偏置三通分离为秒脉冲和直流误差信号，直流误差信号V₂为：

当

为0时，V₂为最小振幅位置，光相位差即可维持稳定，恢复脉冲也保持稳定。

本发明的优点在于：

本发明一种相位调制环回时间同步装置、方法和系统，利用相位调制信号进行时间同步传输，结构简单、性能稳定；在远端解调采用了迈克尔逊干涉仪的结构，节约成本，简化系统，避免了远端配置激光器的过程。

附图说明

图1为传统的环回时间同步系统；

图2为本发明相位调制环回时间同步装置的结构示意图；

图3为本发明相位调制环回时间同步方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明，

本发明提出了一种相位调制环回时间同步装置、方法和系统，在光信号调制时采用相位调制器将秒脉冲时间信号调制到光载波上。在远端，接收到的光信号被分束器分成两路，一路通过环形器再次返回光纤链路发送至近端，从而完成环回系统的闭环；另一路通过分束器分成两路，分别传送至迈克尔逊干涉仪的两臂，通过迈克尔逊干涉仪进行解调，两臂信号经过法拉第转镜反射后分别进入分束器进行混频，混频后的输出进入光电探测器得到电信号，电信号通过时间测量模块获得远端时间信号。在近端，接收到的环回信号直接和近端激光器通过分束器混频，混频后信号直接输入平衡零拍探测直接解调并转换成电信号，电信号通过时间测量模块获得近端的时间信号，通过比较获得的时间信号和发送的时间信号之间的时间差，对本地的时钟源进行反馈调节，从而补偿产生的时延差。

所述的相位调制环回时间同步装置，如图2所示，包括近端A和远端B；

近端A由时钟源，近端激光器，第一和第二相位调制器，平衡零拍探测器、近端环形器、近端时间测量模块和两个分束器组成；两个分束器包括第一分束器和第二分束器。

激光器与第一分束器相连，输出的光分成两路：一路进入第一相位调制器，时钟源的产生的时钟信号也输入第一相位调制器，第一相位调制器输出两者调制后的信号光，通过近端环形器输入光纤链路传输到远端；另一路输入第二分束器中，同时近端环形器接收的远端信号经过第二相位调制器输入第二分束器进行合频，合频后的两个输出共同进入平衡零拍探测器，得到远端时间脉冲信号，输入近端时间测量模块与近端时钟源信号求出时延。

远端B由远端时间测量模块，光电探测器、远端环形器、第三相位调制器，第三和第四分束器，第一和第二法拉第转镜，隔离器和衰减器组成。

第一和第二法拉第转镜，第三相位调制器，衰减器和第四分束器共同组成了迈克尔逊干涉仪结构，用来解调远端环形器接收光纤链路传输的信号光；其结构为：第四分束器输出的两臂分别连接衰减器和第三相位调制器，第三相位调制器后连第一法拉第转镜，衰减器后连接第二法拉第转镜。

远端环形器接收光纤链路传输的信号光后进入第三分束器分为两路：一路返回远端环形器进入光纤链路，从而返回近端实现闭环；另一路经过隔离器后进入迈克尔逊干涉仪结构，并得到解调后的光信号，通过迈克尔逊干涉仪结构中的第四分束器输出信号至光电探测器，得到电信号输入远端时间测量模块提取远端时间信号。

进入迈克尔逊干涉仪结构中的光信号，通过第四分束器输入干涉仪结构的上下两臂，在上臂经过第三相位控制器调节相位后到达与之相连的第一法拉第转镜，第一法拉第转镜使光信号传播方向反向，再次经过第三相位控制器后到达第四分束器；在下臂通过衰减器后到达与之相连的第二法拉第转镜，第二法拉第转镜使光信号传播方向反向，再次经过衰减器后到达第四分束器；第四分束器将上下两臂返回的信号合频后输入光电探测器。

所述的相位调制环回时间同步方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤一、近端时钟源产生秒脉冲并通过相位调制器调制到激光器发出的光信号上，通过光纤链路发送到远端；

步骤二、远端将接收到的光信号分成两路，实现环回的闭环以及得到经迈克尔逊干涉仪干涉后的返回信号；

具体为：

一路光信号通过远端环形器环回到光纤链路，进一步返回近端，实现环回的闭环；另一路通过隔离器进入迈克尔逊干涉仪两臂，进行干涉后返回信号；

光信号通过隔离器到达干涉仪结构的第四分束器，分别进入干涉仪结构的上下两臂，在上臂经过第三相位控制器调节相位后到达第一法拉第转镜，光信号被反向传播，再次经过第三相位控制器后到达第四分束器；同理，下臂的光信号通过衰减器后到达第二法拉第转镜，光信号被反向传播，再次经过衰减器后到达第四分束器，第四分束器将上下两臂返回的信号进行干涉。

步骤三、近端接收到的环回信号直接和近端激光器发出的光信号通过第二分束器混频，输入平衡零拍探测器解调并转换成电信号；

步骤四、电信号进入近端时间测量模块，时间测量模块根据产生秒脉冲的时间和接收电信号的时间计算整个系统的往返时间TIC₁，并进一步计算得到时延差，对近端本地的时钟源进行反馈调节，从而补偿产生的时延差；

时延差计算公式为：

T_Lc为近端激光器通过第一相位调制器至近端环形器输出的时间时延；T_cR为远端环形器通过迈克尔逊干涉仪结构得到干涉的光信号并输入光电探测器得到电信号的时延；T_cL为近端环形器接收的远端光信号，经第二相位调制器和第二分束器传输至近端平衡零拍探测器的传输时延；T_Rc为第三分束器将近端光信号环回至光纤链路的传输时延；

其中，近端的时间测量模块对秒脉冲产生和接收到环回的秒脉冲时间差的测量值TIC₁表示为：

TIC₁＝T_R+T_Rc+T_RL+T_cL-T_L

T_L为近端秒脉冲产生的初始时间，T_R为接收到远端环回的秒脉冲时间，T_RL为远端至近端的光纤传输时延。

其中，远端环回的秒脉冲时间T_R表示为：

T_R＝T_L+T_Lc+T_LR+T_cR

T_Lc为近端激光器发出的光信号通过第一相位调制器至近端环形器输出到光纤链路的时间时延，T_LR为近端到远端的光纤传输时延，

则近端与远端时间差ΔT为：

可以看出时间差

环回法计算时间差时，光纤链路对称，即T_LR＝T_RL，因此上式可表示为：

由于使用的器件不是完全对称，所以由不对称性所引起的时延

在系统开始运行前，远端与近端的时间差可以只通过近端时间测量模块的测量值TIC₁进行补偿。

在求解出时间差后，近端通过对下一次输出脉冲进行调整，在每秒重复发送1PPS信号的基础上产生1-ΔT的额外时间延迟，从而达到第N次的1PPS远端用户将与本地时标的第(N+1)次的1PPS同步。

步骤五、近端根据时延差补偿下一次产生的秒脉冲，并调制成光信号发送到远端，经远端迈克尔逊干涉仪干涉后返回的信号经过合频后，发给光电探测器进行光电转换，得到的电信号输入远端时间测量模块，得到远端的同步时间信号。

由于远近两端的器件不是完全对称，所以由不对称性引起的时延

通过近端时间测量模块的测量值TIC₁进行补偿。

所述的相位调制环回时间同步系统，包括以下内容：

在近端A，近端时钟源产生的秒脉冲信号和时钟信号提供给第一相位调制器，第一相位调制器将其与接收的激光器输出光进行相位调制，转变为光信号S，通过近端环形器进入光纤链路。同时近端环形器接收远端环回的光信号P，首先通过第二相位调制器进行相位补偿，然后通过第二分束器将光信号P与本地激光器输出的光进行合频，送入平衡零拍探测器进行光电转换，电信号输入近端时间测量模块提取时间信号，并输入近端时钟源进行反馈调整。

远端B的环形器接收光纤链路传输的光信号S后进入第三分束器，第三分束器将光信号S分为两路，一路返回远端环形器并进入光纤链路，从而返回近端实现闭环；另一路进入迈克尔逊干涉仪结构，并得到解调后的光信号，通过迈克尔逊干涉仪结构中的第四分束器输出信号至光电探测器，得到电信号，输入远端时间测量模块提取远端时间信号。

通过迈克尔逊干涉对光信号进行解调的过程如下：

输入第四分束器的光信号E₁为：

其中ω₀(t)是t时刻的信号光频率，

为t时刻调制的信号脉冲，

为初始相位。

经过第四分束器两臂后返回的光信号分别为：

其中E₂为带有光衰减器一臂的信号，E₃为带有第三相位调制器一臂的信号；α₁α₂分别表示两臂的损耗，t₁t₂分别是光在两臂中传播时间，

为温度和振动等引起的附加相位，

是相位调制器的补偿相位，V_π是相位调制器的半波电压，V₃为时间测量模块输出的补偿信号。

在迈克尔逊干涉仪后，四分束器输出干涉后的光信号I₁为：

利用光电探测器探测该信号，得到的电压信号V₁为：

A为常数值；τ＝t₁-t₂是两臂传播时延差，

是附加相位差；

转换后的电信号利用偏置三通分离为秒脉冲和直流误差信号，直流误差信号V₂为：

当

为0时，V₂为最小振幅位置，光相位差即可维持稳定，恢复脉冲也保持稳定。

Claims (7)

1.相位调制环回时间同步装置，其特征在于，包括近端A和远端B；

近端A由时钟源，近端激光器，第一和第二相位调制器，平衡零拍探测器、近端环形器、近端时间测量模块和两个分束器组成；两个分束器包括第一分束器和第二分束器；

激光器与第一分束器相连，输出的光分成两路：一路进入第一相位调制器，时钟源的产生的时钟信号也输入第一相位调制器，第一相位调制器输出两者调制后的信号光，通过近端环形器输入光纤链路传输到远端；另一路输入第二分束器中，同时近端环形器接收的远端信号经过第二相位调制器输入第二分束器进行合频，合频后的两个输出共同进入平衡零拍探测器，得到远端时间脉冲信号，输入近端时间测量模块与近端时钟源信号求出时延；

远端B由远端时间测量模块，光电探测器、远端环形器、第三分束器，隔离器和迈克尔逊干涉仪结构组成；

远端环形器接收光纤链路传输的信号光后进入第三分束器分为两路：一路返回远端环形器进入光纤链路，从而返回近端实现闭环；另一路经过隔离器后进入迈克尔逊干涉仪结构，并得到解调后的光信号，通过迈克尔逊干涉仪结构中的第四分束器输出信号至光电探测器，得到电信号输入远端时间测量模块提取远端时间信号。

2.如权利要求1所述的相位调制环回时间同步装置，其特征在于，所述迈克尔逊干涉仪结构包括：第一和第二法拉第转镜，第三相位调制器，衰减器和第四分束器，用来解调远端环形器接收光纤链路传输的信号光；

其结构为：第四分束器输出的两臂分别连接衰减器和第三相位调制器，第三相位调制器后连第一法拉第转镜，衰减器后连接第二法拉第转镜。

3.如权利要求2所述的相位调制环回时间同步装置，其特征在于，光信号进入所述迈克尔逊干涉仪结构中，首先通过第四分束器输入干涉仪结构的上下两臂，在上臂经过第三相位控制器调节相位后到达与之相连的第一法拉第转镜，第一法拉第转镜使光信号传播方向反向，再次经过第三相位控制器后到达第四分束器；在下臂通过衰减器后到达与之相连的第二法拉第转镜，第二法拉第转镜使光信号传播方向反向，再次经过衰减器后到达第四分束器；第四分束器将上下两臂返回的信号合频后输入光电探测器。

4.基于权利要求1所述相位调制环回时间同步装置的相位调制环回时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、近端时钟源产生秒脉冲并通过相位调制器调制到激光器发出的光信号上，通过光纤链路发送到远端；

步骤二、远端将接收到的光信号分成两路，实现环回的闭环以及得到经迈克尔逊干涉仪干涉后的返回信号；

步骤三、近端接收到的环回信号直接和近端激光器发出的光信号通过第二分束器混频，输入平衡零拍探测器解调并转换成电信号；

步骤四、电信号进入近端时间测量模块，时间测量模块根据产生秒脉冲的时间和接收电信号的时间计算整个系统的往返时间TIC₁，并进一步计算得到时延差，对近端本地的时钟源进行反馈调节，从而补偿产生的时延差；

时延差计算公式为：

T_Lc为近端激光器通过第一相位调制器至近端环形器输出的时间时延；T_cR为远端环形器通过迈克尔逊干涉仪结构得到干涉的光信号并输入光电探测器得到电信号的时延；T_cL为近端环形器接收的远端光信号，经第二相位调制器和第二分束器传输至近端平衡零拍探测器的传输时延；T_Rc为第三分束器将近端光信号环回至光纤链路的传输时延；

步骤五、近端根据时延差补偿下一次产生的秒脉冲，并调制成光信号发送到远端，经远端迈克尔逊干涉仪干涉后返回的信号经过合频后，发给光电探测器进行光电转换，得到的电信号输入远端时间测量模块，得到远端的同步时间信号。

5.如权利要求4所述的相位调制环回时间同步方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

一路光信号通过远端环形器环回到光纤链路，进一步返回近端，实现环回的闭环；另一路通过隔离器进入迈克尔逊干涉仪的第四分束器，分别进入干涉仪结构的上下两臂，在上臂经过第三相位控制器调节相位后到达第一法拉第转镜，光信号被反向传播，再次经过第三相位控制器后到达第四分束器；同理，下臂的光信号通过衰减器后到达第二法拉第转镜，光信号被反向传播，再次经过衰减器后到达第四分束器，第四分束器将上下两臂返回的信号进行干涉，得到干涉后的返回信号。

6.如权利要求4所述的相位调制环回时间同步方法，其特征在于，所述步骤四中，由于远近两端的器件不是完全对称，所以由不对称性引起的时延

通过近端时间测量模块的测量值TIC₁进行补偿。

7.基于权利要求1所述相位调制环回时间同步装置的相位调制环回时间同步系统，其特征在于，包括以下内容：

在近端A，近端时钟源产生的秒脉冲信号和时钟信号提供给第一相位调制器，第一相位调制器将其与接收的激光器输出光进行相位调制，转变为光信号S，通过近端环形器进入光纤链路；同时近端环形器接收远端环回的光信号P，首先通过第二相位调制器进行相位补偿，然后通过第二分束器将光信号P与本地激光器输出的光进行合频，送入平衡零拍探测器进行光电转换，电信号输入近端时间测量模块提取时间信号，并输入近端时钟源进行反馈调整；

远端B的环形器接收光纤链路传输的光信号S后进入第三分束器，第三分束器将光信号S分为两路，一路返回远端环形器并进入光纤链路，从而返回近端实现闭环；另一路进入迈克尔逊干涉仪结构，并得到解调后的光信号，通过迈克尔逊干涉仪结构中的第四分束器输出信号至光电探测器，得到电信号，输入远端时间测量模块提取远端时间信号；

输入第四分束器的光信号E₁为：

其中ω₀(t)是t时刻的信号光频率，

为t时刻调制的信号脉冲，

为初始相位；

经过第四分束器两臂后返回的光信号分别为：

其中E₂为带有光衰减器一臂的信号，E₃为带有第三相位调制器一臂的信号；α₁α₂分别表示两臂的损耗，t₁t₂分别是光在两臂中传播时间，

为温度和振动等引起的附加相位，

是相位调制器的补偿相位，V_π是相位调制器的半波电压，V₃为时间测量模块输出的补偿信号；

第四分束器输出干涉后的光信号I₁为：

利用光电探测器探测该信号，得到的电压信号V₁为：

A为常数值；τ＝t₁-t₂是两臂传播时延差，

是附加相位差；

转换后的电信号利用偏置三通分离为秒脉冲和直流误差信号，直流误差信号V₂为：

当

为0时，V₂为最小振幅位置，光相位差即可维持稳定，恢复脉冲也保持稳定。

Images