CN116346229A - 一种高精度光纤射频传输系统及标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度光纤射频传输系统及标校方法，涉及分布式探测、测控、通信等领域。本发明构建了高精度光纤射频传输系统，在系统中增加侧音信号，通过嵌入式系统对频率综合器输出频率精确控制，使得传输系统在确定连接条件下，射频信号相位稳定传输。本发明将待传输射频信号和侧音信号利用波分复用技术合路至一根光纤进行传输，利用光纤延迟线精确控制光纤传输系统延迟的特点，保证光纤射频传输系统在运行过程中以及关机、开机后相位稳定，特别适用于对光纤传输系统延迟标定精度要求比较高的场景。

Description

一种高精度光纤射频传输系统及标校方法

技术领域

本发明涉及分布式探测、测控、通信等领域，特别是指一种高精度光纤射频传输系统及标校方法，适用于开环条件下雷达组阵技术、干涉测量技术、高精度时频传递技术等领域高精度光纤射频传输系统的相位、延时标校。

背景技术

通信、探测、测控等领域正逐步向着多节点、分布式发展，由于光纤传输损耗低，在长距离传输中，利用光纤进行射频信号传递的应用逐渐增多。高精度光纤射频传输系统标校技术对于分布式光纤传输系统重要性尤为突出。

射频信号在光纤传输中受到外界环境(如温度)的影响，输出信号相位会发生漂移。对于分布式系统，射频信号经过不同光纤链路传输至不同节点，如果不对光纤传输链路进行主动控制，不同光纤链路受外界环境影响不同，导致传输至不同节点的信号相位变化不一致，影响系统标校精度。

传统的测控标校技术一般不会对光纤传输链路进行标校，而是将光纤传输链路当作系统差统一进行标校。当系统要求标校精度高，需要区分各种误差因素时，光纤传输链路需要单独进行标校。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种高精度光纤射频传输系统及标校方法，本发明基于光纤延迟线，结合嵌入式系统自动控制功能，解决了光纤传输链路中温度等环境因素导致的光纤传输链路相位漂移和分布式系统中各节点相位漂移不一致等问题，实现了光纤射频传输系统的高精度自动标校。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高精度光纤射频传输系统，包括发射端设备和接收端设备，发射端设备和接收端设备之间通过光纤链路连接；所述发射端设备包括：

参考源，用于为频率综合器提供频标信号；

频率综合器，用于根据信号处理单元的控制指令，以参考源提供的频标信号为参考，输出侧音信号给功分器；

功分器，用于将侧音信号进行分路，分别传给侧音光发射模块和模拟鉴相器；

模拟鉴相器，用于对发射端侧音信号和环回的侧音信号进行鉴相，输出鉴相电压给AD采样单元；

侧音光发射模块，用于将侧音信号转换成光信号，传给三端口光环形器；

三端口光环形器，用于进行侧音光信号的双向传输，将侧音光发射模块发来的侧音光信号传给发射端波分复用器，并将环回的侧音光信号传给发射端光电探测器；

发射端波分复用器，用于将侧音光信号和待传输射频信号的光信号合路至一根光纤，通过光纤延迟线传输至光纤链路；

光纤延迟线，用于接收信号处理单元的延迟控制指令，精确控制光纤传输链路延迟；

射频光发射模块，用于将待传输射频信号转换成光信号，并传给发射端波分复用器；

发射端光电探测器，用于将环回的侧音光信号转换成侧音电信号，并传给模拟鉴相器；

AD采样单元，用于将模拟的鉴相电压信号转换成数字信号；

信号处理单元，用于控制频率综合器输出指定频率，对鉴相电压数字信号进行处理，得到延迟线控制量，对光纤延迟线下发控制指令；

所述接收端设备包括：

接收端波分复用器，用于从光纤链路传来的光信号中将侧音信号和待传输射频信号进行分离，侧音信号传给法拉第旋转镜，待传输射频信号传给接收端光电探测器；

接收端光电探测器，用于将光信号形式的待传输射频信号转换成射频电信号并输出；

法拉第旋转镜，用于将光信号形式的侧音信号进行环回。

一种高精度光纤射频传输系统的标校方法，包括以下步骤：

(1)利用光纤链路将发射端端设备和接收端设备连接；

(2)信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₀，依次通过功分器、侧音光发射模块、三端口光环形器、发射端波分复用器、光纤延迟线、光纤链路、接收端波分复用器、法拉第旋转镜、接收端波分复用器、光纤链路、光纤延迟线、发射端波分复用器、三端口光环形器完成侧音信号双向传输；

(3)模拟鉴相器根据发射端侧音信号和环回侧音信号，输出模拟电压值，AD采样单元完成模拟电压的数字化，送入信号处理单元；

(4)信号处理单元接收AD采样单元送来的鉴相结果，对鉴相结果进行滤波处理，再进行比例、积分、微分运算，获得延迟线延迟控制量，控制延迟线对系统进行闭环补偿，使系统在f₀频率传输时，鉴相结果稳定在φ₀；

(5)信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₁，并接收AD采样单元送来的相应的鉴相结果，对鉴相结果进行滤波处理，将其存储为传输侧音频率f₁时的鉴相结果φ₁；

(6)信号处理单元再次控制频率综合器输出侧音频率f₀，并按照步骤(4)将传输系统的鉴相结果稳定在φ₀，完成系统在确定光纤链路连接状态下的初始校准；

(7)保持发射端和接收端之间的光纤链路不变，系统重新开机时，根据存储结果，自动进行校准。

进一步地，步骤(7)中，系统自动进行校准的具体方式为：

系统开机后，信号处理单元通过精确控制光线延迟线延迟，使得系统在传输侧音频率f₀时，鉴相结果稳定在φ₀；且在传输侧音频率f₁时，鉴相结果φ₂与系统存储的鉴相结果φ₁的误差小于设定值；

同时满足上述两个条件后，信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₀，按照步骤(4)将传输系统的鉴相结果稳定在φ₀，完成自动标校。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、本发明适用于高精度光纤射频传输链路标校，同时能够适用于不同频段射频信号高稳定度传输。

2、本发明通过嵌入式系统对光纤延迟线和频率综合器进行控制，能够对不同光纤链路连接状态下实现校准。

3、本发明在光纤链路不变时，能够在不同环境条件下实现开机自动校准。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图。

图2是本发明的闭环控制流程图。

图3是本发明的首次标校流程图。

图4是本发明开机后运行过程中自动标校流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种高精度光纤射频传输系统，包括本地的发射端设备和远端的接收端设备，发射端设备和接收端设备之间通过光纤链路连接。

其中，发射端设备包括：

参考源，用于为频率综合器提供频标信号；

频率综合器，用于根据信号处理单元控制指令，以参考源提供的频标信号为参考，输出侧音信号；

功分器，用于将侧音信号进行分路；

模拟鉴相器，用于对本地侧音信号和环回的侧音信号进行鉴相，输出鉴相电压；

侧音光发射模块，用于将侧音信号转换成光信号；

三端口光环形器，用于将侧音信号进行双向传输；

本地波分复用器，用于将侧音信号光载波和待传输射频信号光载波合路至一根光纤进行传输；

光纤延迟线，用于接收信号处理单元延迟控制指令，精确控制光纤传输链路延迟；

射频光发射模块，用于将待传输射频信号转换成光信号；

近端光电探测器，用于将侧音信号光载波转换成侧音电信号；

AD采样单元，用于将模拟电压信号转换成数字信号；

信号处理单元，用于控制频率综合器输出指定频率，对鉴相电压进行处理，得到延迟线控制量，对光纤延迟线下发控制指令；

接收端设备包括：

远端波分复用器，用于将侧音光载波和待传输射频信号光载波分离；

远端光电探测器，用于将待传输射频信号光载波转换成射频电信号；

法拉第旋转镜，用于将侧音信号光载波环回。

基于图1系统，可实现一种高精度光纤射频传输系统标校方法，其步骤主要包括：

(1)光纤链路确定，利用光纤链路将本地端设备和远端设备连接，光纤链路确定是指系统使用过程中连接本地设备和远端设备的光纤链路不再发生变化；

(2)预设侧音频率f₀、f₁，鉴相结果φ₀；信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₀，依次通过功分器、侧音光发射模块、三端口光环形器、本地波分复用器、光纤延迟线、光纤链路、远端波分复用器、法拉第旋转镜、远端波分复用器、光纤链路、光纤延迟线、本地波分复用器、三端口光环形器完成侧音信号双向传输；

(3)模拟鉴相器根据本地侧音信号和环回侧音信号，输出模拟电压值，AD采样单元完成模拟电压的数字化，送入信号处理单元；

(4)如图2所示闭环流程图，信号处理单元获取AD采样单元送入当前频率鉴相结果，对鉴相结果进行滤波处理后，再进行比例、积分、微分运算，获得延迟线延迟控制量，控制延迟线对系统进行闭环补偿，使系统在f₀频率传输时，鉴相结果稳定在φ₀；

(5)在步骤(4)基础上，如图3所示，信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₁，获取AD采样单元送入当前频率鉴相结果，对结果滤波处理后，存储传输侧音频率f₁时鉴相结果，记为φ₁；

(6)信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₀，信号处理单元按照步骤(4)中流程，将传输系统鉴相结果稳定在φ₀，完成系统在确定光纤链路连接状态时初始校准；

(7)连接本地和远端的光纤链路不变，系统重新开机时，根据存储结果，自动进行校准。

如图4所示，步骤(7)具体包括以下步骤：

(7-1)按照步骤(4)完成闭环控制，使系统在f₀频率传输时相位稳定在φ₀，记录此时延迟线控制量为L₀；

(7-2)信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₁，信号处理单元获取当前鉴相结果φ₂，获得φ₂和φ₁之差，即φ₁-φ₂；

(7-3)根据φ₁-φ₂大小对延迟线延迟进行精确控制，若φ₁-φ₂≤-Δφ(Δφ为一相位变化参量，值为正，其大小需根据系统参数选定)，控制延迟线减小延迟量，若φ₁-φ₂≥Δφ，控制延迟线增加延迟量，直至-Δφ≤φ₁-φ₂≤Δφ后，延迟线控制量不变，可保证系统在传输侧音频率f₀时，鉴相结果稳定在φ₀，在传输侧音频率f₁时，鉴相结果φ₂与系统存储鉴相结果φ₁误差在一定范围内；

(7-4)信号处理单元控制频率综合器输出频率f₀，鉴相结果稳定在φ₀后，系统完成自动标校流程。

本发明构建了高精度光纤射频传输系统，在系统中增加侧音信号，通过嵌入式系统对频率综合器输出频率精确控制，使得传输系统在确定连接条件下，射频信号相位稳定传输。本发明将待传输射频信号和侧音信号利用波分复用技术合路至一根光纤进行传输，利用光纤延迟线精确控制光纤传输系统延迟的特点，保证光纤射频传输系统在运行过程中以及关机、开机后相位稳定，特别适用于对光纤传输系统延迟标定精度要求比较高的场景。

Claims (3)

1.一种高精度光纤射频传输系统，包括发射端设备和接收端设备，发射端设备和接收端设备之间通过光纤链路连接；其特征在于，所述发射端设备包括：

参考源，用于为频率综合器提供频标信号；

频率综合器，用于根据信号处理单元的控制指令，以参考源提供的频标信号为参考，输出侧音信号给功分器；

功分器，用于将侧音信号进行分路，分别传给侧音光发射模块和模拟鉴相器；

模拟鉴相器，用于对发射端侧音信号和环回的侧音信号进行鉴相，输出鉴相电压给AD采样单元；

侧音光发射模块，用于将侧音信号转换成光信号，传给三端口光环形器；

三端口光环形器，用于进行侧音光信号的双向传输，将侧音光发射模块发来的侧音光信号传给发射端波分复用器，并将环回的侧音光信号传给发射端光电探测器；

发射端波分复用器，用于将侧音光信号和待传输射频信号的光信号合路至一根光纤，通过光纤延迟线传输至光纤链路；

光纤延迟线，用于接收信号处理单元的延迟控制指令，精确控制光纤传输链路延迟；

射频光发射模块，用于将待传输射频信号转换成光信号，并传给发射端波分复用器；

发射端光电探测器，用于将环回的侧音光信号转换成侧音电信号，并传给模拟鉴相器；

AD采样单元，用于将模拟的鉴相电压信号转换成数字信号；

信号处理单元，用于控制频率综合器输出指定频率，对鉴相电压数字信号进行处理，得到延迟线控制量，对光纤延迟线下发控制指令；

所述接收端设备包括：

接收端波分复用器，用于从光纤链路传来的光信号中将侧音信号和待传输射频信号进行分离，侧音信号传给法拉第旋转镜，待传输射频信号传给接收端光电探测器；

接收端光电探测器，用于将光信号形式的待传输射频信号转换成射频电信号并输出；

法拉第旋转镜，用于将光信号形式的侧音信号进行环回。

2.如权利要求1所述高精度光纤射频传输系统的标校方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用光纤链路将发射端端设备和接收端设备连接；

(2)信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₀，依次通过功分器、侧音光发射模块、三端口光环形器、发射端波分复用器、光纤延迟线、光纤链路、接收端波分复用器、法拉第旋转镜、接收端波分复用器、光纤链路、光纤延迟线、发射端波分复用器、三端口光环形器完成侧音信号双向传输；

(3)模拟鉴相器根据发射端侧音信号和环回侧音信号，输出模拟电压值，AD采样单元完成模拟电压的数字化，送入信号处理单元；

(4)信号处理单元接收AD采样单元送来的鉴相结果，对鉴相结果进行滤波处理，再进行比例、积分、微分运算，获得延迟线延迟控制量，控制延迟线对系统进行闭环补偿，使系统在f₀频率传输时，鉴相结果稳定在φ₀；

(5)信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₁，并接收AD采样单元送来的相应的鉴相结果，对鉴相结果进行滤波处理，将其存储为传输侧音频率f₁时的鉴相结果φ₁；

(6)信号处理单元再次控制频率综合器输出侧音频率f₀，并按照步骤(4)将传输系统的鉴相结果稳定在φ₀，完成系统在确定光纤链路连接状态下的初始校准；

(7)保持发射端和接收端之间的光纤链路不变，系统重新开机时，根据存储结果，自动进行校准。

3.根据权利要求2所述的高精度光纤射频传输系统的标校方法，其特征在于，步骤(7)中，系统自动进行校准的具体方式为：

系统开机后，信号处理单元通过精确控制光线延迟线延迟，使得系统在传输侧音频率f₀时，鉴相结果稳定在φ₀；且在传输侧音频率f₁时，鉴相结果φ₂与系统存储的鉴相结果φ₁的误差小于设定值；

同时满足上述两个条件后，信号处理单元控制频率综合器输出侧音频率f₀，按照步骤(4)将传输系统的鉴相结果稳定在φ₀，完成自动标校。

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