CN117713982B - 提高空间激光通信时间同步精度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高空间激光通信的时间同步精度方法及系统，包括：发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号与第二同步信号，第一同步信号为光信号，第二同步信号为电信号；发送端将第一同步信号发送至接收端；发送端将第二同步信号发送至时间测量设备；接收端确定与第一同步信号相关联的第二时钟源；接收端利用第二时钟源，根据第一同步信号生成第三同步信号，并将第三同步信号发送至时间测量设备；时间测量设备基于线性回归算法处理第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度高于第二同步信号和第三同步信号之间的时间同步精度。

Description

提高空间激光通信时间同步精度的方法及系统

技术领域

本发明涉及激光通信和量子通信技术领域，更具体地，涉及一种提高空间激光通信时间同步精度的方法及系统。

背景技术

随着空间激光通信的发展和成熟，空间激光通信和其他技术的融合已经成为一种必然趋势，激光通信已经广泛使用到数据传输、量子通信、时频传递和测距领域等。特别是空间激光通信与在空间量子通信的结合具有巨大的应用前景，可用实现基于量子加密的、具有理论安全的数据加密通信。量子通信可以为激光通信提供安全密钥；反过来，激光通信可以为量子通信提时间同步、量子通信协议数据的交互传输等服务，因此激光通信和量子通信结合是一个自然发展趋势。

随着量子通信速率的提高，对时间同步提出了更高的需求，若量子通信频率提高10 Gbps，则时间同步精度和探测器的时间精度FWHM（full width at half maxima，半峰全宽）需要优于50ps量级。受限于目前电子学时间精度的影响，一般直接从激光通信提取出来的低频同步信号同步精度FWHM在100ps左右，满足不了高速量子通信的同步需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高空间激光通信时间同步精度的方法及系统。

本发明的一个方面提供了一种提高空间激光通信时间同步精度的方法，包括：发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号与第二同步信号，第一同步信号为光信号，第二同步信号为电信号；发送端将第一同步信号发送至接收端；发送端将第二同步信号发送至时间测量设备；接收端确定与第一同步信号相关联的第二时钟源；接收端利用第二时钟源，根据第一同步信号生成第三同步信号，并将第三同步信号发送至时间测量设备；时间测量设备基于线性回归算法处理第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度高于第二同步信号和第三同步信号之间的时间同步精度。

根据本发明的实施例，第二同步信号包括多个第一时间测量样本，第三同步信号包括多个第二时间测量样本；其中，时间测量设备基于线性回归拟合算法处理第二同步信号和第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，包括：基于线性回归算法分别处理多个第一时间测量样本和多个第二时间测量样本，得到第一拟合样本序列和第二拟合样本序列；从第一拟合样本序列中选择至少一个第一拟合样本作为目标第一同步信号；从第二拟合样本序列中选择至少一个第二拟合样本作为目标第二同步信号。

根据本发明的实施例，发送端包括第一收发器和第一电光调制模块；其中，发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号，包括：利用第一收发器对生成的初始同步信号进行并串转换，得到第一串行信号；利用第一电光调制模块对第一串行信号进行电光转换，得到光信号；将光信号作为第一同步信号。

根据本发明的实施例，接收端确定与第一同步信号相关联的第二时钟源，包括：接收端解析第一同步信号，得到第一同步信号的数据流；根据第一同步信号的数据流，利用数据时钟恢复技术确定第二时钟源。

根据本发明的实施例，接收端包括第二电光调制模块和第二收发器；其中，接收端解析第一同步信号，得到第一同步信号的数据流，包括：利用第二电光调制模块对光信号进行电光转换，得到第二串行信号；利用第二收发器对第二串行信号进行解析，得到第一同步信号的数据流。

根据本发明的实施例，发送端还包括第一数据处理模块；其中，发送端根据生成的初始同步信号，确定第二同步信号，包括：利用第一收发器对生成的初始同步信号进行并串转换，得到第三串行信号；利用第一数据处理模块对第三串行信号进行扩展处理，得到第二同步信号。

根据本发明的实施例，接收端还包括第二数据处理模块；其中，接收端利用第二时钟源，根据第一同步信号生成第三同步信号，并将第三同步信号发送至时间测量设备，包括：根据第一同步信号生成初始第三同步信号；利用第二收发器对生成的初始第三同步信号进行并串转换，得到第四串行信号；利用第二数据处理模块对第四串行信号进行扩展处理，得到第三同步信号；将第三同步信号发送至时间测量设备。

本发明的另一个方面提供了一种提高空间激光通信时间同步精度的系统，包括发送端、接收端和时间测量设备。

发送端，被配置为根据生成的初始同步信号，生成第一同步信号与第二同步信号，第一同步信号为光信号，第二同步信号为电信号。

接收端，被配置为接收第一同步信号，并根据第一同步信号生成第三同步信号。

时间测量设备，被配置为接收发送端发送的第二同步信号和接收端发送的第三同步信号，并基于线性回归算法处理第二同步信号和第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度高于第二同步信号和第三同步信号之间的时间同步精度。

根据本发明的实施例，发送端包括第一时钟源、第一扇出芯片、第一收发器、第一电光调制模块和第一数据处理模块。

第一时钟源，被配置为产生初始同步信号。

第一扇出芯片，被配置为接收并发送初始同步信号。

第一收发器，被配置为接收第一扇出芯片发送的初始同步信号，对初始同步信号进行并串转换，得到第一串行信号和第三串行信号。

第一电光调制模块，被配置为接收第一串行信号，对第一串行信号进行电光转换，得到光信号，并将光信号作为第一同步信号，并将第一同步信号发送至接收端。

第一数据处理模块，被配置为接收第三串行信号，对第三串行信号进行扩展处理，得到第二同步信号，并将第二同步信号发送给时间测量设备。

根据本发明的实施例，接收端包括第二时钟源、第二扇出芯片、第二电光调制模块、第二收发器和第二数据处理模块。

第二时钟源，被配置为根据第一同步信号生成初始第三同步信号。

第二扇出芯片，被配置为接收并发送初始第三同步信号。

第二电光调制模块，被配置为接收第一同步信号，对第一同步信号进行电光转换，得到第二串行信号。

第二收发器，被配置为接收第二串行信号，对第二串行信号进行解析，得到第一同步信号的数据流，并根据第一同步信号的数据流，利用数据时钟恢复技术确定第二时钟源；对初始第三同步信号进行并串转换，得到第四串行信号。

第二数据处理模块，被配置为接收第四串行信号，对第四串行信号进行扩展处理，得到第三同步信号，并将第三同步信号发送给时间测量设备。

根据本发明的实施例，利用发送端将第一同步信号发送至接收端，接收端根据第一同步信号生成第三同步信号，时间测量设备接收发送端的第二同步信号和接收端的第三同步信号，并基于线性回归算法得到目标第一同步信号和目标第二同步信号。由于通过线性回归算法发对第二同步信号和第三同步信号进行提取和滤波，去除了误差信号，提高了目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度，满足高速量子通信的同步需求。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的方法的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的未经处理的skew谱图；

图4示出了根据本发明实施例的第二同步信号的频率分布图；

图5示出了根据本发明实施例的线性拟合谱图；

图6示出了根据本发明实施例的拟合残差谱图；

图7示出了根据本发明实施例的目标第一同步信号和目标第三同步信号的skew谱图；

图8示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的系统的结构框图；

图9示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的系统的具体的结构框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。

若预期量子通信频率提高10 Gbps，则需要时间同步精度和探测器的时间精度FWHM至少优于50ps量级。但受限于目前电子学时间精度的影响，一般直接从激光通信提取出来的低频同步信号同步精度FWHM在100ps左右，满足不了高速量子通信的同步需求。

针对上述问题，本领域技术人员发现可以通过对接收端和发送端的同步信号进行线性回归拟合，以滤除误差，进而提高两端同步信号之间的时间同步精度。

本发明的实施例提供了一种提高空间激光通信时间同步精度的方法，该方法包括：发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号与第二同步信号，第一同步信号为光信号，第二同步信号为电信号；发送端将第一同步信号发送至接收端；发送端将第二同步信号发送至时间测量设备；接收端确定与第一同步信号相关联的第二时钟源；接收端利用第二时钟源，根据第一同步信号生成第三同步信号，并将第三同步信号发送至时间测量设备；时间测量设备基于线性回归算法处理第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度高于第二同步信号和第三同步信号之间的时间同步精度。

以下将通过图2~图7对本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的方法进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的方法的流程图。

如图1所示，本发明提供了一种提高空间激光通信时间同步精度的方法，包括操作S110~操作S160。

在操作S110，发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号与第二同步信号，第一同步信号为光信号，第二同步信号为电信号。

在操作S120，发送端将第一同步信号发送至接收端。

在操作S130，发送端将第二同步信号发送至时间测量设备。

在操作S140，接收端确定与第一同步信号相关联的第二时钟源。

在操作S150，接收端利用第二时钟源，根据第一同步信号生成第三同步信号，并将第三同步信号发送至时间测量设备

在操作S160，时间测量设备基于线性回归算法处理第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度高于第二同步信号和第三同步信号之间的时间同步精度。

根据本发明的实施例， 在基于空间激光通信的时间同步传递过程中，发送端一般将初始同步信号嵌入到数据帧的头部，并以固定的周期发送数据帧。

根据本发明的实施例，初始同步信号由发送端的第一时钟源产生，其中，第一时钟源和第二时钟源可以包括多个并行时钟，该并行时钟可以是晶体或晶振。晶振通电产生原始时钟频率，晶振本身是由通电而产生机械振动的，但电感电容组成的谐振回路是电场与磁场的不断转换，而这个频率是固定的，进而能够输出固定频率的信号作为同步信号。

根据本发明的实施例，时间测量设备可以是一种时间数字转换器(Time-to-Digital Conveter，TDC)，用于测量或记录信号时间间隔的电子设备。TDC的基本原理是测量第二同步信号和第三同步信号的到达时间与参考时钟之间的时间差。TDC使用一个稳定的参考时钟信号作为基准，这个时钟信号通常是高频的，以提高测量的精度；第二同步信号和第三同步信号通过TDC的延迟单元延迟一段时间，使其与参考时钟信号同步；当延迟后的第二同步信号和第三同步信号与参考时钟信号发生边沿重合时，TDC会产生一个触发信号；TDC使用一个计数器来记录触发信号的数量。TDC基于线性回归算法处理第二同步信号和第三同步信号，由于对第二同步信号和第三同步信号进行了滤波处理，TDC的检测计算精度会得到提升，进而提高第二同步信号和第三同步信号的时间同步精度。

根据本发明的实施例，时间同步精度与时钟抖动（Jitter）和时钟偏移（Skew）相关。Jitter指时钟周期发生暂时性变化，由于晶振本身稳定性，电源以及温度变化等原因造成了时钟频率的变化。Skew是指时钟信号在传播过程中由于信号路径长度、延迟（例如，不同引脚之间的延迟和电信号传播的延迟）或其他因素引起的时钟相位上的不确定。

根据本发明的实施例，利用发送端将第一同步信号发送至接收端，接收端根据第一同步信号生成第三同步信号，时间测量设备接收发送端的第二同步信号和接收端的第三同步信号，并基于线性回归算法得到目标第一同步信号和目标第二同步信号。由于通过线性回归算法发对第二同步信号和第三同步信号进行提取和滤波，去除了误差信号，提高了目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度，满足高速量子通信的同步需求。

根据本发明的实施例，第二同步信号包括多个第一时间测量样本，第三同步信号包括多个第二时间测量样本；其中，时间测量设备基于线性回归拟合算法处理第二同步信号和第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，包括：基于线性回归算法分别处理多个第一时间测量样本和多个第二时间测量样本，得到第一拟合样本序列和第二拟合样本序列；从第一拟合样本序列中选择至少一个第一拟合样本作为目标第一同步信号；从第二拟合样本序列中选择至少一个第二拟合样本作为目标第二同步信号。

根据本发明的实施例，基于线性回归算法分别处理多个第一时间测量样本和多个第二时间测量样本，得到第一拟合样本序列和第二拟合样本序列，包括：基于线性回归算法处理多个第一时间测量样本，得到第一拟合样本序列；基于线性回归算法处理多个第二时间测量样本，得到第二拟合样本序列。

根据本发明的实施例，对发送端的第二同步信号的测量时间可以表示为Xt=(0,1,2,…,N)、Yt=（tt0,tt1,tt2,…,ttN），其中，Xt表示第一时间测量样本的样本数量，Yt表示第一时间测量样本的样本值；对接收端的第三同步信号的测量时间可以表示为Xr=(0,1,2,…,N)、Yr=（tr0,tr1,tr2,…,trN），其中，Xr表示第二时间测量样本的样本数量，Yr表示第二时间测量样本的样本值。

根据本发明的实施例，假设线性方程为y=α+βx，其中α为第二同步信号中的第一个第一时间测量样本和第三同步信号中的第一个第二时间测量样本，β为第二同步信号和第三同步信号的周期，其中，周期由时间测量设备的采样率确定。

根据本发明的实施例，对第二同步信号和第三同步信号进行线性回归拟合后，得到第一拟合样本序列和第二拟合样本序列，包括：Xtf=(0,1,2,…,N)，Ytf=（ttf0,ttf1,ttf2,…,ttfN），其中，Xtf表示第一拟合样本序列的样本数量，Ytf表示第一拟合样本序列的样本值；Xrf=(0,1,2,…,N)，Yrf=（trf0,trf1,trf2,…,trfN），其中，Xrf表示第二拟合样本序列的样本数量，Yrf表示第二拟合样本序列的样本值。

根据本发明的实施例，取第一拟合样本序列的第一拟合样本和第二拟合样本序列的第二拟合样本，分别作为目标第一同步信号和目标第二同步信号。目标第一同步信号为ttf0，目标第二同步信号为trf0。

根据本发明的实施例，通过线性回归拟合，实现对第二同步信号和第三同步信号的提取和滤波，去除了在传播过程中产生的误差信号，提高目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的同步精度。

根据本发明的实施例，发送端包括第一收发器和第一电光调制模块；其中，发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号，包括：利用第一收发器对生成的初始同步信号进行并串转换，得到第一串行信号；利用第一电光调制模块对第一串行信号进行电光转换，得到光信号；将光信号作为第一同步信号。

根据本发明的实施例，第一收发器可以是GTX（Gigabit Transceiver Xilinx，G-bit收发器），满足现代数字处理技术和计算技术庞大数据的高速、实时的传输，实现并串转换。

根据本发明的实施例，并行传输技术相较于串行传输技术，存在抗干扰能力低，同步能力差，传输速率低和信号质量差等问题。因此，在发送端向接收端发送第一同步信号前，需要先进行并串转换处理，使第一同步信号为串行信号。

根据本发明的实施例，发送端和接收端采用光链路连接，因此在发送端向接收端发送第一同步信号前，需要先进行电光转换，使第一同步信号能够通过光链路进行传输。

根据本发明的实施例，接收端确定与第一同步信号相关联的第二时钟源，包括：接收端解析第一同步信号，得到第一同步信号的数据流；根据第一同步信号的数据流，利用数据时钟恢复技术确定第二时钟源。

根据本发明的实施例，接收端包括第二电光调制模块和第二收发器；其中，接收端解析第一同步信号，得到第一同步信号的数据流，包括：利用第二电光调制模块对光信号进行电光转换，得到第二串行信号；利用第二收发器对第二串行信号进行解析，得到第一同步信号的数据流。

根据本发明的实施例，光信号通过光电转换后得到串行的第二串行信号，进入第二收发器，第二收发器实现数据时钟恢复，时钟降频得到第一同步信号的数据流，获取第一同步信号的相位。通过相位锁定以确定接收端中与第一同步信号相关联的并行时钟，该并行时钟作为第二时钟源与发送端的时钟同步。

根据本发明的实施例，发送端还包括第一数据处理模块；其中，发送端根据生成的初始同步信号，确定第二同步信号，包括：利用第一收发器对生成的初始同步信号进行串并转换，得到第三串行信号；利用第一数据处理模块对第三串行信号进行扩展处理，得到第二同步信号。

根据本发明的实施例，第一数据处理模块可以是FPGA（Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列）。第一数据处理模块对第三串行信号进行扩展处理，得到的第二同步信号的同步序列长度由第三串行信号的帧长度决定，第二同步信号的周期由时间测量设备的采样率确定。

根据本发明的实施例，接收端还包括第二数据处理模块；其中，接收端利用第二时钟源，根据第一同步信号生成第三同步信号，并将第三同步信号发送至时间测量设备，包括：根据第一同步信号生成初始第三同步信号；利用第二收发器对生成的初始第三同步信号进行并串转换，得到第四串行信号；利用第二数据处理模块对第四串行信号进行扩展处理，得到第三同步信号；将第三同步信号发送至时间测量设备。

根据本发明的实施例，接收端的第二数据处理模块与发送端的第一数据处理模块的作用相同，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，由于对初始同步信号和初始第三同步信号进行扩展，输入时间测量设备后，在线性回归拟合阶段可以提高采样率，进一步提高输出的目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度。

图2示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的方法的示意图。

如图2所示，发送端逻辑处理电路201负责激光通信数据和初始同步信号的组帧，将初始同步信号以数据帧形式传输到第一收发器202中。第一收发器202对初始同步信号进行并串转换，再经过电光转换后得到第一同步信号203，该第一同步信号203在光链路中传输。同时，发送端逻辑处理电路201将初始同步信号扩展得到第二同步信号209，并输出到时间测量设备208。具体地，向时间测量设备208发送一组由99个脉冲组成的通信速率1.25Gbps、数据帧长度为2048 bye的第二同步信号209，对初始同步信号扩展后得到的第二同步信号209包括99个第一时间测量样本，其周期为128ns，满足时间测量设备208最大测试频率12.5MHz的需求。其中，发送端逻辑处理电路201在13us帧周期内，基于50ppm的晶振使得产生的频率波动不超过650ppt，可以近似发送端逻辑处理电路内的并行时钟频率是不变的。

第一同步信号203在经过第二电光调制模块204的电光转换后，进行串行降频，提取出第一同步信号的数据流205，利用数据时钟恢复技术确定该数据流中第一同步信号的相位。因此，使接收端逻辑处理电路206和发射端逻辑处理电路201的并行时钟速率保持一致。接收端逻辑处理电路206根据第一同步信号203产生通信速率为1.25 Gbps，并行数据宽度16 bit，并行时钟速率78.125 MHz的初始第三同步信号，对初始第三同步信号扩展后得到数据帧长度为2048 bye、频率为76.29kHz的第三同步信号207，其中，第三同步信号207的每一帧具有1024个周期。其中，在接收端逻辑处理电路每次解析出第一同步信号的数据流205时，同时发送一组由99个脉冲组成的第三同步信号207至时间测量设备208。

时间测量设备208对第二同步信号209和第三同步信号209进行处理，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号并进行测量和存储。

根据本发明的实施例，如果直接输出一个第一同步信号203，则只利用了发射端逻辑处理电路201中的一个并行时钟的同步信息。实际上发射端逻辑处理电路201中的每一个并行时钟都携带了同步信息，如果利用多个第二同步信号209和第三同步信号207进行线性回归滤波，则可以重复利用多个并行时钟的同步信息，提高目标第一同步信号和目标第二同步信号的同步精度。

图3示出了根据本发明实施例的未经处理的skew谱图。

根据本发明的实施例，使用TDC采集了60秒同步序列信号的TDC数据。若对第二同步信号和第三同步信号不作处理，只分别抽取一个第一时间测量样本和一个第二时间测量样本，收发做差值，得到未经处理的发送同步信号和接收同步信号之间的skew，如图3所示，skew的峰值值在380ps左右，接收同步信号和发送同步信号之间的同步精度的。

图4示出了根据本发明实施例的第二同步信号的频率分布图；图5示出了根据本发明实施例的线性拟合谱图；图6示出了根据本发明实施例的拟合残差谱图；图7示出了根据本发明实施例的目标第一同步信号和目标第三同步信号的skew谱图。

根据本发明的实施例，第二同步信号或第三同步信号之间的时间间隔理论上是10个并行时钟周期，并且是均匀的，但是实际上并不是，如图4所示，中心频率为7.8125MHz符合预期，其频谱宽度约20kHz。分别对第二同步信号和第三同步信号的TDC数据采用线性回归拟合，如图5所示，其中斜率即是中心频率。进一步如图6所示，拟合残差峰值约200ps，然后利用线性回归拟合结果分别对第一拟合样本序列和第二拟合样本序列的第一个第一拟合样本进行修正。修正后，在76.3kHz下的目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的skew如图7所示，skew的峰值值在80ps左右，接收同步信号和发送同步信号之间的，同步精度提高了约116/18=6.4倍。

根据本发明的实施例，利用本发明的方法对发送端和接收端的初始同步信号和初始第三同步信号分别进行周期扩展，得到第二同步信号和第三同步信号，并通过对第二同步信号和第三同步信号进行线性回归拟合实现两端的并行时钟进行线性回归滤波，从而提高低频同步信号的精度。解决了电子学对高精度同步信号需求的限制，具有实现简单、实用性强的优点，可用广泛用于量子通信、时频传递等领域。

图8示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信的时间同步精度系统的结构框图。

如图8所示，本发明的另一个方面提供了一种提高空间激光通信时间同步精度的系统，包括发送端100、接收端200和时间测量设备300。

发送端100，被配置为根据生成的初始同步信号，生成第一同步信号与第二同步信号，第一同步信号为光信号，第二同步信号为电信号。

接收端200，被配置为接收第一同步信号，并根据第一同步信号生成第三同步信号。

时间测量设备300，被配置为接收发送端100发送的第二同步信号和接收端200发送的第三同步信号，并基于线性回归算法处理第二同步信号和第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度高于第二同步信号和第三同步信号之间的时间同步精度。

根据本发明的实施例，利用发送端100将第一同步信号发送至接收端200，接收端200根据第一同步信号生成第三同步信号，时间测量设备300接收发送端100的第二同步信号和接收端200的第三同步信号，并基于线性回归算法得到目标第一同步信号和目标第二同步信号。由于通过线性回归算法发对第二同步信号和第三同步信号进行提取和滤波，去除了误差信号，提高了目标第一同步信号和目标第二同步信号之间的时间同步精度，满足高速量子通信的同步需求。

图9示出了根据本发明实施例的一种提高空间激光通信时间同步精度的系统的具体的结构框图。

如图9所示，发送端100包括第一时钟源110、第一扇出芯片120、第一收发器130、第一电光调制模块140和第一数据处理模块150。

第一时钟源110，被配置为产生初始同步信号。

第一扇出芯片120，被配置为接收并发送初始同步信号。

第一收发器130，被配置为接收第一扇出芯片120发送的初始同步信号，对初始同步信号进行并串转换，得到第一串行信号和第三串行信号。

第一电光调制模块140，被配置为接收第一串行信号，对第一串行信号进行电光转换，得到光信号，并将光信号作为第一同步信号，并将第一同步信号发送至接收端200。

第一数据处理模块150，被配置为接收第三串行信号，对第三串行信号进行扩展处理，得到第二同步信号，并将第二同步信号发送给时间测量设备300。

如图9所示，接收端200包括第二时钟源210、第二扇出芯片220、第二电光调制模块230、第二收发器240和第二数据处理模块250。

第二时钟源210，被配置为根据第一同步信号生成初始第三同步信号。

第二扇出芯片220，被配置为接收并发送初始第三同步信号。

第二电光调制模块230，被配置为接收第一同步信号，对第一同步信号进行电光转换，得到第二串行信号。

第二收发器240，被配置为接收第二串行信号，对第二串行信号进行解析，得到第一同步信号的数据流，并根据第一同步信号的数据流，利用数据时钟恢复技术确定第二时钟源210；对初始第三同步信号进行并串转换，得到第四串行信号。

第二数据处理模块250，被配置为接收第四串行信号，对第四串行信号进行扩展处理，得到第三同步信号，并将第三同步信号发送给时间测量设备300。

根据本发明的实施例，发送端100第一时钟源110负责将激光通信数据和初始同步信号的组帧，第一收发器130和第一电光调制模块140依次对初始同步信号进行处理，使其能够通过光链路发送到接收端200。同时，利用第一数据处理模块150对初始同步信号进行扩展，输出第二同步信号。接收端200根据第一同步信号的数据流确定第二时钟源210，利用第二数据处理模块250对生成的初始第三同步信号进行扩展，输出第三同步信号。时间测量设备300接收发送端100和接收端200的第二同步信号和第三同步信号，并对齐进行测量。

根据本发明的实施例，基于本发明系统得到的目标第一同步信号和目标同步信号，经过测试，与未在时间测量设备300经过线性拟合的接收同步信号和发送同步信号相比较，同步精度提高了约6.4倍。解决了电子学对高精度同步信号需求的限制，具有实现简单、实用性强的优点，可用广泛用于量子通信、时频传递等领域。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种提高空间激光通信时间同步精度的方法，其特征在于，所述方法包括：

发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号与第二同步信号，所述第一同步信号为光信号，所述第二同步信号为电信号；

所述发送端将所述第一同步信号发送至接收端；

所述发送端将所述第二同步信号发送至时间测量设备；

所述接收端确定与所述第一同步信号相关联的第二时钟源；

所述接收端利用所述第二时钟源，根据所述第一同步信号生成第三同步信号，并将所述第三同步信号发送至所述时间测量设备；

所述时间测量设备基于线性回归算法处理所述第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，所述目标第一同步信号和所述目标第二同步信号之间的时间同步精度高于所述第二同步信号和所述第三同步信号之间的时间同步精度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二同步信号包括多个第一时间测量样本，所述第三同步信号包括多个第二时间测量样本；

其中，所述时间测量设备基于线性回归拟合算法处理所述第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，包括：

基于所述线性回归算法分别处理多个所述第一时间测量样本和多个所述第二时间测量样本，得到第一拟合样本序列和第二拟合样本序列；

从所述第一拟合样本序列中选择至少一个第一拟合样本作为所述目标第一同步信号；

从所述第二拟合样本序列中选择至少一个第二拟合样本作为所述目标第二同步信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端包括第一收发器和第一电光调制模块；

其中，所述发送端根据生成的初始同步信号，确定第一同步信号，包括：

利用所述第一收发器对生成的所述初始同步信号进行并串转换，得到第一串行信号；

利用所述第一电光调制模块对所述第一串行信号进行电光转换，得到光信号；

将所述光信号作为所述第一同步信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收端确定与所述第一同步信号相关联的第二时钟源，包括：

所述接收端解析所述第一同步信号，得到所述第一同步信号的数据流；

根据所述第一同步信号的数据流，利用数据时钟恢复技术确定所述第二时钟源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收端包括第二光电解调模块和第二收发器；

其中，所述接收端解析所述第一同步信号，得到所述第一同步信号的数据流，包括：

利用所述第二光电解调模块对所述光信号进行光电转换，得到第二串行信号；

利用所述第二收发器对所述第二串行信号进行解析，得到所述第一同步信号的数据流。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收端还包括第二数据处理模块；

其中，所述接收端利用所述第二时钟源，根据所述第一同步信号生成第三同步信号，并将所述第三同步信号发送至所述时间测量设备，包括：

根据所述第一同步信号生成初始第三同步信号；

利用所述第二收发器对生成的所述初始第三同步信号进行并串转换，得到第四串行信号；

利用所述第二数据处理模块对所述第四串行信号进行扩展处理，得到所述第三同步信号；

将所述第三同步信号发送至所述时间测量设备。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发送端还包括第一数据处理模块；

其中，所述发送端根据生成的初始同步信号，确定第二同步信号，包括：

利用所述第一收发器对生成的所述初始同步信号进行并串转换，得到第三串行信号；

利用所述第一数据处理模块对所述第三串行信号进行扩展处理，得到所述第二同步信号。

8.一种提高空间激光通信时间同步精度的系统，其特征在于，所述系统包括：

发送端，被配置为根据生成的初始同步信号，生成第一同步信号与第二同步信号，所述第一同步信号为光信号，所述第二同步信号为电信号；

接收端，被配置为接收所述第一同步信号，并根据所述第一同步信号生成第三同步信号；

时间测量设备，被配置为接收所述发送端发送的所述第二同步信号和所述接收端发送的所述第三同步信号，并基于线性回归算法处理所述第二同步信号和所述第三同步信号，得到目标第一同步信号和目标第二同步信号，其中，所述目标第一同步信号和所述目标第二同步信号之间的时间同步精度高于所述第二同步信号和所述第三同步信号之间的时间同步精度。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述发送端包括：

第一时钟源，被配置为产生所述初始同步信号；

第一扇出芯片，被配置为接收并发送所述初始同步信号；

第一收发器，被配置为接收所述第一扇出芯片发送的所述初始同步信号，对所述初始同步信号进行并串转换，得到第一串行信号和第三串行信号；

第一电光调制模块，被配置为接收所述第一串行信号，对所述第一串行信号进行电光转换，得到光信号，并将所述光信号作为所述第一同步信号，并将所述第一同步信号发送至所述接收端；

第一数据处理模块，被配置为接收所述第三串行信号，对所述第三串行信号进行扩展处理，得到所述第二同步信号，并将所述第二同步信号发送给所述时间测量设备。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述接收端包括：

第二时钟源，被配置为根据所述第一同步信号生成初始第三同步信号；

第二扇出芯片，被配置为接收并发送所述初始第三同步信号；

第二电光调制模块，被配置为接收所述第一同步信号，对所述第一同步信号进行电光转换，得到第二串行信号；

第二收发器，被配置为接收所述第二串行信号，对所述第二串行信号进行解析，得到所述第一同步信号的数据流，并根据所述第一同步信号的数据流，利用数据时钟恢复技术确定所述第二时钟源；对所述初始第三同步信号进行并串转换，得到第四串行信号；

第二数据处理模块，被配置为接收所述第四串行信号，对所述第四串行信号进行扩展处理，得到所述第三同步信号，并将所述第三同步信号发送给所述时间测量设备。